Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Tái cấu hình lưới giảm tổn thất năng lượng cho lưới 22KV khu vực chợ gạo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này tiếp cận bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối với mục tiêu là giảm tổn thất điện năng của lưới điện phân phối. Để đánh giá sự hiệu quả của giải thuật này, tác giả đã thực hiện tính toán tổn thất trước và sau khi tái cấu hình lưới điện phân phối, so sánh kết quả đạt được rút ra nhận xét cho giải thuật này. Từ đó nêu ra được lợi ích kinh tế đạt được khi áp dụng giải thuật tái cấu hình để giảm tổn thất điện năng vào lưới điện phân phối Điện lực Chợ Gạo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Tái cấu hình lưới giảm tổn thất năng lượng cho lưới 22KV khu vực chợ gạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THÀNH HIẾU TÁI CẤU HÌNH LƯỚI GIẢM TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG CHO LƯỚI 22KV KHU VỰC CHỢ GẠO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 0 5 9 4 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THÀNH HIẾU TÁI CẤU HÌNH LƯỚI GIẢM TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG CHO LƯỚI 22KV KHU VỰC CHỢ GẠO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THÀNH HIẾU TÁI CẤU HÌNH LƯỚI GIẢM TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG CHO LƯỚI 22KV KHU VỰC CHỢ GẠO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2018
LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần Thành Hiếu Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/09/1974 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Ấp Tân Tỉnh B, xã Tân Mỹ Chánh, TP Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang. Điện thoại: 0903 333060 E-mail: hieutt.dlcg1@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học Thời gian đào tạo từ 11/2013 đến 05/2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao Đẳng Điện lực TPHCM, TP Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ thuật điện III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 05/2015 – Điện lực Chợ Gạo- Công ty Điện Quản lý kỹ thuật 09/2018 lực Tiền Giang i
ii
iii
TÓM TẮT Hiện nay khu vực địa bàn huyện Chợ Gạo được cung cấp điện bởi 17 phát tuyến trung thế xuất phát từ ba trạm trung gian: Chợ Gạo, Gò Công Tây, Mỹ Tho, Mỹ Tho 2 và Tân Hương. Lưới điện phân phối tại Điện lực Chợ Gạo hiện có 1.747 trạm biến thế, 4.351 thiết bị đóng cắt bảo vệ (MC, REC, LBS, DS, LBFCO,FCO). Các thiết bị này phân bố rải rác trên lưới điện nhưng số thiết bị có thể đóng/cắt có tải phục vụ vận hành không nhiều (69 LBS, 12 REC). Cụ thể, hiện trạng lưới điện trong khu vực như sau: * Trạm trung gian: - Khu vực huyện Chợ Gạo được cung cấp điện từ các trạm trung gian: - Trạm 110/22kV Chợ Gạo: gồm có các tuyến trung thế 471CG, 472CG, 473CG, 474CG, 475CG, 476CG, 477CG, và 478CG. - Trạm 110/22kV Gò Công Tây: tuyến trung thế 472GCT, 473GCT, 475GCT và 477GCT . - Trạm 110/22kV Mỹ Tho: gồm các tuyến trung thế 371MT, 475MT. - Trạm 110/22kV Mỹ Tho 2: gồm các tuyến trung thế 373MT2, 475MT2. - Trạm 110/22kV Tân Hương: gồm các phát tuyến trung thế 471TH * Lưới trung thế nổi: Trên hầu hết các tuyến giao thông trên địa bàn huyện Chợ Gạo đều đã được phủ lưới trung thế 22kV xuất phát từ các trạm trung gian nêu trên. Lưới trung thế có cấu trúc dạng mạch tia, cấp điện áp 22kV được phủ đều ở các tuyến đường lớn và các khu vực hẻm. Toàn bộ lưới trung thế hiện nay chủ yếu là cáp nhôm trần/bọc 22kV có tiết diện 185-240mm2 cho đường trục và từ 50÷150mm2 cho nhánh rẽ. iv
* Khối lượng lưới điện quản lý của Điện lực Chợ Gạo STT Khối lượng Tính đến 30 tháng 12 năm 2017 1 Đường dây trung thế 206,730 Km Dây nổi 106,799 Km Cáp ngầm 99,931 Km 2 Đường dây hạ thế 530,175 Km Dây nổi 486,695 Km Cáp ngầm 43,480 Km 3 Trạm ngắt 01 trạm 4 Trạm biến thế phân phối 1.747 /1.885 / 133.304 Trạm công cộng 468 / 508/35.752,5 (trạm/máy/kVA) Trạm chuyên dùng 76 / 92 / 10.353,5 (trạm/máy/kVA) Trạm khách hàng 1.203 / 1.285 / 87.198 (trạm/máy/kVA) Tụ bù trung thế 5 19 /114 /9.100 (vị trí/bộ tụ/ kVAr) Tụ bù ứng động 7 /42 /6.300 (vị trí/bộ tụ/ kVAr) Tụ bù cố định 12 /72 /2.800 (vị trí/bộ tụ/ kVAr) Tụ bù hạ thế 6 792 / 5.322 (vị trí/bộ tụ/ kVAr) - Tổng số khách hàng là 76.005 khách hàng. Hệ thống điện được thiết kế theo dạng mạch vòng. Tuy nhiên, hiện tại lưới điện dược vận hành theo kiểu hình tia (hở). Các tuyến trung thế được kết vòng trong trường hợp cắt điện chuyển tải nhằm tăng độ tin cậy trong cung cấp điện. Tổn thất trên lưới điện của Điện lực Chợ Gạo năm 2017 là v
6,23% trong đó tỷ lệ tổn thất trung thế là 4,2%. Do đó luận văn nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối là một nhu cầu cấp thiết và mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Mục tiêu của luận văn là áp dụng giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất điện năng tại Điện lực Chợ Gạo. Luận văn này tiếp cận bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối với mục tiêu là giảm tổn thất điện năng của lưới điện phân phối. Để đánh giá sự hiệu quả của giải thuật này, tác giả đã thực hiện tính toán tổn thất trước và sau khi tái cấu hình lưới điện phân phối, so sánh kết quả đạt được rút ra nhận xét cho giải thuật này. Từ đó nêu ra được lợi ích kinh tế đạt được khi áp dụng giải thuật tái cấu hình để giảm tổn thất điện năng vào lưới điện phân phối Điện lực Chợ Gạo. vi
MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài i Giấy xác nhận của cán bộ hướng dẫn ii LÝ LỊCH KHOA HỌC iii LỜI CAM ĐOAN iv CẢM TẠ v TÓM TẮT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xii Chương 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1 1. 1. Đặt vấn đề 1 1. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 3 1. 3. Phương pháp thực hiện và phạm vi nghiên cứu 4 1.4. Cấu trúc luận văn 4 Chương 2: TỔNG QUAN 5 2.1. Tổng quan 5 2. 2. Cân bằng pha 6 2.3. Lắp đặt tụ bù 9 2. 4. Tái cấu hình lưới phân phối giảm tổn thất công suất 10 vii
2. 5. Các phương pháp giải bài toán tổn hao, giảm A 11 2. 5. 1. Bài toán 1 – Cực tiểu hàm chi phí vận hành 12 2. 5. 2. Bài toán 2 – Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng 14 2. 5. 3. Bài toán 3 – Cân bằng công suất giữa các đường dây và trạm biến áp 16 2. 5. 4. Bài toán 4 – Khôi phục lưới điện phân phối sau sự cố 17 2. 5. 5. Bài toán 5 - Tái cấu hình lưới theo hàm đa mục tiêu 17 2. 5. 6. Bài toán 6 – Xác định cấu hình lưới giảm P là bài toán quan trọng nhất 18 2. 5. 6. 1. Các phương pháp giải bài toán 3 - Tái cấu hình lưới giảm P 18 2. 5. 6. 1.1. Kết hợp heuristics và tối ưu hóa 18 2.5.6.1.2. Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics 20 2.5.6.1.3. Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo 22 2.5.6.2. Phương pháp đơn giản hóa lưới điện phân phối để xây dựng lưới điện mới đơn giản hơn về số phụ tải 23 2. 6. Kéo thêm nối tuyến 24 2. 7. Cơ sở lựa chọn bài toán 3 đối với lưới điện Điện lực Chợ Gạo 25 Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 27 3. 1. Hàm tổn thất công suất trên lưới điện 27 3. 1. 1. Đánh giá mức độ cân bằng pha trên lưới điện 27 3. 1. 2. Đánh giá mức độ giảm điện trở đơn vị 27 3. 1. 3. Tái cấu hình lưới phân phối 28 viii
3. 1. 4. Tăng điện áp vận hành 28 3. 1. 5. Xây dựng thêm nối tuyến 29 3. 1. 6. Bù công suất phản kháng 29 3. 2. Gói giải pháp giảm tổn hao công suất và giảm tổn hao năng 29 lượng Chương 4: GIẢM TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG TRÊN LƯỚI 22KV KHU VỰC CHỢ GẠO 31 4.1. Giới thiệu 31 4. 1. 1. Về tổ chức hành chánh 31 4. 1. 2. Về lưới điện 33 4.2. Xây dựng lưới điện phân phối Điện lực Chợ Gạo vào phần mềm PSS/ADEPT 36 4. 2. 1. Cách thức xây dựng 36 4. 2. 2. Kết quả thực hiện một đoạn dây 38 4. 2. 3. Xây dựng lưới điện tương đương 42 4. 2. 3. 1. Cách thức xây dựng 42 4. 2. 3. 2. Lưới điện tương đương bao gồm 44 4. 4. Tính toán tốn thất trước và sau khi tái cấu hình lưới điện phân phối Điện lực Chợ Gạo 46 4. 4. 1. Tính toán tổn thất trước khi tái cấu hình lưới điện 46 4. 4. 2. Tính toán tổn thất sau khi tái cấu hình lưới điện 50 4. 4. 3. Đánh giá hiệu quả tính toán tổn thất lưới sau khi tái cấu hình 52 ix
4. 5. Kết quả tính toán tái cấu hình ở cấp điện áp 22kV theo mùa khô và mùa mưa 53 Chương 5: KẾT LUẬN 54 1. Thành quả thu được 54 2. Hạn chế của luận văn 55 3. Hướng phát triển 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC KÈM THEO 59 x
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT MDAS Meter Data Acquisition System PSS/ADEPT The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool CMIS Customer Management Information System TBA Trạm biến áp TOPO Tie Open Point Optimization EVNSPC Tổng Công ty Điện lực Miền Nam SCADA Supervisory Control And Data Acquisition REC Recloser LBS Load Break Switch DS Distance Switch LTD Line tension disconnecting switch LBFCO Load Break Fuse Cut Out FCO Fuse Cut Out xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Giải thuật giảm dòng trên dây trung tính thông qua việc thay đổi pha cấp điện 8 Hình 2.2. Sơ đồ thuật toán để chọn vị trí và số lượng các nút chính 10 Hình 2.3. Lưu đồ giải thuật của Chen và Cho 14 Hình 2.4. Lưu đồ giải thuật của Rubin Taleski và Dragoslav 15 Hình 2.5. Giải thuật của Merlin và Back được Shirmohammadi chỉnh sửa 20 Hình 2.6 : Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự 21 Hình 2.7. Biểu đồ dòng chảy của hệ thống định tuyến tự động dựa trên GATS 25 Hình 3.1 : Lưu đồ thực hiện giải pháp tổn hao công suất và tổn hao năng lượng 30 Hình 4. 1. Sơ đồ phân bố tổ chức công tác tại Điện lực Chợ Gạo 32 Hình 4. 2. Sơ đồ một sợi lưới điện Chợ Gạo 33 Hình 4. 3. Sơ đồ đơn tuyến lưới điện Chợ Gạo 34 Hình 4. 4. Biểu đồ tình hình thực hiện tỷ lệ tổn thất so với chỉ tiêu 35 Hình 4. 5. Biểu đồ chỉ tiêu tỷ lệ tổn thất đến năm 2022 tại Điện lực Chợ Gạo 36 Hình 4. 6. Một đoạn dây trong tuyến dây trung thế Chợ Gạo 38 Hình 4. 7. Phần tử 473 CG ban đầu 44 Hình 4. 8. Hình vẽ phần tử tương đương 473CG 44 Hình 4.9. Sơ đồ tương đương lưới điện phân phối Điện lực Chợ Gạo 45 xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1. Trình bày phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu hình theo đặc điểm lưới điện phân phối Error! Bookmark not defined. Bảng 4.1. Bảng phân tích nhân sự theo trình độ 31 Bảng 4. 2. Bảng thông số nút một tuyến dây 39 Bảng 4. 3. Bảng thông số tải một tuyến dây 39 Bảng 4. 4. Bảng thông số dân dẫn 40 Bảng 4. 5. Bảng thông số các khóa 40 Bảng 4. 6. Bảng thông số tụ bù 40 Bảng 4. 7. Bảng thông số máy biến áp 41 Bảng 4. 8. Bảng giá trị thông số công suất đường dây 41 Bảng 4. 9. Bảng giá trị thông số công suất trạm 42 Bảng 4. 10. Bảng thông số tải của các trạm và Ptb của phần tử tương đương 473CG46 Bảng 4. 11. Bảng thông số nút của phần tử tương đương 47 Bảng 4. 12. Bảng thông số dân dẫn của phần tử tương đương 48 Bảng 4.13. Bảng thông số các khóa của phần tử tương đương 49 Bảng 4. 14. Bảng thông số tụ bù của phần tử tương đương 49 Bảng 4. 15. Bảng thông số tổn thất công suất trước khi tái cấu hình 50 Bảng 4.16. Bảng tổn thất lưới điện trước khi tái cấu hình trong một ngày 50 Bảng 4.17. Bảng kết quả các khóa thay đổi trạng thái khi chạy bài toán TOPO 51 Bảng 4. 18. Bảng Tổn thất điện năng lưới điện đã tái cấu hình trong một ngày 51 Bảng 4.19. Bảng thông số tổn thất công suất sau khi tái cấu hình 52 Bảng 4.20. Phần tử 479-GCT có bù hiện hữu 52 xiii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1. 1. Đặt vấn đề: Lưới điện phân phối tại Điện lực Chợ Gạo được thiết kế dạng mạch vòng nhưng vận hành hình tia. Các tuyến trung thế đã được phân đoạn bởi các thiết bị đóng cắt LBS, DS, REC…. và toàn bộ các tuyến dây trung thế đều có thể kết vòng để chuyển tải lẫn nhau mà không bị mất điện. Lưới điện phân phối tại Điện lực Chợ Gạo nói riêng, trên toàn tỉnh nói chung được thiết kế đảm bảo cấu trúc lưới điện và phương thức vận hành lưới điện có dự phòng theo tiêu chí mỗi tuyến dây trung thế mang tải tối đa 300 A, cũng như đảm bảo chế độ vận hành n-1 kết lưới mạch vòng. Theo đề án giảm tỷ lệ điện dùng để truyền tải và phân phối điện giai đoạn 2017 - 2020 của Tổng công ty Điện lực Miền Nam. Mục tiêu của Tổng công ty đến năm 2020 tỷ lệ tổn thất là 3,5 % trong đó tỷ lệ tổn thất của Điện lực Chợ Gạo đến năm 2020 là 5,08 %. Một vấn đề khác là trong cơ cấu phụ tải điện ánh sáng, sinh hoạt vẫn chiếm tỷ trọng lớn, sản lượng điện công nghiệp thấp và công tác quản lý vẫn còn hạn chế, vẫn còn tổn thất kinh doanh. Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp …) và các phụ tải này được phân bố không đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ. Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối. Chính vì những điều này, một bài toán khó khăn đã được đặt ra cho Điện lực Chợ Gạo đó là bằng cách nào đơn giản nhất có thể với kinh phí thấp nhất để làm giảm tổn thất điện năng trên toàn lưới điện. 1
Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy trên lưới điện phân phối như: - Điều chỉnh điện áp vận hành lưới điện phân phối. - Giảm công suất phản kháng trên lưới bằng cách lắp đặt tụ bù. - Tối ưu hóa các chế độ vận hành lưới điện. - Hạn chế vận hành không đối xứng. - Giảm chiều dài đường dây. - Cải tạo nâng tiết diện dây dẫn hoặc giảm bán kính cấp điện của các trạm biến áp tỷ lệ tổn thất thất thấp, lõi thép làm bằng vật liệu thép tốt. Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị. Chẳng hạn, phụ tải có đặc điểm biến động theo thời gian và tăng lên theo khu vực, do đó dung lượng thiết bị bù công suất phản kháng tại các nút sẽ luôn thay đổi chứ không bất biến. Do vậy cần phải xác định lại các vị trí lắp đặt và điều chỉnh lượng công suất bù trên lưới điện khi cần thiết. Với vị trí lắp đặt và lượng công suất bù tối ưu sẽ giảm tổn thất điện năng. Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu hình lưới nhằm giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy trong điều kiện phải thoả mãn các ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vô cùng khó khăn đối với các nhân viên quản lý vận hành. Do đó luôn cần một phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để tái cấu hình lưới trong điều kiện thoả mãn các mục tiêu điều khiển của các nhân viên quản lý vận hành. Tuy nhiên, một vài khó khăn đã xảy ra trong việc sử dụng phương pháp tái cấu hình lưới điện đó chính là: - Lưới điện phân phối của các Công ty Điện lực khu vực thuộc Tổng Công ty Điện lực Miền Nam thường có khoảng 700 – 2000 nút phụ tải ( tương đối lớn ) với khoảng 900 – 1500 nhánh, do đó việc tính toán các thông số kỹ thuật vận hành gặp rất nhiều khó khăn, mặc dù trên thực tế đã có khá nhiều phần mềm áp dụng để quản lý kể cả trong khâu kỹ thuật cũng như khâu kinh doanh. 2