Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối, tính toán cho lộ đường dây 375E13.1 Đồng Mỏ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NÔNG THẾ CHUNG

NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, TÍNH TOÁN CHO LỘ ĐƯỜNG DÂY

375 E13.1 ĐỒNG MỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN

THÁI NGUYÊN - NĂM 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NÔNG THẾ CHUNG

NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, TÍNH TOÁN CHO LỘ ĐƯỜNG DÂY

375 E13.1 ĐỒNG MỎ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã ngành: 8.52.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. TRƯƠNG TUẤN ANH

THÁI NGUYÊN - NĂM 2020

i

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Nông Thế Chung

Đề tài luận văn: Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối, tính

toán cho lộ đường dây 375 E13.1 Đồng Mỏ.

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện.

Mã số: : 8.52.02.01

Tác giả, Cán bộ hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác

giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 04/10/2020 với

các nội dung sau:

- Sửa sai sót về thuật ngữ, lỗi chính tả, format, in ấn.

Thái Nguyên,ngày 26 tháng 10 năm 2020

Cán bộ hướng dẫn Tác giả luận văn

TS. Trương Tuấn Anh Nông Thế Chung

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS. Võ Quang Lạp

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được thực hiện trên

cơ sở nghiên cứu về lý thuyết và tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác

nhau: Sách, báo, tạp chí chuyên ngành, internet, thư viện các trường, cơ quan...

Dữ liệu nghiên cứu được thu thập thực tế tại Công ty Điện lực Lạng Sơn. Các số

liệu và kết quả tính toán trong luận văn là trung thực; các đánh giá, kiến nghị đưa ra

xuất phát từ thực tiễn, kinh nghiệm và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công

trình nào khác.

Tác giả luận văn

Nông Thế Chung

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................i

MỤC LỤC..................................................................................................................... iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................. viii

DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.........................................................................................x

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1

1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2

4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................3

5. Tên và bố cục của đề tài...........................................................................................3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 35KV ..............................4

TỈNH LẠNG SƠN ..........................................................................................................4

1.1. Công ty điện lực Lạng Sơn ...................................................................................4

1.1.1. Cơ cấu tổ chức của Công ty điện lực Lạng Sơn.........................................4

1.1.2. Khối lượng quản lý vận hành của Công ty Điện lực Lạng Sơn .................5

1.1.3. Hiện trạng lưới điện tỉnh Lạng Sơn............................................................6

1.2. Đánh giá hiện trạng lưới điện 35kV thuộc trạm biến áp 110kV E13.1 Đồng Mỏ

huyện Chi Lăng..........................................................................................................10

1.2.1. Chức năng, vụ của điện lực Chi Lăng ......................................................10

1.2.2. Đánh giá hiện trạng lưới điện trung áp 35kV thuộc trạm biến áp 110kV

E13.1 Đồng Mỏ ..................................................................................................11

1.3. Kết luận chương 1...............................................................................................14

Chương 2. BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG..............................................16

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.............................................................................................16

2.1. Một số chỉ tiêu và phương pháp đánh giá chất lượng điện.................................16

2.1.1. Một số chỉ tiêu cơ bản về đảm bảo chất lượng điện áp............................16

2.1.1.1. Dao động điện áp...................................................................................16

2.1.1.2. Độ lệch điện áp......................................................................................17

iv

2.1.1.3. Quy định về chất lượng điện áp ............................................................25

2.1.1.4. Một số quy định khác về chất lượng điện áp ........................................25

2.1.2. Một số phương pháp đánh giá chất lượng điện ........................................26

2.1.2.1. Đánh giá chất lượng điện theo mô hình xác xuất thống kê ...................27

2.1.2.2. Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch điện áp .....................................28

2.1.2.3. Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn đối xứng..............................29

2.1.2.4. Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn tích phân điện áp ................31

2.1.2.5. Đánh giá chất lượng điện theo tương quan giữa công suất và điện áp ......32

2.1.2.6. Đánh giá chất lượng điện theo độ không sin của điện áp......................34

2.2. Tổng quan về bù công suất phản kháng trong lưới điện phân phối....................35

2.2.1. Công suất phản kháng và ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng trong

lưới điện phân phối.............................................................................................35

2.2.1.1. Công suất phản kháng (CSPK)..............................................................35

2.2.1.2. Ý nghĩa của việc bù CSPK trong lưới phân phối ..................................36

2.2.2. Các thiết bị tiêu thụ và nguồn phát CSPK................................................37

2.2.2.1. Các thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng............................................37

2.2.2.2. Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới điện ...........................38

2.2.3. Các tiêu chí bù công suất phản kháng trên lưới phân phối ......................43

2.2.3.1. Tiêu chí kỹ thuật....................................................................................43

2.2.3.2. Tiêu chí kinh tế......................................................................................48

2.2.3.3. Kết luận .................................................................................................49

2.2.4. Một số phương pháp tính toán bù công suất phản kháng trên lưới phân

phối.....................................................................................................................50

2.2.4.1. Xác định dung lượng bù CSPK để nâng cao hệ số công suất cosφ.......50

2.2.4.2. Tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất.....................51

2.2.4.3. Bù công suất phản kháng theo điều kiện điều chỉnh điện áp ................54

2.2.4.4. Lựa chọn dung lượng bù theo quan điểm kinh tế..................................65

2.2.4.5. Phương pháp tính toán lựa chọn công suất và vị trí bù tối ưu trong

mạng điện phân phối ..........................................................................................71

2.3. Kết luận chương 2...............................................................................................79

v

Chương 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH TOÁN BÙ ......................80

CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO XUẤT TUYẾN.................................................80

ĐƯỜNG DÂY 375 TRẠM BIẾN ÁP 110 KV E13.1 ĐỒNG MỎ ..............................80

3.1. Cơ sở phương pháp tính toán vị trí và dung lượng bù........................................80

3.1.1. Giới thiệu về phần mềm PSS/ADEPT .....................................................80

3.1.2. Tính toán trào lưu công suất bằng phần mềm PSS/ADEPT ....................81

3.1.2.1. Cài đặt đặt các thông số cơ bản của lưới điện.......................................82

3.1.2.2. Lập sơ đồ và nhập các thông số của các phần tử trên sơ đồ..................82

3.1.2.3. Tính toán trào lưu công suất..................................................................83

3.1.3. Tính toán tối ưu hóa vị trí và dung lượng bù bằng chương trình

PSS/ADEPT .......................................................................................................83

3.1.3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán bù tối ưu theo phương pháp phân tích động

theo dòng tiền tệ .................................................................................................83

3.1.3.2. Thiết lập thông số tính toán trên phần mềm PSS/ADEPT ....................86

3.2. Khảo sát điện áp và công suất xuất tuyến 375 trạm biến áp 110kV E13.1 Đồng

Mỏ, huyện Chi Lăng, thành phố Lạng Sơn................................................................91

3.3. Tính toán vị trí và dung lượng bù kinh tế xuất tuyến 375 trạm biến áp 110kV

E13.1 Đồng Mỏ, huyện Chi Lăng, thành phố Lạng Sơn ...........................................97

3.3.1. Tính toán vị trí, dung lượng, tổn thất công suất bù cố định và bù đóng cắt

xuất tuyết 375 trạm biến áp 110kV Đồng Mỏ....................................................98

3.3.1.1. Tính toán bù cố định và bù đóng cắt phía trung áp 35kV .....................98

3.3.1.2. Tính toán bù cố định và bù đóng cắt phía hạ áp trạm biến áp phân phối

35/0,4 kV ............................................................................................................99

3.3.1.3. Tổn thất công suất sau khi bù cố định và bù đóng cắt xuất tuyết 375

trạm 110kV Đồng Mỏ ......................................................................................100

3.3.2. Tính toán kinh tế các phương án bù của các lộ đường dây 375 trạm biến

áp 110kV E13.1 Đổng Mỏ ...............................................................................101

3.3.2.1. Tính toán bù kinh tế phía trung áp xuất tuyến đường dây 375 trạm biến

áp 110 kV E13.1 Đồng Mỏ ..............................................................................101

vi

3.3.2.2. Tính toán bù kinh tế phía hạ áp xuất tuyến đường dây 375 trạm biến áp

110 kV E13.1 Đồng Mỏ ...................................................................................102

3.3.2.3. Đánh giá hiệu quả việc bù phía trung áp và bù phía hạ áp..................103

3.4. Một số giải pháp nâng cao chất lượng điện áp xuất tuyến 375 - E13.1 Đồng

Mỏ, huyện Chi Lăng, thành phố Lạng Sơn ......................................................103

3.4.1. Các giải pháp về tổ chức quản lý vận hành............................................103

3.4.1.1. Phân bố phụ tải hợp lý.........................................................................104

3.4.1.2. Chọn sơ đồ cấp điện hợp lý .................................................................104

3.4.1.3. Chọn điện áp ở đầu vào hộ tiêu thụ điện thích hợp.............................104

3.4.1.4. Điều chỉnh chế độ làm việc của phụ tải điện một cách hợp lý............104

3.4.1.5. Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý .............................................104

3.4.1.6. Phân bố đều phụ tải giữa các pha ........................................................104

3.4.1.7. Không vận hành thiết bị non tải ..........................................................105

3.4.1.8. Với lưới điện có nhiều phụ tải một pha nên chọn máy biến áp có tổ nối

dây sao-ziczăc...................................................................................................105

3.4.2. Các giải pháp về kỹ thuật .......................................................................105

3.5. Kết luận Chương 3............................................................................................105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................107

1. Kết luận................................................................................................................107

2. Kiến nghị..............................................................................................................108

PHỤ LỤC ....................................................................................................................110

Phụ lục 1. Thông số phụ tải cực đại xuất tuyến 375 - E13.1 Đồng Mỏ...................110

Phụ lục 2. Số liệu đo tải 7 ngày mùa hè tháng 6/2018 tại xuất tuyến 375 TBA 110

kV E13.1 Đồng Mỏ..................................................................................................115

Phụ lục 3. Điện áp các nút xuất tuyến 375 - E13.1 không nằm trong giới hạn cho

phép khi phụ tải cực đại và cực tiểu ........................................................................116

Phụ lục 4. Phân bố công suất trước khi bù xuất tuyến 375 – E13.1 Đồng Mỏ khi phụ

tải cực đại và cực tiểu ..............................................................................................119

Phụ lục 5. Điện áp và công suất xuất tuyến 375 - E13.1 khi điện áp lưới điện vận

hành với điện áp 37kV (bù tự nhiên).......................................................................121

vii

Phụ lục 6. Dung lượng, vị trí bù và công suất sau khi bù phía trung áp xuất tuyến

đường dây 375 – E13.1............................................................................................125

Phụ lục 7. Dung lượng, vị trí bù và công suất sau khi bù phía hạ áp xuất tuyến

đường dây 375 – E13.1............................................................................................129

viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

LĐPP Lưới điện phân phối

CLĐA Chất lượng điện áp

CCĐ Cung cấp điện

CSPK Công suất phản kháng

CSTD Công suất tác dụng

TTĐN Tổn thất điện năng

MBA Máy biến áp

SXKD Sản xuất kinh doanh

TBA Trạm biến áp

CBCNV Cán bộ công nhân viên

CSTD Công suất tác dụng

CSPK Công suất phản kháng

PSS/ADEPT

Power System Simulator/Advanced Distribution

Engineering Productivity Tool

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Khối lượng quản lý vận hành lưới điện trung, hạ áp..............................6

Bảng 1.2. Hiện trạng nguồn điện. ...........................................................................7

Bảng 2.1. Mức nhấp nháy điện áp ........................................................................26

Bảng 2.2. Điện trở của máy biến áp được quy về phía U = 380 V.......................71

Bảng 3.1. Các thông số thiết đặt để tính toán bù kinh tế trong PSS/ADEPT.......90

Bảng 3.2. Các nút phía 35kV có điện áp nằm dưới giới hạn cho phép khi tải cực

đại trên đường dây 375- E13.1 .............................................................................92

Bảng 3.3. Các nút thanh cái hạ áp của trạm 35/0,4kV có điện áp nằm dưới giới

hạn cho phép khi tải cực đại trên đường dây 375- E13.1 .....................................93

Bảng 3.4. Các nút thanh cái hạ áp của trạm 35/0,4kV có điện áp nằm dưới giới

hạn cho phép khi tải cực tiểu trên đường dây 375- E13.1 ....................................94

Bảng 3.5. Kết quả tính toán phân bố công suất trên đường dây 375 khi điện áp

thanh cái lưới trung áp đặt 35kV- E13.1 trước khi bù..........................................95

Bảng 3.6. Các nút có điện áp vượt quá giới hạn cho phép khi phụ tải cực đại trên

đường dây 375- E13.1...........................................................................................95

Bảng 3.7. Các nút có điện áp vượt quá giới hạn cho phép khi phụ tải cực tiểu trên

đường dây 375- E13.1...........................................................................................96

Bảng 3.8. Kết quả tính toán phân bố công suất trên đường dây 375 khi điện áp

thanh cái lưới trung áp đặt 37kV (Bù tự nhiên)- E13.1........................................96

Bảng 3.9. Vị trí, dung lượng bù cố định và bù đóng cắt lưới điện trung áp.........98

Bảng 3.10. Vị trí, dung lượng bù cố định và bù đóng cắt phía hạ áp trạm biến áp

phân phối 35/0,4 kV..............................................................................................99

Bảng 3.11. Kết quả tính toán tổn thất công suất trên đường dây 375- E13.1 trước

và sau khi bù phía trung áp và hạ áp...................................................................100

Bảng 3.12. Kết quả bù kinh tế phía trung áp khi phụ tải cực đại và cực tiểu xuất

tuyến đường dây 375 – E13.1 Đồng Mỏ ............................................................102

Bảng 3.13. Kết quả bù kinh tế phía hạ áp khi phụ tải cực đại và cực tiểu xuất

tuyến đường dây 375 – E13.1 Đồng Mỏ ............................................................102

x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1. Miền chất lượng điện áp .......................................................................18

Hình 2.2. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối..........................................21

Hình 2.3. Quan hệ độ lệch điện áp với công suất phụ tải có xét thêm độ không

nhạy của thiết bị điều áp .......................................................................................22

Hình 2.4. Đặc tính của đèn sợi đốt. ......................................................................23

Hình 2.5. Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp.......................................................24

Hình 2.6. Sơ đồ phân tích các thành phần đối xứng.............................................29

Hình 2.7. Mạch điện gồm điện trở và điện kháng ................................................35

Hình 2.8. Quan hệ giữa công suất P và Q.............................................................35

Hình 2.9. Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia .....................................51

Hình 2.10. Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh..............................53

Hình 2.11. Sơ đồ mạng điện dùng máy bù đồng bộ để điều chỉnh điện áp ..........54

Hình 2.12. Sơ đồ mạng điện có phân nhánh.........................................................57

Hình 2.13. Sơ đồ mạng điện kín. ..........................................................................58

Hình 2.14. Mạng điện có đặt bù tụ điện tại hai trạm biến áp Tb và Tc .................59

Hình 2.15. Điều chỉnh điện áp trong mạng điện kín bằng tụ điện........................60

Hình 2.16. Sơ đồ mạng điện 1 phụ tải ..................................................................61

Hình 2.17. Sơ đồ mạch tải điện có đặt thiết bị tù. ................................................65

Hình 2.18. Đồ thi phụ tải phản kháng năm...........................................................67

Hình 2.19. Sơ đồ tính toán dung lượng bù tại nhiều điểm. ..................................68

Hình 2.20. Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung .......................72

Hình 2.21. Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có một bộ tụ ................73

Hình 2.22. Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 2 bộ tụ................75

Hình 2.23. Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 3 bộ tụ................76

Hình 2.24. Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 4 bộ tụ................77

Hình 3.1. Giao diện phần mềm PSS/ADEPT 5.0 .................................................81

Hình 3.2. Thẻ thiết lập thông số lưới điện ............................................................82

Hình 3.3. Thanh công cụ Diagram........................................................................82

Hình 3.4. Giao diện hiển thị tính trào lưu công suất.............................................83

xi

Hình 3.5. Thư viện thiết lập thông số đường dây .................................................87

Hình 3.6. Thẻ thiết lập thông số đường dây .........................................................87

Hình 3.7. Thẻ thiết lập thông số máy biến áp.......................................................87

Hình 3.8. Đồ thị phụ tải ngày điển hình năm 2020 lộ 375 - E13.1.......................88

Hình 3.9. Thẻ phân loại phụ tải ............................................................................89

Hình 3.10. Thẻ xây dựng đồ thị phụ tải................................................................89

Hình 3.11. Hộp thoại tùy chọn cho bài toán CAPO .............................................89

Hình 3.12. Hộp thoại thông số thiết đặt để tính toán bù kinh tế tại thời điểm phụ

tải cực đại và cực tiểu cho bù cố định phía trung áp. ...........................................90

Hình 3.13. Phương pháp xuất kết quả tính toán phân bố công suất .....................91

Hình 3.14. Phương pháp xuất kết quả các nút có điện áp không nằm trong giới

hạn cho phép .........................................................................................................92

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Lưới điện phân phối trung áp thường phân bố rộng trong không gian, có nhiều

cấp điện áp, chiều dài đường dây lớn, nhiều rẽ nhánh và dây dẫn gồm nhiều chủng

loại. Phụ tải công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, ... của lưới phân phối thường có hệ

số công suất thấp. Để đáp ứng yêu cầu của các phụ tải điện, lưới phân phối trung áp

ngoài việc truyền tải công suất tác dụng còn phải truyền tải một lượng khá lớn công

suất phản kháng. Việc truyền tải này làm tăng tổn thất điện năng trên các phần tử của

lưới điện như máy biến áp, động cơ không đồng bộ, đường dây, ... Điều đó làm xấu

các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật vận hành lưới điện và làm xấu chất lượng điện áp ở các

hộ tiêu thụ điện.

Bài toán giảm lượng công suất phản kháng truyền tải trong lưới điện luôn được

quan tâm khi thiết kế và vận hành. Một trong những biện pháp giảm công suất phản

kháng truyền tải trên lưới điện nâng cao chất lượng điện năng là bù công suất phản

kháng. Tuy nhiên, việc tính toán dung lượng bù, vị trí lắp đặt, phương pháp điều khiển

dung lượng bù như thế nào để cân bằng tải, giảm dao động công suất, duy trì điện áp

định mức và đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất là những bài toán chưa có lời giải chính

xác.

Mặt khác hệ thống bù công suất phản kháng chủ yếu là bù tĩnh, trạng thái làm

việc trong quá trình đóng cắt thường dẫn tới phá hỏng tụ do các xung quá điện áp và

dòng điện. Đặc biệt hầu hết các thiết bị bù không có cơ cấu tự động điều chỉnh nên

làm giảm hiệu quả bù, thậm chí có thể gây thiệt hại do quá bù. Vị trí đặt thiết bị bù

không được tính toán lựa chọn hợp lý mà thuờng đuợc chọn sao cho dễ vận hành chứ

không xét đến hiệu quả kinh tế của thiết bị, vì vậy chưa tận dụng đuợc hiệu quả làm

việc của thiết bị, dẫn đến sự lãng phí.

Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật,

nguồn điện cũng phải đáp ứng đuợc những đòi hỏi ngày càng cao về công suất và chất

luợng điện. Vấn đề công suất phát ra phải đuợc truyền tải và tận dụng một cách hiệu

quả nhất, không để hao phí quá nhiều gây ảnh huởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

của đơn vị. Việc suy giảm chất lượng điện làm cho thiết bị vận hành với hiệu suất