Luận văn Vấn đề cos, bù công suất phản kháng và thị trường điện năng phản kháng

ma trận hệ số, ma trận vuông NxN; Q - QB - ma trận cột hiệu công suất phản kháng phụ tải và công suất bù. Hay viết dƣới dạng đại số: N j Bjjijnhi QQAQ 1 . (2.7) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Trong đó: Qj nh - công suất phản kháng truyền tải trên nhánh j; Aij - phần tử của ma trận A (Nếu nút i không nối với nút j thì Aij = 0); Qj - công suất phản kháng phụ tải tại nút j; QBi - công suất bù tại nút i. Ghi chú: trong Z3 nếu tính đầy đủ phải có thành phần tổn thất công suất do công suất tác dụng P gây ra, nhƣng bài toán xét Min hàm chi phí tính toấn bổ phần tổn thất này đi vẫn không ảnh hƣởng gì vì chúng là hằng số không phụ thuộc vào QB. Từ (2.3), (2.4) và (2.5) ta thấy các trị số Z1, Z2, Z3 đều phụ thuộc vào trị số QBi. Nhƣ vậy yêu cầu của bài toán là xác định các giá trị công suất phản kháng thiết bị bù (QBi) đặt tại các nút của lƣới điện sao cho tổng chi phí tính toán Z là nhỏ nhất. 2.1.3 Các ràng buộc - Tổng công suất bù tại các nút không vƣợt quá giá trị bù tổng toàn lƣới: B N i Bi QQ 1 (2.8) - Công suất bù tại một nút không vƣợt khỏi phạm vi cho phép: NiQQQ MaxBiBi Min Bi 1; (2.9) - Bù để sao cho hệ số công suất Cos tại các nút phía cao áp nằm trong phạm vi cho phép: niCosCosCos MaxiMin 1; (2.10) Trong đó : 22 Biii i i QQP P Cos (2.11) Sau đây xét một số phƣơng pháp giải bài toán bù hiện có. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 2.1.4 Mô hình bài toán bù công suất phản kháng khi có xét đến máy biến áp: Trong phần trên đã đề cập đến mô hình bài toán bù đối với lƣới phân phối hình tia, một cấp điện áp và chƣa xét đến máy biến áp. Tuy nhiên, tổn thất trong máy biến áp cũng rất đáng kể. Do đó, nếu bỏ qua máy biến áp thì lời giải bài toán sẽ thiếu chính xác. Sau đây sẽ trình bày mô hình bài toán bù khi có xét đến máy biến áp. Xét lƣới điện phân phối gồm n+1 nút đánh số 0,1,2,…,N và M nút có máy biến áp đánh số N+1,N+2,…,N = N+M. Các nút đều có phụ tải P i+jQi và có thể đặt bù công suất phản kháng QBi. Nút MBA tổng quát có cả phụ tải phía cao (gộp cả tổn thất không tải), phụ tải phía hạ và ở cả hai cấp điện áp đều có thể đặt bù công suất phản kháng. Nói tóm lại, tại nút có máy MBA sẽ đƣợc xem là hai nút phụ tải (đặc trƣng cho phụ tải phía cao và hạ của MBA), mà nhánh nối giữa hai nút có tổng trở bằng (RMBA + jXMBA). Trong đó RMBA và XMBA theo thứ tự là điện trở và điện kháng của máy biến áp. 2.1.5 Một số giả thiết khi tính toán tối ƣu công suất bù: Mô hình bài toán bù tối ƣu công suất phản kháng bằng tụ điện trên lƣới phân phối là một bài toán phức tạp có nhiều yếu tố tác động vì vậy để đơn giản hóa bài toán cần một số giả thiết nhƣ sau: -Giá trị điện áp lƣới đƣợc coi là không đổi. QBC PC+jQC QBH PH+jQH QBC PC+jQC QBH PH+jQH RMBA +jXMBA MBA Hình 2.1- Mô hình nút có máy biến áp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 -Tính chất của tải coi là nhƣ nhau tại các nút (giá trị = const). -Giá trị của thiết bị bù đƣợc coi nhƣ là tỷ lệ thuận với công suất của chúng và không xét đến các ảnh hƣởng khi có sự thay đổi về giá (không phụ thuộc vào các yếu tố kinh tế xã hội). -Giá trị cos là giá trị trung bình không đổi. -Với lƣới phân phối có nhiều trục chính, việc thay đổi công suất phản kháng tại một nút bất kỳ trên trục chính ảnh hƣởng không đáng kể đến việc thay đổi công suất phản kháng tại các nút khác trên trục chính. 2.2 Phƣơng pháp giải bài toán bù công suất phản kháng 2.2.1 Tổng quan Hiện nay đã có rất nhiều cách giải khác nhau để giải bài toán bù tối ƣu công suất phản kháng trong lƣới điện. - Phƣơng pháp tƣơng đƣơng liên tiếp, cho phép giải bài toán bù công suất phản kháng trong lƣới điện rất đơn giản và thuận tiện mà không cần phải lập hệ phƣơng trình; - Phƣơng pháp ma trận, ở đây đƣa vào ma trận điện trở nút để tính toán điện năng trong lƣới điện. Phƣơng pháp này tính toán bù công suất phản kháng trên cơ sở các biểu thức ma trận tƣờng minh đã làm giảm khá nhiều khối lƣợng tính toán. Phát triển của phƣơng pháp này ngƣời ta xây dựng ma trận Tôpô, thiết lập các công thức tính định thức và phần phụ đại số của ma trận điện trở nút của lƣới điện. Sử dụng các phƣơng pháp phân tích Tôpô để xây dựng công thức tính ma trận điện trở nút. Bằng phƣơng pháp đại số ma trận để xây dựng các thuật toán giải bài toán bù; - Phƣơng pháp giải bài toán bù tối ƣu công suất phản kháng trong lƣới điện kín dựa trên phƣơng pháp quy hoạch toán học, chuyển bài toán phân bố tối ƣu công suất phản kháng về bài toán quy hoạch toàn phƣơng. Thuật toán này cũng chỉ tiến hành trong điều kiện thang công suất TĐT liên tục; - Phƣơng pháp quy hoạch động giải bài toán bù có tính đến tính rời rạc của thang công suất TĐT. Trên cơ sở tiến hành quá trình thuận và ngƣợc của phƣơng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 pháp quy hoạch động. Trong quá trình thuận tiến hành hợp nhất các nhánh để tìm quan hệ Z n (QB n) và QBn (QB n). Trong đó Z n, QBn, QB n tƣơng ứng là tổng chi phí tính toán ở bƣớc hợp nhất thứ n, công suất TĐT đặt ở đầu cuối thứ n, tổng công suất TĐT đặt ở đầu cuối các nhánh trong bƣớc hợp nhất thứ n. Từ quan hệ QBn(QB n) tìm đƣợc trong quá trình thuận tiến hành quá trình ngƣợc của thuật toán để tìm các giá trị công suất TĐT đặt tại các nút của lƣới điện tƣơng ứng với cực tiểu hàm tổng chi phí tính toán; - Ngoài ra còn rất nhiều phƣơng pháp khác nhƣ phƣơng pháp tổ hợp các quá trình gián đoạn, phƣơng pháp diện tích, phƣơng pháp lặp, phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng điện áp,… Cũng đề cập đến cách giải bài toán bù tối ƣu công suất phản kháng trong những ràng buộc và hàm mục tiêu khác nhau. Nhƣ vậy, hiện nay đã có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau nghiên cứu về bài toán bù công suất phản kháng. Điều đó cho thấy bù công suất phản kháng là một vấn đề cấp thiết và vận hành lƣới điện. Những kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực này rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên, hàng loạt những khó khăn trong giải quyết vấn đề này khi tính toán lƣới điện thực tế vẫn chƣa đƣợc giải quyết triệt để (nhƣ khó khăn về khối lƣợng tính toán, ô nhớ, hình thức hoá,...) Sau đây giới thiệu thuất toán quy hoạch động giải bài toán bù công suất phản kháng. 2.2.2. Thuật toán giải bài toán bù công suất phản kháng bằng phương pháp quy hoạch động: Giải bài toán xác định công suất và chỗ đặt TĐT trên cơ sở thuật toán quy hoạch động bao gồm 2 quá trình thuận và ngƣợc. Trong quá trình thuận thực hiện các bƣớc hợp nhất các nhánh bắt đầu từ phụ tải về tới nguồn cung cấp để tìm giá trị nhỏ nhất của hàm mục tiêu. Giả sử lƣợng công suất TĐT cần đặt là BQ . Chia BQ ra làm m mức: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 0- BQ ; BQ - 2 BQ ... m BQ - BQ . Bƣớc chia này càng nhỏ độ chính xác càng cao. Nhƣng do thang công suất TĐT đƣợc sản xuất theo tiêu chuẩn nên ta chọn sao cho mức trên của mỗi bƣớc là bội số của thang công suất TĐT. * Đối với lƣới điện đƣờng dây chính (hình 2-2a) trình tự bắt đầu từ phụ tải cuối lƣới điện (nhánh 1). 0 n 2 1 0 Hình 2.2a Hình 2.2b 0 Hình 2.2c Hình 2.2: Các loại sơ đồ lƣới phân phối Bƣớc 1: Tính giá trị hàm )( 11 BQf với tất cả các giá trị có thể của 1BQ (nhánh 1 hình 2.2a). Quan hệ này đƣợc kí hiệu là )( 11 BQZ ; nghĩa là: )( 11 BQZ = )( 11 BQf (2.12) Bƣớc 2: thực hiện hợp nhất nhánh 1 với nhánh 2 (hình 2.2a). Đối với mỗi mức k của BQ cần tìm tổ hợp tối ƣu của 1BQ và 2BQ thoả mãn điều kiện: );()(min 22112 BBB QQfQfZ (2.13) Thay )( 11 BQf ta có: );()(min)( 2221122 BBBB QQfQZQZ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Bƣớc i: ở bƣớc thứ i, đối với mức k của BQ , tìm tổ hợp tối ƣu của BiQ và tổng 11 ...21 ii BBBB QQQQ Phƣơng trình trung toán có dạng: );()(min)( 1 0 iBBiiBiiBi QQ iBi QQfQQZQZ iBBi (2.14) Bƣớc n: Sau khi thực hiện (n - 1) bƣớc hợp nhất, tiến hành hợp nhất nhánh thứ n. ở bƣớc này tìm đƣợc hàm quan hệ giữa tổng chi phí tính toán của toàn lƣới điện với tổng công suất TĐT đặt tại các nút trong lƣới. Phƣơng trình truy toán ở bƣớc n có dạng: );()(min)( 1 0 nBBnnBnnBn QQ nBn QQfQQZQZ nBBn (2.15) * Đối với lƣới điện hình tia (hình 2.2b) với các nhánh chỉ có một đầu nhánh chung với đầu các nhánh khác trong lƣới, trƣớc khi thực hiện các bƣớc hợp nhất phải tiến hành tính giá trị của hàm chi phí tính toán với tất cả các giá trị có thể có của công suất TĐT đặt ở đầu cuối mỗi nhánh. Sau đó thực hiện quá trình hợp nhất nhánh. Trƣờng hợp này phƣơng trình trung toán cho bƣớc hợp nhất thứ i có dạng: )()(min)( 1 0 BiiBiiBi QQ iBi QfQQZQZ iBBi (2.16) * Đối với lƣới phân phối hở (hình 2.2c) bao gồm m đƣờng dây chính, dọc mỗi đƣờng dây chính có n nút, n nhánh nối tiếp nhau. Nhƣ vậy đƣờng dây chính có thể coi nhƣ một lƣới điện đƣờng dây chính. Thuật toán giải đối với lƣới điện phân phối (hình 2.2c) là quá trình hợp nhất nhánh bắt đầu từ cuối mỗi đƣờng dây chính thực hiện theo thuật toán đối với lƣới điện. Sau khi các nhánh của mỗi đƣờng dây chính đƣợc hợp nhất thành một nhánh tƣơng đƣơng, lƣới điện mới có dạng hình tia. Có thể thấy rằng đối với lƣới điện phân phối hở thuật toán giải là tập hợp của hai thuật toán giải đối với lƣới điện đƣờng dây chính và lƣới điện hình tia nhƣ đã trình bày. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Trong quá trình ngƣợc sẽ xác định chính xác công suất TĐT cần đặt tại các nút để hàm chi phí tại các lƣới là nhỏ nhất. Sau khi thực hiện bƣớc hợp nhất cuối cùng ta tìm đƣợc hàm quan hệ giữa tổng chi phí tính toán của toàn lƣới điện đối với tổng công suất TĐT đặt tại các nút trong lƣới điện, sẽ xác định đƣợc tổng công suất TĐT đặt tại các nút trong toàn lƣới là bao nhiêu là tối ƣu. Từ đó căn cứ vào các quan hệ )( iBi QZ đã xây dựng trong quá trình thuận để xác định giá trị công suất TĐT cần đặt tại các nút trong lƣới. 2.2.3 Xét đến rằng buộc về điện áp: Cùng với quá trình thuận của quy hoạch động sẽ đồng thời tính đến tổn thất điện áp trên các nhánh ứng với giá trị công suất chạy trên nhánh đó. Tại mỗi bƣớc của quá trình quy hoạch động, úng với tổng công suất bù của các nút i là QBji sẽ ghi lại công suất bù ở các nút ứng với hàm chi phí nhỏ nhất và ghi lại tổn thất điện áp U cực đại từ nút i tới nút ta kiểm tra tổn thất điện áp. Ngoài ra còn ghi lại các phƣơng án khác, tức là các tổ hợp khác mặc dù chi phí lớn hơn nhƣng tổn thất điện áp cực đại từ nút i tới các nút cần kiểm tra lại nhỏ hơn tỏ hợp có hàm chi phí nhỏ nhất. Khi hợp nhất hai nhánh thẳng i và i’ thì tổng tổn thất điệnáp là ( Ui+ Ui’). Khi hợp nhất hai nhánh hình tia thì tổn thất điện áp sẽ là giá trị max ( Ui; Ui’). Sau khi thực hiện bƣớc quy hoạch cuối cùng xác định đƣợc quan hệ Zn opt(QB ; Ui) sẽ đƣợc lời giải là hàm chi phí thực sự nhỏ nhất sao cho đảm bảo điều kiện về tổn thất điện áp. 2.2.4. Hình thức hoá thuật toán và sơ đồ khối. Khi thực hiện giải bài toán bù công suất phản kháng bằng phƣơng pháp quy hoạch động thực hiện trên máy tính điện tử có một số vấn đề đặt ra là làm thế nào hình thức hoá đƣợc quá trình hợp nhất, cần phải làm thế nào để máy hợp nhất các nhánh đúng thứ tự. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 o Nhƣ đã trình bày, quá trình thuận đƣợc thực hiện bằng cách hợp nhất các nhánh theo trình tự nhất định (từ các nhánh cụt đến các nhánh đầu). Để mô hình hóa thành sơ đồ khối thuật toán, trƣớc hết ta định nghĩa một số nhãn sau: o Nutcon[A]: là nút nối với nút A nhƣng đứng sau A tính theo chiều dòng công suất tác dụng chạy trên đƣờng dây. o Nutcha[A]: là nút nối với nút A nhƣng đứng trƣớc A tính theo chiều dòng công suất tác dụng chạy trên đƣờng dây. o Anhem[A]: là nút có cùng Nutcha với nút A. Ví dụ: B = Anhem[A] thì Nutcha[B] = Nutcha[A]. Nói cách khác, B và A có cùng Nutcha. a. Sơ đồ khối thuật toán quá trình thuận: (Tính hàm chi phí tính toán tổng ứng với tất cả các phƣơng án bù tại các nút). Stop = 0 B = nut[0] Stop = 1 Stop = 1 B có nút con 0 0 1 1 B = Nutcon[B] B = nut[0] Tính bù tại B B có anh em B = Anhem[B] B = Nutcha[B] 1 STOP 0 Hình 2.3: Sơ đồ khối thuật toán quá trình thuận BEGIN 1 0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 b. Sơ đồ khối quá trình ngƣợc: tìm công suất và vị trí đặt bù tối ƣu (hàm chi phí tính toán đạt cực tiểu) 2.2.6 Các số liệu cần đƣa vào tính toán: Việc giải bài toán bù với khối lƣợng tính toán lớn thực hiện nhiều vòng lặp do đó phải thực hiện trên máy tính. Để tính toán cần nhập vào các thông số: * Điện áp định mức của lƣới phân phối (KV). * Mã hiệu dây nối giữa hai nút, chiều dài dây dẫn (km). * Thông số nút : - Công suất max Pmax(KW), Q(KVAr). -Điện trở và điện kháng của máy biến áp tƣơng đƣơng. Stop = 0 B = nut[0] Stop = 1 Stop = 1 B có nút con 0 0 1 1 B = Nutcon[B] B = nut[0] B có anh em B = Anhem[B] B = Nutcha[B] 1 0 Hình 2.4: Sơ đồ khối thuật toán quá trình ngƣợc 1 0 Tìm Qb[B] HIỂN THỊ KẾT QUẢ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 2.2.7 Ví dụ áp dụng : Xét lƣới điện đơn giản nhƣ hình sau: Hình 2.5 Sơ đồ lƣới điện Khi thực hiện giải bài toán bù bằng phƣơng pháp quy hoạch động, quá trình thuận thực hiện hợp nhất các nhánh theo thứ tự (từ các nhánh cụt cho đến nhánh đầu). Với ví dụ này sẽ hợp nhất nhƣ sau: Bƣớc 1 Hợp nhất nhánh 5 và 6. Bƣớc 2 hợp nhất 5-6 và 4. Bƣớc 3 Hợp nhất 2 và 3. Bƣớc 4 Hợp nhất nhánh 2-3 với 4. Bƣớc 5 Hợp nhất nhánh 4 -2 vào 1. Dùng phƣơng pháp quy hoạch động xác định vị trí và công suất đặt bù tại các nút của lƣới điện này, cho các giá trị: 0 0 1 4 6 5 2 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 vh=0,1; tc=0,125; Un=10KV; Kb0=2.10 6 đồng. Kb=150.10 3 đ/kVAr ; T=4500h ; =3000h ;C =750đ/kWh ; Pb=0.0023kW/kVAr. Số liệu phụ tải và đƣờng dây cho trong bảng sau: Nút Ppt(KW) Q(KVAr) Qbmax(KVAr) 1 1000 1000 1000 2 600 600 600 3 500 500 500 4 400 400 400 5 300 300 300 Số liệu đƣờng dây: TT Nút đầu Nút Cuối Loại dây L(km) Số lộ R0 ( /km) X0 ( /km) Icp(A) 1 0 1 AC-120 1 1 0.27 0.391 380 2 1 2 AC-70 1.2 1 0.46 0.408 265 3 2 3 AC-50 1.5 1 0.656 0.418 210 4 1 4 AC-95 1 1 0.33 0.397 330 5 4 5 AC-50 1.2 1 0.656 0.418 210 6 4 6 AC-50 2 1 0.656 0.418 210 Kết quả tính toán : Kết quả tính chế độ xác lập: -------------------------------------- Tổng công suất yêu cầu đầu nguồn: 3400.563 +j3423.566 kVA Tổng công suất phụ tải: 3300.000 +j3300.000 kVA Tổng tổn thất công suất : 100.563 +j123.566 kVA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Điện áp thanh cái tổng: Udm = 10.00/_0 kV Nút có điện áp thấp nhất: Umin = 9.555 /_ -0.001(kV) Tổn thất điện áp cực đại: deltaUmax = 4.4% Kết quả tính toán bù: QB = 1630 KVAr. Lợi nhuận thu đƣợc 45000000 đồng/ năm. 2.3. Chƣơng trình máy tính và sử dụng chƣơng trình 2.3.1.Kiến trúc chƣơng trình: Chƣơng trình đƣợc viết bởi ngôn ngữ lập trình Dephi 7.0 có thể chạy tốt trên môi trƣờng Window XP. Giao diện sử dụng thân thiện với ngƣời dùng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Menu chính Dữ liệu Load Flow Bù CSPK Tạo mới __ Mở __ Lƣu __ Lƣu với tên khác __ Nhập dữ liệu __ Đồ thị phụ tải __ Bản đồ địa lý __ Xuất dữ liệu __ Nút __ Nhánh __ Máy biến áp __ In ấn __ Kết thúc Tính toán __ Thay đổi thông số __ Nút __ Nhánh __ Biến áp 2 cuộn dây __ Biến áp 3 cuộn dây __ Tụ __ Kháng Tính toán __ Thay đổi thông số __ Cácc hệ số __ Các ràng buộc TRỢ GIÚP Hƣớng dẫn sử dụng __ Giới thiệu PSA Hình 2.6: Kiến trúc chương trình PSA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 2.3.2 S¬ ®å khèi ch•¬ng tr×nh: TÍNH TOÁN Mở file có sẵn Mô phỏng lƣới mới Tạo file mới Thay đổi sơ đồ cấu trúc lƣới Vào số liệu mới Thay đổi số liệu cũ Tính Loadflow Tính Bù kinh tế công suất phản kháng GHI VÀO FILE MÔ PHỎNG VÀO SỐ LIỆU - Số liệu bài toán LF - Số liệu bài toán bù - Đồ thị phụ tải - Đồ thị cos XUẤT DỮ LIỆU - Bảng - File - Đồ họa - Máy in FILE Hình 2.7: Sơ đồ khối tổng quát chương trình PSA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 2.3.3 Giao diện chƣơng trình: Hình 3.14: Giao diện chính chương trình PSA 2.3.4 Vào Số liệu : Vào số liệu thông số đƣờng dây Công cụ mô phỏng lƣới điện Hiển thị kết quả Load Flow Các modul Tính toán Cửa sổ chính của chƣơng trình Cửa sổ mụ phỏng, hiển thị sơ đồ lƣới điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Vào số liệu nút: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 CHƢƠNG III. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG: Để kiểm chứng cho phƣơng pháp bù tối ƣu công suất phản kháng đã đƣa ra ở chƣơng III xét một lƣới điện thuộc khu vực Huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên để tính toán áp dụng. 3.1 Sơ đồ lộ 677: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 3.2 Các Số liêu Tính toán: Bảng 3.1 Số liệu Máy Biến áp trên lộ 677; Stt Tên TBA Sđm (KVA) Uđm1/Uđ m2 (KV) I0 % ∆P 0 % ∆PN (W) ∆U N (V) Rn( ) Xn( ) 1 Đồng bẩm 2 180 6/0,4 1.03 500 2323 4.47 0.86 5.10 2 Đồng bẩm 3 250 6/0,4 3.83 1240 4850 3.53 0.93 2.79 3 Chùa hang 4 320 6/0,4 3.83 900 4200 3.83 0.49 2.44 4 Làng đông 180 6/0,4 3 850 2825 4 1.05 4.50 5 Đồng bẩm 1 250 6/0,4 3.68 960 3700 6.5 0.71 5.36 6 Gia Bẩy 180 6/0,4 1.03 500 2323 4.47 0.86 5.10 7 Chùa hang 5 250 6/0,4 2.5 900 3650 3.8 0.70 3.08 8 Tấm Lợp 400 6/0,4 2.3 1080 5500 4.5 0.41 2.30 9 UB Huyện 180 6/0.4 1.6 620 2603 5.7 0.96 6.52 10 Nƣớc Đồng Bẩm 75 6/0.4 1.67 300 1161 3.89 2.48 10.51 11 Bu Điện 50 6/0.4 2.17 260 1073 4.07 5.15 16.14 12 Đá xẻ 250 6/0.4 3.68 960 3700 6.5 0.71 5.36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Bảng 3.2 Số liệu đƣờng dây của lộ 677: Nút đầu Nút Cuối Loại Dây L(Km) Số lộ R( ) X( ) Icp (A) 0 1 AC70 0.686 1 0.46 0.408 265 1 2 AC50 0.64 1 0.65 0.418 210 2 3 AC50 0.035 1 0.65 0.418 210 2 4 AC50 0.15 1 0.65 0.418 210 1 5 AC70 0.58 1 0.46 0.408 265 5 6 AC50 0.04 1 0.65 0.418 210 5 7 AC70 0.116 1 0.46 0.408 265 7 8 AC50 0.45 1 0.65 0.418 210 8 9 AC50 0.08 1 0.65 0.418 210 8 10 AC50 0.24 1 0.65 0.418 210 8 11 AC50 0.025 1 0.65 0.418 210 7 12 AC70 0.14 1 0.46 0.408 265 12 13 AC50 0.055 1 0.65 0.418 210 12 14 AC70 0.095 1 0.46 0.408 265 14 15 AC50 0.64 1 0.65 0.418 210 14 16 AC70 0.408 1 0.46 0.408 265 16 17 AC50 0.02 1 0.65 0.418 210 16 18 AC70 0.302 1 0.46 0.408 265 18 19 AC50 0.64 1 0.65 0.418 210 18 20 AC70 0.52 1 0.46 0.408 265 20 21 AC50 0.108 1 0.65 0.418 210 20 22 AC70 0.24 1 0.46 0.408 265 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Bảng 3.3 Số liệu phụ tải cực đại trên lộ 677: TT Tên nút Loại nút Pt(KW) Qt(KWAr) 1 677 0 0 2 Đồng Bẩm 1 PQ 211 134 3 Đồng Bẩm 2 PQ 146 105 4 Đồng Bẩm3 PQ 218 123 5 Chùa Hang 4 PQ 273 167 6 Chùa Hang 5 PQ 207 139 7 Tấm lợp PQ 326 231 8 UB Huyện PQ 139 114 9 Đá xẻ PQ 207 140 10 Bƣu Điện PQ 41 29 11 Gia Bẩy PQ 146 106 12 Làng Đông PQ 151 98 13 Nƣớc Đồng Bẩm PQ 57 49 Qúa trình tính toán thực hiện bằng chƣơng trình: Với các số liệu sử dụng : vh=0,1; tc=0,125; Un=10KV; Kb0=2.10 6 đồng. Kb=150.10 3 đ/kVAr ; T=4500h ; =3000h ;C =750đ/kWh ; Pb=0.0023kW/kVAr. 3.3 Kết quả tính toán ứng với chế độ phụ tải cực đại: 3.3.1 Kết quả trước khi bù tối ưu: Tổng công suất yêu cầu đầu nguồn: 2296.910 +j1657.791 kVA Tổng công suất phụ tải: 2119.860 +j1434.000 kVA Tổng tổn thất công suất : 177.050 +j223.791 kVA Điện áp thanh cái tổng: Udm = 6.00/_0 kV Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 Nút có điện áp thấp nhất: Umin = 5.260 /_ -2.663(kV) Tổn thất điện áp cực đại: deltaUmax = 12.3% Bảng 3.4 Tổn thất điện áp trên lộ 677 khi chƣa bù : TT Tên nút U nút U(nút)% Pmax(KW) Q(max) Cos 1 1 5.802 3.3 0 0 2 2 5.775 3.7 0 0 3 3 5.774 3.8 0 0 4 Chùa Hang 5 5.672 5.5 207 139 0.8302 5 4 5.775 3.7 0 0 6 Bu Điện 5.653 5.8 41 29 0.8164 7 5 5.653 5.8 0 0 8 7 5.625 6.3 0 0 9 8 5.563 7.3 0 0 10 9 5.556 7.4 0 0 11 Đá xẻ 5.386 10.2 207 140 0.8283 12 11 5.553 7.5 0 0 13 Tấm lợp 5.429 9.5 326 231 0.8159 14 10 5.552 7.5 0 0 15 Chùa Hang 4 5.452 9.1 273 167 0.8531 16 12 5.607 6.6 0 0 17 13 5.606 6.6 0 0 18 UB huyện 5.443 9.3 138.6 114 0.7723 19 14 5.505 8.3 0 0 20 16 5.473 8.8 0 0 21 18 5.452 9.1 0 0 22 20 5.431 9.5 0 0 23 21 5.428 9.5 0 0 24 Làng Đông 5.314 11.4 151 98 0.8388 25 22 5.426 9.6 0 0 26 Gia Bẩy 5.299 11.7 146 106 0.8092 27 19 5.428 9.5 0 0 28 Đồng Bẩm 1 5.26 12.3 210 134 0.843 29 17 5.473 8.8 0 0 30 bơm ĐB 5.351 10.8 57 48 0.7649 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 31 15 5.482 8.6 0 0 32 Đồng Bẩm 3 5.38 10.3 218 123 0.8709 33 6 5.652 5.8 0 0 34 Đồng Bẩm 2 5.531 7.8 146 105 0.8119 3.3.2 Kết quả tính bù công suất phản kháng: Bảng 3.5 Giá trị Q bù tại các nút TT Tên nút Qb Cos( ) trƣớc bù Cos( ) sau bù 1 Đồng Bẩm 1 130 0.843 1 2 Đồng Bẩm3 110 0.871 0.998 3 Chùa Hang 4 150 0.853 0.998 4 Chùa Hang 5 70 0.813 0.949 5 Tấm lợp 210 0.816 0.998 6 UB Huyện 90 0.772 0.985 7 Đá xẻ 120 0.828 0.995 8 Gia Bẩy 100 0.809 0.999 9 Làng Đông 90 0.839 0.999 10 Nƣớc Đồng Bẩm 40 0.765 0.99 Tổng dung lƣợng bù là: 1110 KVAr. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 Bảng 3.6 Tổn thất điện áp trƣớc và sau khi bù TT Tên nút Trƣớc khi bù Sau Khi Bù U nút U(nút)% U nút U(nút)% 1 1 5.802 3.3 5.861 2.32 2 2 5.775 3.7 5.838 2.70 3 3 5.774 3.8 5.837 2.72 4 Chùa Hang 5 5.672 5.5 5.775 3.75 5 4 5.775 3.7 5.838 2.70 6 Bu Điện 5.653 5.8 5.717 4.72 7 5 5.653 5.8 5.76 4.00 8 7 5.625 6.3 5.742 4.30 9 8 5.563 7.3 5.698 5.03 10 9 5.556 7.4 5.693 5.12 11 Đá xẻ 5.386 10.2 5.644 5.93 12 11 5.553 7.5 5.691 5.15 13 Tấm lợp 5.429 9.5 5.657 5.72 14 10 5.552 7.5 5.69 5.17 15 Chùa Hang 4 5.452 9.1 5.658 5.70 16 12 5.607 6.6 5.73 4.50 17 13 5.606 6.6 5.73 4.50 18 UB huyện 5.443 9.3 5.676 5.40 19 14 5.505 8.3 5.665 5.58 20 16 5.473 8.8 5.645 5.92 21 18 5.452 9.1 5.631 6.15 22 20 5.431 9.5 5.618 6.37 23 21 5.428 9.5 5.616 6.40 24 Làng Đông 5.314 11.4 5.58 7.00 25 22 5.426 9.6 5.615 6.42 26 Gia Bẩy 5.299 11.7 5.586 6.90 27 19 5.428 9.5 5.615 6.42 28 Đồng Bẩm 1 5.26 12.3 5.581 6.98 29 17 5.473 8.8 5.645 5.92 30 bơm ĐB 5.351 10.8 5.6 6.67 31 15 5.482 8.6 5.648 5.87 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 32 Đồng Bẩm 3 5.38 10.3 5.604 6.60 33 6 5.652 5.8 5.759 4.02 34 Đồng Bẩm 2 5.531 7.8 5.641 5.98 Kết quả tính chế độ xác lập sau khi bù: -------------------------------------- Tổng công suất yêu cầu đầu nguồn: 2234.254 +j470.614 kVA Tổng công suất phụ tải: 2119.860 +j325.000 kVA Tổng tổn thất công suất : 114.394 +j145.614 kVA Điện áp thanh cái tổng: Udm = 6.00/_0 kV Nút có điện áp thấp nhất:Umin = 5.580 /_ -3.724(kV) Tổn thất điện áp cực đại: deltaUmax = 7.0% 3.3.3 Hiệu quả sau khi bù: Kết quả tính toán thấy đƣợc : + Tổn thất điện áp giảm đáng kể: tổn thất điện áp cực đại giảm 5%. + Tổn thất công suất giảm: Tổng tổn thất công suất trƣớc khi bù: 177.050 +j223.791 kVA Tổng tổn thất công suất sau khi bù : 114.394 +j145.614 kVA +Công huy động đầu nguồn giảm: (chủ yếu công suất phản kháng) Tổng công suất yêu cầu đầu nguồn trƣớc khi bù:2296.910 +j1657.791 kVA Tổng công suất yêu cầu đầu nguồn sau khi bù: 2234.254 +j470.614 kVA + Tổng lợi nhuận thu đƣợc là: 66.366.000 đồng/ năm. 3.4 Phân tích kinh tế tài chính và đánh giá hiệu quả kinh tế bù công suất phản kháng. 3.4.1 Các chi phí và lợi ích khi đặt bù: Để lắp đặt cơ cấu bù cần phải có một lƣợng chi phí vốn đầu tƣ mua sắm và xây dựng. Doanh thu của dự án bao gồm lợi ích do giảm tổn thất, lợi ích do nâng cao chất lƣợng điện. 3.4.1. Dòng thu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 Tổng thu trong một năm của dự án là giá trị sản phẩm tính bằng tiền của dự án, đƣợc xác định bằng tổng số tiền lợi nhuận trong năm của dự án Tổng doanh thu tăng thêm ở năm thứ t B t=B t+Bclt (3.1) B t- Giảm chi phí tổn thất ở năm thứ t so với năm gốc t mt tt A gA AAB 1 )( 0 (3.2) A0, At- tổn thất điện năng tƣơng đối trƣớc và sau khi đặt bù; At- tổng điện năng truyền tải qua lƣới tính toán, kWh; gm- giá mua điện năng, đ/kWh; Bclđ - Hiệu quả tăng thêm do chất lƣợng điện tốt hơn Bclđ=Acl.t.gcl (3.3) Acl.t – điện năng chất lƣợng tăng thêm do đặt cơ cấu bù: Acl.t=(pcl.t-pcl0)At pcl.t, pcl0 – xác xuất chất lƣợng điện năng ở năm thứ t và năm trƣớc khi đặt bù; pcl – xác suất chất lƣợng điện năng; gcl- giá thành điện năng chất lƣợng đ/kWh. 3.4.2. Dòng chi của dự án Dòng chi của dự án đƣợc tính bằng các chi phí do mua sắm xây dựng, vận hành và trả lãi do vay vốn Tổng chi phí năm thứ t: C t= Kt + CO&M + Ctra lai (3.4) Kt - Tổng chi phí cho việc mua sắm, lắp đặt thiết bị bù ở năm thứ t; CO&Mt- Chi phí bảo dƣỡng và vận hành năm thứ t CO&Mt=kO&MKt (3.5) kO&M – hệ số vận hành và bảo dƣỡng lƣới điện; Ctra lai – chi phí trả lãi vốn vay ngân hàng Ctra lai = Vvayllai Vvay- vốn vay ngân hàng; llai – lãi suất ngân hàng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 3.4.3. Dòng tiền của dự án Dòng tiền của dự án là hiệu giữa tất cả các khoản doanh thu và tất cả các chi phí cần thiết cho một dự án. Thƣờng thì dòng tiền không thể xác định trƣớc đƣợc mà phải dự báo, vì vậy đòi hỏi nhà đầu tƣ phải có sự phân tích, tính toán một cách khoa học trên cơ sở các dữ liệu tin cậy ban đầu. Giá trị dòng lãi năm thứ t đƣợc xác định theo biểu thức Lt = B t - C t (3.6) Trong đó: B t – dòng thu; C t – dòng chi. Do giá trị tiền tệ có giá trị thay đổi theo thời gian, để có thể đánh giá chính xác giá trị của dòng tiền, người ta phải qui đổi các giá trị của đồng tiền ở các thời điểm về thời điểm hiện tại t0=0 theo hệ số quy đổi . t tt t qd L i L L )1( (3.7) Trong đó: - thừa số quy đổi i1 1 i - Hệ số chiết khấu 3.4.2. Các chỉ tiêu cơ bản của dự án 1). Giá trị lãi suất thuần quy về hiện tại Nhƣ đã biết, lãi suất là hiệu giữa doanh thu và chi phí. Những phƣơng án có doanh thu lớn hơn chi phí là những phƣơng án mang lại hiệu quả kinh tế. Giá trị tổng lãi suất trong suốt đời sống dự án quy về thời điểm hiện tại ký hiệu là NPV (Net Present Value) sẽ là một trong những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá các dự án. NPV = n t t tt iCB 0 )1)(( = n t t t iL 0 )1( ; (3.8) 2). Tỷ số giữa doanh thu và chi phí Có thể dựa vào hiệu quả của một đồng vốn chi phí cho dự án mà đƣợc biểu thị bởi tỷ số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 R = C B = n t t t n t t t iC iB 0 0 )1( )1( ; (3.9) 3) Hệ số hoàn vốn nội tại ký hiệu là IRR (Internal Rate of Return) là hệ số chiết khấu ứng với giá trị tổng lãi suất hiện tại NPV = 0 . NPV = n t t tt IRRCB 0 )1)(( = 0; (3.10) Phƣơng trình này có thể giải theo phƣơng pháp gần đúng IRR = i1 + (i2 - i1) 21 1 NPVNPV NPV ; (3.11) i1, i2- các giá trị chiết khấu gần nhau nhất mà giá trị NPV bắt đầu đổi dấu. NPV1 , NPV2 - các giá trị tổng lãi suất ứng với i1 và i1. 4). Thời gian hoàn vốn T Thời gian hoàn vốn là thời gian mà tổng doanh thu bằng tổng chi phí, hay nói cách khác đó là thời gian mà tổng lãi suất bù đắp đƣợc chi phí của dự án. NPV = T t t tt iCB 0 )1)(( = 0 ; (3.12) Phƣơng trình trên có thể giải gần đúng. T = tn+ 21 1 NPVNPV NPV ; (3.13) tn - số năm tròn ngay trƣớc khi đạt đƣợc giá trị NPV=0; NPV1, NPV2 - các giá trị ứng với thời gian tn và năm sau đó, tức là năm tn+1. KÕt qu¶ tÝnh to¸n ph©n tÝch kinh tÕ – tµi chÝnh dù ¸n bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ®èi víi m¹ng ®iÖn 677. C¸c chØ tiªu hiÖu qu¶ bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ë m¹ng ®iÖn 677: NPV=139,112 triÖu VN§; IRR=20%;T = 3,59 năm; B/C=2,945. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 CHƢƠNG IV: THỊ TRƢỜNG ĐIỆN NĂNG PHẢN KHÁNG: 4.1 Thị trƣờng điện năng phản kháng ở việt nam: 4.1.1 Phân tích mô hình kinh doanh điện năng phản kháng hiện tại ở Việt Nam: Hiện tại ở nƣớc ta việc kinh doanh điện năng phản kháng đƣợc thực hiện trên cơ sở phạt hệ số cos thấp. Thực hiện theo thông tƣ liên tịch của bộ công nghiệp. Nhằm đảm bảo cho sự dụng điện tin cậy, hiệu quả và an toàn. 4.1.1.1 Cách xác định hệ số công suất trung bình: a) Hệ số công suất trung bình đƣợc xác định nhƣ sau: 22 )cos( qp p AA A hoặc )cos(cos Ap Aq artg (4.1) Trong đó: Ap: Điện năng tác dụng trong một chu kỳ ghi chỉ số công tơ (kWWh). Aq: điện năng phản kháng trong một chu kỳ ghi chỉ số công tơ tƣơng ứng (kWArh). b) Trƣờng hợp bên mua điện ký một hợp đồng kinh tế cho nhiều công tơ tại một địa điểm đƣợc cấp chung cùng một đƣờng dây trung thế, cao thế thì hệ số công suất trung bình đƣợc xác định bằng cách cộng sản lƣợng điện năng tác dụng và điện năng phản kháng của công tơ để tính cos trung bình. c) Trƣờng hợp bên mua điện có sử dụng điện ngoài mục đích sản xuất, kinh doanh, dịch vụ thì việc xác định hệ số công suất nhƣ sau: -Khi có công tơ đo đếm phần điện năng sử dụng để sản xuất, kinh doanh, dịch vụ thì chỉ áp dụng mua công suất phản kháng đối với phần điện năng sử dụng cho mục đích này. -Khi không tách riêng đƣợc phần điện năng sử dụng để sản xuất, kinh doanh, dịch vụ mà chỉ có công tơ đo đếm điện năng chung, nếu hệ số công suất cos <0.85 thì bên mua điện vẫn phải mua công suất phản kháng cho cả phần điện năng chung đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 4.1.2 Phương pháp xác định tiền mua công suất phản kháng: Tiền mua công suất phản kháng (chƣa bao gồm thuế GTGT) đƣợc tính theo công thức: Tq = Ta x k % (4.2) Trong đó: -Tq: Tiền mua cụng suất phản khỏng (chƣa có thuế GTGT) -Ta: Tiền mua điện năng tỏc dụng (chƣa có thuế GTGT) - k: Hệ số bù đắp chi phí do bên mua điện sử dụng quá lƣợng công suất phản kháng quy định (%) Hệ số k đƣợc tính theo bảng sau : Bảng 4.1 TT Hệ số công suất (cos ) k (%) STT Hệ số công suất (cos ) k (%) 1 0,85 0 15 0,71 19,72 2 0,84 1,19 16 0,70 21,43 3 0,83 2,41 17 0,69 23,19 4 0,82 3,66 18 0,68 25,00 5 0,81 4,94 19 0,67 26,87 6 0,80 6,25 20 0,66 28,79 7 0,79 7,59 21 0,65 30,77 8 0,78 8,97 22 0,64 32,81 9 0,77 10,39 23 0,63 34,92 10 0,76 11,84 24 0,62 37,10 11 0,75 13,33 25 0,61 39,34 12 0,74 14,86 26 0,60 41,67 13 0,73 16,44 27 Dƣới 0,60 44,07 14 0,72 18,06 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 Một số nhận xét: Phƣơng pháp tính toán dung lƣợng chi trả cho điện năng phản kháng chƣa thực sự hợp lý do: -Trên cơ sở nào để định ra mức cos tối thiểu phải nộp tiền phạt cos là 0,85. - Căn cứ vào đâu để xác định mối quan hệ giữa giá trị của hệ số bù k và hệ số cos . Nhƣ vậy có thể thấy là phƣơng pháp kinh doanh điện năng phản kháng hiện tại chƣa dựa trên cơ sở phân tích kinh tế kỹ thuật hợp lý. Điều đó dẫn tới việc mất công bằng giữa các nhà kinh doanh điện và khách hàng, và giữa các khách hành với nhau. Phƣơng pháp kinh doanh này chỉ đơn thuần áp đặt khách hàng phải mua điện năng phản kháng mà không khuyến khích họ tham gia vào quá trình điều tiết cải thiện chế độ làm việc của hệ thống điện. 4.2 Các mô hình kinh doanh điện năng có thể đƣợc áp dụng: 4.2.1 Phương án I: Vẫn áp dụng phƣơng pháp kinh doanh công suất phản kháng nhƣ hiện nay nhƣng thay đổi giá trị các hệ số cos và tỷ lệ tiền phạt cho hợp lý: Xác định hệ số cos tối thiểu: Hệ số cos tối thiểu đƣợc xác định phụ thuộc vào chế độ sử dụng điện của các doanh nghiệp, cụ thể là phụ thuộc vào hệ số điền kín đồ thị phụ tải (Kđk) và hệ số tham gia vào phụ tải cực đại của hệ thống (KtM). Giá trị của hệ số cos tối thiểu có thể xác định theo : cos kt=cos(artg kt) (4.3) QtMdk cb kt kkk tg tg ).1( (4.4) Trong đó: tg cb- hệ số công suất phản kháng cơ bản, trên thanh cái thứ cấp trạm biến áp trung gian. Giá trị hệ số công suất phản kháng tg trên thanh cái hệ thống đƣợc xác định trên cơ sở hệ số cos của các nguồn điện có xét đến điện dung của đƣờng dây. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 Bảng 4.2 Hệ số công suất phản kháng cơ bản, phụ thuộc vào số cấp điện phân phối: Số cấp điện áp phân phối 2 cấp 110/35/10 1 cấp 110/(10-35) Trực tiếp từ máy phát tg cb 0,4 0,425 0,55 cos cb 0,93 0,92 0,88 KtM – hệ số tham gia vào cực đại của doanh nghiệp, có thể tính gần đúng bằng biểu thức: M tM tM P P k (4.5) PtM- công suất tiêu thụ trung bình trong thời gian cao điểm của hệ thống. PM- công suất cực đại của doanh nghiệp. KQ- hệ số đƣơng lƣợng tiêu chuẩn bù công suất phản kháng (kVAr/KW). GQ- Giá thành điện năng phản kháng, đồng/kVArh. Hệ số đƣơng lƣợng kinh tế công suất phản kháng đƣợc xác định trên cơ sở phân tích hiệu quả bù tối ƣu trên mạng điện phân phối. Nhƣ đã biết, giá trị đƣơng lƣợng kinh tế bù công suất phản kháng đƣợc xác định theo biểu thức: dl Q k k 1 (4.6) Với kld là tỷ lệ công suất tác dụng có đƣợc do đặt bù tính trên một đơn vị công suất của thiết bị bù: )2( 2 Q Q U QR k bdl (4.7) Trong đó: Q- Phụ tải phản kháng, kVAr. R- điện trở tính từ nguồn đến điểm đặt bù. Qb- công suất của thiết bị đặt bù KVAr. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 U- điện áp định mức của mạng điện KV. *Kết quả phân tích, tính toán ứng với đặc điểm của các mạng điện cung cấp cho các phụ tải đặc trƣng cho thấy có thể lấy giá trị trung bình thƣờng của hệ số kQ theo bảng sau: Bảng 4.3 Giá trị trung bình của hệ số kQ đối với các ngành sản xuất: Chế độ phụ tải Công nghiệp Nông nghiệp Thƣơng mại và thành phần khác KQ 0,55 0,5 0,45 Giá trị hệ số điền kín đồ thị phụ tải đƣợc xác định trên cơ sở số liệu thống kê và đo đếm tại các xí nghiệp đặc trƣng. Nhìn chung giá trị hệ số điền kín đồ thị phụ tải thay đổi phụ thuộc khá nhiều vào nhân tố ca, kíp làm việc, mùa vụ, điều kiện thời tiết. Bảng 4.4 Giá trị hệ số điền kín đồ thị phụ tải và hệ số tham gia cực đại của các loại phụ tải đặc trƣng: Loại phụ tải đặc trng Hệ số điền kín của phụ tải Hệ số tham gia vào cực đại Một ca hai ca ba ca Một ca hai ca ba ca Công nghiệp 0,35 0,65 0,75 0,65 0,75 0,75 Nông nghiệp 0,25 0,5 0,65 0,5 0,65 0,65 Thơng nghiệp 0,35 0,55 0,7 0,65 0,85 0,85 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 Bảng 4.5 Giá trị hệ số công suất tối thiểu cos kt đối với các phụ tải đậc trƣng phụ thuộc vào chế độ làm việc theo ca: Số cấp điện áp phân loại phụ tải Cos kt phối Một ca hai ca ba ca hai cấp Công nghiệp 0,92 0,9 0,88 Nông nghiệp 0,91 0,9 0,88 Thơng nghiệp 0,91 0,9 0,87 Một cấp Công nghiệp 0,92 0,89 0,87 Nông nghiệp 0,9 0,89 0,86 Thƣơng nghiệp 0,9 0,89 0,86 Phân tích các kết quả tính toán, ta nhận thấy hệ số cos tối thiểu của các loại phụ tải đặc trƣng khác so với giá trị hệ số cos tối thiểu hiện tại đang áp dụng cho việc tính toán chi trả điện năng phản kháng tiêu thụ của hộ dùng điện ở Việt Nam. Trong đại đa số trƣờng hợp, giá trị hệ số cos tối thiểu xác định theo mô hình đề xuất đều lớn hơn giá trị 0,85 hiện hành. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Bảng 4.6 Giá trị hệ số cos tối thiểu phụ thuộc vào hệ số điền kín và hệ số tham số cực đại: KtM 0.1 0.2 0.3 0,4 0.5 0.6 0.7 0.8 0,9 1 Kdk 0.1 0,83 0,86 0,89 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,95 0,96 0.2 0,83 0,86 0,88 0,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,95 0.3 0,82 0,85 0,87 0,89 0,90 0,92 0,93 0,93 0,94 0,95 0.4 0,82 0,84 0,86 0,88 0,89 0,91 0,92 0,92 0,93 0,94 0.5 0,82 0,84 0,85 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0.6 0,81 0,83 0,84 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,91 0.7 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,89 0.8 0,8 0,81 0,82 0,83 0,84 0,84 0,85 0,86 0,86 0,87 0.9 0,8 0,8 0,81 0,81 0,82 0,82 0,82 0,83 0,83 0,84 1 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 0,79 Tỷ lệ phạt K: Lƣợng điện năng phản kháng cần phải trả là: Aq=Ap.(tg n-tg kt) (4.8) Chuyển đổi giá trị tƣơng đƣơng theo điện năng tác dụng : Atd=b. kbAq.(tg n-tg kt).Ap (4.9) Trong đó: b- tỷ lệ giữa giá thành điện năng phản kháng và giá thành điện năng tác dụng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 p q c c b (4.10) Cp,cq- giá thành điện năng tác dụng và điện năng phản kháng, đ/KWh và đ/KVArh trong trƣờng hợp này có thể lấy b=0,15-0,25. kb- hệ số khuyến khích đặt thiết bị bù ( kb=2-3). KQ- hệ số đƣơng lƣợng kinh tế công suất phản kháng, xác định phụ thuộc vào đặc điểm của phụ tải lƣới điện. Tỷ lệ phạt đƣợc xác định theo biểu thức: k=b. kbAq.(tg n-tg kt). Bảng 4.7 Hệ số bù đắp chi phí do hệ số cos thấp dƣới mức quy định (0,9). Cos k Cos k Cos k 0.4 0.4 0.65 0.15 0.9 0 0.45 0.33 0.7 0.12 0.925 -0.02 0.5 0.27 0.75 0.09 0.95 -0.03 0.55 0.23 0.8 0.06 0.975 -0.06 0.6 0.19 0.85 0.03 1 -0.11 Tiền mua công suất phản kháng đƣợc tính theo công thƣc: Tq=Ap.k.gp (4.11) Nhận xét: Theo phƣơng án 1 việc kinh doanh điện năng phản kháng sẽ không bị thay đổi, so với phƣơng thức kinh doanh hiện tại ở nƣớc ta. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 -Mô hình này cho phép khuyến khích khách hàng tham gia vào quá trình đièu tiết chế độ làm việc của mạng thông qua sự điều chỉnh chế độ sử dụng điện ( san bằng đồ thị phụ tải, giảm công suất cực đại) nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống điện. -Sự minh bạch của cách tính lƣợng chi trả điện năng phản kháng của phƣơng án này đƣợc thể hiện qua việc xác định các hệ số kinh tế kỹ thuật, đảm bảo sự công bằng giữa các nhà kinh doanh điện năng và c khách hàng dùng điện. Cũng nhƣ giữa các khách hàng với nhau. -Hạn chế của phƣơng án này là chƣa khuyến khích đƣợc khách hàng lắp đặt thiết bị bù điều chỉnh tự động. 4.2.2 Phƣơng án 2 :Kinh doanh điện năng phản kháng trên cơ sở lƣợng tiêu thụ thực tế: Lƣợng tiền chi trả cho điện năng phản kháng đƣợc xác định theo biểu thức: Tpk=(AQtt+ kd.AQsx-AQkt). kb.gQ (4.12) Trong đó: AQtt - điện năng phản kháng tiêu thụ thực tế của doanh nghiệp trong khoảng thời gian xét, kVArh nếu không có đồng hồ đo thì có thể xác định theo biểu thức: AQtt=tg tb.Ap. kd0. (4.13) Ap- điện năng tác dụng tiêu thụ trong khoảng thời gian xét KWh. kb- hệ số khuyến khích đặt thiết bị bù (2-3). kd- hệ số khuyến khích đặt thiết bị tự động điều chỉnh dung lƣợng bù ( kd=3). kd0- hệ số khuyến khích đặt thiết bị đo đếm ( kd0=1,3). tg tb- hệ số công suất phản kháng trung bình, phụ thuộc vào đặc điểm của tải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Loại phụ tải Hệ số cos tg M Công nghiệp nhẹ 0,6 1,33 Chế biến thực phẩm 0,65 1,17 Sản xuất đồ gỗ gia dụng 0,6 1,33 Nhà máy cơ khí 0,5 1,73 Xí nghiệp sửa chữa ô tô 0,7 1,02 AQ.sx -điện năng phản kháng sản xuất dƣ thừa trong thời gian thấp điểm, kVAr. Qb-Công suất phát của thiết bị bù, KVAr. Qmin-Phụ tải phản kháng trong thời gian thấp điểm,KVAr. Tpmin-khoảng thời gian phụ tải cực tiểu (giờ thấp điểm).h AQkt- điện năng phản kháng kinh tế (không phải trả tiền), KVArh. AQkt=Ap.tg (KVArh). (4.14) gQ- giá bán điện năng phản kháng, đ/kVArh. Giá bán điện năng phản kháng đƣợc tính theo công thức: gQ=cq+ckd (4.15) Trong đó: -ckd- chi phí kinh doanh và chi phí phụ trợ khác, lấy bằng 40% giá thành điện năng phản kháng. Nhƣ vậy giá bán điện năng phản kháng là: gQ=1,4cq (4.16) Giá thành điện năng phản kháng có thể xác định trên cơ sở chi phí bù công suất phản kháng bằng tụ: Qb b q A Z c (4.17) Trong đó: Zb- Tổng chi phí quy dẫn của thiết bị bù công suất phản kháng đồng/năm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 AQb- Tổng điện năng phản kháng sản xuất trong năm, kVArh. vhp b pbbbbb CgR U Q gtQPpKZ .10...... 3 2 2 (4.18) Trong đó: p- hệ số tính đén tỷ lệ khấu hao và thời gian thu hồi vốn, có thể xác định theo biểu thức: p=atc+kkh atc- hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tƣ, xác định theo công thức: 1)1( )1.( h h T T tc i ii a (4.19) Th- tuổi thọ của thiết bị (năm). i-hệ số triết khấu, đối với ngành điện lực giá trị của i thƣờng lấy là 0,1; kkh- hệ số khấu hao thiết bị. Kb- vốn đầu tƣ của thiết bị bù xác định theo biểu thức : Kb=KC+Kvb+Kld Kvb=v0bQb Kvb- Vốn đầu tƣ thay đổi phụ thuộc vào công suất của thiết bị bù. V0b- suất vốn đầu tƣ của thiết bị bù ( đối với tụ bù tĩnh giá trị này lấy khoảng 150000-200000đồng/kVAr). Qb- công suất của thiết bị bù, kVAr. KC- vốn đầu tƣ cố định của thiết bị bù, lấy bằng 10% của vốn đầu tƣ thay đổi. Kld- chi phí lắp đặt, lấy bằng 10% vốn đầu tƣ thay đổi. Pb- Suất hao tổn công suất trong thiết bị bù, KW/kVAr, lấy bằng Pb=0,0025 kW/KVAr. Tb- thời gian làm việc của thiết bị bù trong năm,h. Gp- giá thành tổn thất điện năng tác dụng đồng/kWh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 Nhƣ vậy: Kb=1,2.vob.Qb; Cvh- chi phí vận hành, lấy bằng 5% vốn đầu tƣ của thiết bị bù. AQb- điện năng phản kháng sản xuất trong năm kVArh. AQb=Qb.tb. U -điện áp của lƣới KV. R- điện trở từ chỗ đặt tụ đến tải. - Thời gian tổn hao cực đại, h. p b bbbbbbbb gR U Q QvcQPQvpZ .10.....05,0.....2,1. 3 2 2 00 bp b bbbb QgR U Q vcPvp )..10....05,0...2,1.( 3 200 (4.20) Từ đó: p b b b ob Qb b q gR tU Q t vp A Z C .10... . )05,0.2,1( 3 2 (4.21) Nhận xét Phƣơng pháp kinh doanh điện năng phản kháng theo phƣơng án 2 đảm bảo đƣợc những yêu cầu cần thiết nhƣ đối với phƣơng án 1, thêm vào đó phƣơng án này còn cho phép khuyến khích khách hàng lắp đặt các thiết bị đo đếm điện năng phản kháng và tự động điều chỉnh dung lƣợng bù, góp phần ổn định điện áp và nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống điện. 4.3 Ví dụ áp dụng: Ví dụ 1: Một xí nghiệp công nghiệp sử dụng điện với các số liệu: -Điện năng tác dụng trung bình hàng tháng: Ap=140234 kWh; điện năng phản kháng AQ=109023 KVAr. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 - Giá mua điện năng tác dụng : gp=880đ/KWh. Giá mua điện năng phản kháng là gq= 75 đ/kVAr. Tỷ lệ giữa giá thành điện năng phản kháng và giá thành điện năng tác dụng là b=0,16. -Xí nghiệp làm việc 3 ca (24h/ngày) với 30 ngày/tháng. Hệ Số cos của công ty: 777,0 140234 109023 Ap Aq tg suy ra cos =0,789. Xác định hệ số công suất phản kháng kinh tế: Với chế độ làm việc 3 ca các hệ số: kdk=0,75, và ktM=0,75 576,0 55,075,0).75,01( 425,0 ).1( QtMdk cb kt kkk tg tg Tƣơng ứng với hệ số cos tối thiểu là: cos kt=0,866. * Tính toán lƣợng chi trả cho điện năng phản kháng theo phƣơng án 1: Hệ số phạt cos theo phƣơng án 1 trong trƣờng hợp này là: k=b. kbkq.(tg n-tg kt)=0,16*2,5*0,55*(0,777-0,576)=0.044 Lƣợng chi trả do phạt hệ số cos thấp là: Tq=Ap.k.gp=140234* 0.044*880=5,429*10 6 đồng *Tính toán lƣợng chi trả cho điện năng phản kháng theo phƣơng án 2: Xác định giá trị điện năng phản kháng mà xí nghiệp không cần phải trả tiền. AQkt=Ap.tg =140234*0,576=80774,7 (KVArh). Xác định giá trị điện năng phản kháng mà xí nghiệp cần phải trả tiền. Apk= AQ- AQkt=109023-80774,7=28248,3 KVAr Lƣợng chi trả cho điện năng phản kháng Cpk2 đƣợc xác định theo biểu thức: Tpk2=Apk. kk.gQ=59459,3*2,5*75=5,296*10 6 đồng. Sai số giữa 2 phƣơng pháp là: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 %45,2100* 429,5 296,5429,5 100*% 1 21 pk pkpk T TT saiso Sai số giữa hai phƣơng pháp là không đáng kể. So sánh với phƣơng thức kinh doanh điện năng phản kháng hiện hành: Theo phƣơng thức kinh doanh điện năng phản kháng hiện hành thì hệ số cos =0,789 thì số tiền phạt bằng 9% tổng số tiền trả cho điện năng tác dụng: Số tiền phải trả cho là: Tpk hientai=Ap*gp*k=140234*880*9/100=11,106*10 6 đồng. Ví dụ 2 : Một xí nghiệp công nghiệp sử dụng điện với các số liệu: -Điện năng tác dụng trung bình hàng tháng: Ap=201500 kWh; điện năng phản kháng AQ=1564365 KVAr. - Giá mua điện năng tác dụng : gp=880đ/KWh. Giá mua điện năng phản kháng là gq= 75 đ/kVAr. Tỷ lệ giữa giá thành điện năng phản kháng và giá thành điện năng tác dụng là b=0,16. -Xí nghiệp làm việc 1 ca (24h/ngày) với 30 ngày/tháng. Hệ Số cos của công ty: 7761,0 201500 156365 Ap Aq tg suy ra cos =0,79. Xác định hệ số công suất phản kháng kinh tế: Với chế độ làm việc 1 ca các hệ số: kdk=0,35, và ktM=0,65 437,0 55,045,0).35,01( 425,0 ).1( QtMdk cb kt kkk tg tg Tƣơng ứng với hệ số cos tối thiểu là: cos kt=0,916. * Tính toán lƣợng chi trả cho điện năng phản kháng theo phƣơng án 1: Hệ số phạt cos theo phƣơng án 1 trong trƣờng hợp này là: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 k=b. kbkq.(tg n-tg kt)=0,16*2,5*0,55*(0,7761-0,437)=0.0746 Lƣợng chi trả do phạt hệ số cos thấp là: Tq=Ap.k.gp=201500* 0.0746*880=13,22*10 6 đồng *Tính toán lƣợng chi trả cho điện năng phản kháng theo phƣơng án 2: Xác định giá trị điện năng phản kháng mà xí nghiệp không cần phải trả tiền. AQkt=Ap.tg =201500*0,437=88055,5 (KVArh). Xác định giá trị điện năng phản kháng mà xí nghiệp cần phải trả tiền. Apk= AQ- AQkt=1564365-88055,5 =68308,5 KVAr Lƣợng chi trả cho điện năng phản kháng Cpk2 đƣợc xác định theo biểu thức: Tpk2=Apk. kk.gQ=1564365,5*2,5*75=12,8*10 6 đồng. Sai số giữa 2 phƣơng pháp là: %7,7100* 288,13 8,12288,13 100*% 1 21 pk pkpk T TT saiso Sai số giữa hai phƣơng pháp là không quá lớn. So sánh với phƣơng thức kinh doanh điện năng phản kháng hiện hành: Theo phƣơng thức kinh doanh điện năng phản kháng hiện hành thì hệ số cos =0,79 thì số tiền phạt bằng 8% tổng số tiền trả cho điện năng tác dụng: Số tiền phải trả cho là: Tpk hientai=Ap*gp*k=201500*880*8/100=14,185*10 6 đồng. Nhận xét : Nhƣ vậy theo các tính hiện tại xí nghiệp phải trả dôi ra : Nguyên nhân là do: -Hệ số bù đắp chi phí do cos thấp so với giá trị quy định đƣợc lấy quá lớn. -Khách hàng phải trả tiền cho phần điện năng phản kháng theo tỷ lệ giá điện năng tác dụng, mà trong thực tế gấp hành chục lần giá thành điện năng phản kháng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 CHƢƠNG V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận : -Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện đƣợc sử dụng không những chỉ để đảm bảo điều kiện cân bằng công suất phản kháng, mà còn là một trong các phƣơng pháp quan trọng nhất để giảm tổn thất công suất và điện năng, cũng nhƣ điều chỉnh điện áp. -Đặt thiết bị bù công suất phản kháng là một trong những giải pháp quan trọng để nâng cao hệ số cos và chất lƣợng điện. Trong số các nguồn công suất phản kháng thì tụ điện tĩnh tỏ ra có ƣu thế về kinh tế và kỹ thuật. -Việc thiết kế, lắp đặt thiết bị bù đƣợc tính toán với phụ tải cực đại, nên trong quá trình làm việc thƣờng tụ không làm việc hết công suất, dẫn đến hiện tƣợng bù thừa, làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng điện và làm hiệu quả kinh tế của mạng điện. Vì vậy để nâng cao hiệu quả bù cần phải trang bị hệ thống tự động điều chỉnh dung lƣợng tụ bù cho phù hợp với phụ tải thực tế. - Phƣơng pháp và chƣơng trình tính toán đƣa ra có thể áp dụng thuận tiện cho lƣới phân phối tải hỗn hợp nhiều nút nhiều nhánh hay tải đơn giản. -Chƣơng trình áp dụng theo mô hình tính toán bù tối ƣu công suất phản kháng theo phƣơng pháp cực tiểu hoá chi phí và đƣợc giải theo phƣơng pháp quy hoạch động xác định đƣợc dung lƣợng cần bù tối ƣu, cũng nhƣ vị trí bù hiệu quả. 5.2. Kiến nghị: -Đối với các nhà máy xí nghiệp cần tuyên truyền ,khuyến khích đầu tƣ thiết bị bù tự động. -Đối với lƣới điện hạ thế vị trí đặt thiết bị bù công suất phản kháng càng xa nguồn càng có lợi. Bù có thể tập trung tại trạm để dễ thay thế và điều khiển dung lƣợng bù, còn nếu dung lƣợng bù cố định nên rải dọc theo đƣờng dây hạ thế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 - Cần đầu tƣ các khí cụ đo đặc công nghệ cao nhƣ công tơ điện tử cho các trạm biến áp và các khách hàng tƣơng đối lớn. Đƣa các hệ thống nhƣ SCADA vào vận hành nhằm kiểm soát thông số lƣới điện để có thể đƣa ra các phƣơng án khắc phục gần với thực tế. - Cần xây dựng một thị trƣờng điện công bằng và cạnh tranh, cần coi điện năng phản kháng là một thứ hàng hoá, Do đó yêu cầu nghiên cứu xác định một số chỉ tiêu kinh tế của công suất phản kháng. - Tất cả các ích lợi do bù công suất phản kháng mang lại cần tuyên truyền, quán triệt với ngƣời sử dụng điện vì lợi ích chung của toàn quốc gia, song song với quy định phải trả tiền khi hệ số cos của phụ tải thấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Trần Bách, lưới điện và hệ thống điện tập 1,2. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. 2.Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá minh, Bù công suất phản kháng lưới cung cấp và phân phối điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 3.Phan Đăng Khải, xác định vị trí, dung lƣợng, số lƣợng thiết bị bù tối ƣu đặt trên xuất tuyến lƣới điện phân phối,-tạp chí khoa học và công nghệ các trƣờng đại học kỹ thuật số 34,35/2002. 4. Nguyễn Văn Đạm, Phan Đăng Khải:, Giáo trình mạng điện, đại học Bách khoa Hà Nội. 5.Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê, Cung cấp điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 6. Đặng ngọc Dinh, Ngô Hồng Quang, Trần Bách, Trịnh Hùng Thám, Nguyễn Hữu Khái: Hệ thống điện I và II, Nhà Xuất bản đại học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 Phụ Lục Thêm các bảng thông số trạm biến áp và thông số đƣờng dây của anh hoàng -trạm biến áp B1. - sơ đồ biến đổi tƣơng đƣơng. - sơ đ