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

QL+C3T. T min (1.42) Với các rằng buộc : Theo điều chỉnh điện áp nguồn điện : UG min UG UG max (1.43) -Theo điều chỉnh công suất phản kháng nút tải : QL min QL QL max (1.44) -Theo điều chỉnh điện áp dƣới tải : T min T T max (1.45) Ngoài ra còn hạn chế QG nút nguồn và UL nút tải, các hạn chế này phụ thuộc vào cấu trúc của lƣới. Nếu giả thiết P=0, ta có hệ phƣơng trình lƣới điện : T U U J J J J J J Q Q L G LT QT LL QL LG QG L G . (1.46) Biến đổi ta đƣợc : T U U J J J J J J Q Q L G LT QT LL QL LG QG L G . ' ' ' ' ' ' (1.47) Hệ phƣơng trình này cho phép tính đƣợc QG và UL . C1T, C2T,C3T là các véc tơ giá cả, T trong ma trận là ký hiệu chuyển vị. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 *Ƣu điểm : -Việc xác định thứ tự ƣu tiên các nút đặt bù khá toàn diện, chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đồng thời đƣợc quan tâm. *Nhƣợc điểm : -Đối với một mạng lƣới điện gồm nhiều nút, nhánh việc xét thứ tụ đặt bù ở các nút theo các chỉ tiêu trên là phức tạp. -Mô hình phù hợp với hệ thống phụ tải lớn, biến thiên công suất liên tục. 1.5.8 Mô hình quy hoạch hỗn hợp : Mô hình quy hoạch hỗn hợp gồm quy hoạch phi tuyến và quy hoạch tuyến tính nguyên. Mô hình của bài toán nhƣ sau: Cực tiểu hóa hàm n i biiii n i i QkykVVZ 1 0 1 )..( Bƣớc 1: Cho bù tại mọi nút tải, giải mô hình phi tuyến tìm đƣợc công suất bù ở mọi nút. Bƣớc 2: Tuyến tính hóa hệ phƣơng trình tại giá trị bù đã tính ở bƣớc 1, giải mô hình tuyến tính nguyên để giảm bớt đến nhỏ nhất số nút bù. Trong bƣớc này cũng phải tính đến hệ số nhạy cảm của chỉ tiêu ổn định điện áp, độ lệch điện áp và tổn thất công suất tác dụng đối với sự biến đổi công suất phản kháng nút nhƣ ở mô hình trên. Do mô hình chỉ quan tâm đến ttổng vốn đầu tƣ nên khi giá tụ bù cao sẽ ảnh hƣởng lớn đến dung lƣợng bù, dẫn đến hiệu quả bù không cao. - Trong điều kiện thực tế hiện nay, khi ngƣời đầu tƣ quan tâm đên lợi ích kinh tế thì mô hình trở nên không còn phù hợp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 1.6. TÌM HIỂU COS VÀ BÙ COS TẠI MỘT SỐ NHÀ MÁY XÍ NGHIỆP: 1.6.1 Các phụ tải đã tiến hành điều tra : Để tiến hành phân tích và đánh giá đặc điểm tiêu thụ công suất phản kháng và tỷ lệ tổn thất điện năng ở mạng điện phụ tải hỗn hợp cần tiến hành điều tra khảo sát thu thập các số liệu tập trung vào các phụ tải công nghiệp, Cụ thể nhƣ sau: Tại Thái Nguyên: 1. Công ty ván dăm Thái nguyên 2. Công ty gạch ốp lát Việt ý 3. Công ty điện phân kẽm sông Công 4. Công ty cổ phần thép Thái nguyên trạm số II (Sông Công) 5. Công ty cổ phần thép Thái nguyên trạm số I (Sông Công) 6. Công ty Diesel sông Công ( Lộ 675) 7. Công ty Diesel sông Công ( Lộ 673) 8. Công ty phụ tùng maý số 1 sông Công 9. Công ty xi măng Lƣu xá 10. Công ty thép Hiên Sơn Quá trình khảo sát đƣợc tiến hành đo trực tiếp hay từ công tơ điện tử. Số liệu thu thập đƣợc là điện năng hữu công và điện năng vô công trong từng tháng hay của cả một khoảng thời gian. Từ đó tính toán giá trị hệ số công suất Cos theo công thức sau: 22 QP P AA A Cos (1.48) Trong đó : AP- Điện năng hữu công; AQ-Điện năn vô công. Tại một số địa phƣơng số liệu thu đƣợc lại là công suất tác dụng, điện áp và dòng. Khi đó giá trị hệ số công suất Cos theo công thức sau: IU P S P Cos * (1.49) Tại một số điểm qua công tơ điện tử đã ghi đƣợc chỉ số công suất tác dụng và công suất phản kháng theo giờ ( chính là điện năng tiêu thụ trong từng giờ). 1.6.2.Một số nhận xét từ kết quả thƣc tế: 1.6.2.1. Đối với phụ tải công nghiệp - Các phụ tải công nghiệp nói chung có giá trị Cos thấp và đều đƣợc lắp đặt tụ bù để không bị phạt Cos thấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 * Công ty xi măng Lƣu xá, Thái nguyên có đồ thị phụ tải ngày nhƣ trên bảng 2, hình 1.7. Công ty này đặt bù 600 kVar, trong đó có 420 kVar tập trung ở trạm biến áp, còn lại đặt rải rác ở các phân xƣởng-cố định dung lƣợng, không có điều chỉnh dung lƣợng bù ( chỉ có đóng hay cắt toàn bộ) Bảng 2. Đồ thị phụ tải nhà máy xi măng Lƣu xá Thái nguyên Giờ P; kW Q phụ tải kVar Q bù; kVar Q sau khi bù; kVar Cos Truoc bu Cos Sau bu 1-2 1484 1042.00 600 442 0.82 0.96 2-3 1344 1086.00 600 486 0.78 0.94 3-4 1319 961.00 600 361 0.81 0.96 4-5 1187 1018.00 600 418 0.76 0.94 5-6 1338 1078.00 600 478 0.78 0.94 6-7 1260 958.00 600 358 0.80 0.96 7-8 1230 1040.00 600 440 0.76 0.94 8-9 1147 1014.00 600 414 0.75 0.94 9-10 1361 1055.00 600 455 0.79 0.95 10-11 1387 1080.00 600 480 0.79 0.95 11-12 1337 1081.00 600 481 0.78 0.94 12-13 1346 1010.00 600 410 0.80 0.96 13-14 1134 1079.00 600 479 0.72 0.92 14-15 1294 1007.00 600 407 0.79 0.95 15-16 1321 1054.00 600 454 0.78 0.95 16-17 1325 1078.00 600 478 0.78 0.94 17-18 1186 1075.00 600 475 0.74 0.93 18-19 1320 1248.00 600 648 0.73 0.90 19-20 1135 1040.00 600 440 0.74 0.93 20-21 1092 907.00 600 307 0.77 0.96 21-22 1104 920.00 600 320 0.77 0.96 22-23 1106 881.00 600 281 0.78 0.97 23-24 1313 1079.00 600 479 0.77 0.94 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 Hình 1.7 Đồ thị Cos Công ty xi măng Lƣu xá Thái nguyên - Đƣờng bên dƣới : trƣớc khi bù - Đƣờng bên trên : Sau khi bù COS TRUOC VA SAU BU 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 GIO Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 * Một số phụ tải khác trong khu công nghiệp Thái nguyên, kết quả tính toán ghi trên bảng 3. Bảng 3. Giá trị Cos các phụ tải khu công nghiệp Thái nguyên ( tính từ tháng 1 đến hết tháng 11 năm 2007) TT Phụ tải Điện năng hiệu dụng; AP;kWh Điện năng vô công; AQ;kVarh Cos 1 CT Ván dăm TN 32 922 936 15 342 061 0,906 2 CT Gạch ốp lát Việt ý 7 912 541 3 565 217 0,912 3 CT Điện phân kẽm sông Công 32 182 884 14 743 344 0,909 4 CTCP Thép TN Tram I 3 178 244 1 277 213 0,928 5 CTCP Thép TN Tram II 3 077 142 1 296 620 0,922 6 CT Diesel sông Công 6 622 560 2 801 242 0,921 7 CT Phụ tùng máy số 1 7 040 412 2 112 536 0,958 8 CT Thép Hiên Sơn 5 613 1527 0,978 - Các tụ bù tĩnh có dung lƣợng cố định, rất ít đóng cắt mặc dù tiêu thụ công suất phản kháng có thay đổi. Do vậy khi phụ tải có nhu cầu công suất phản kháng nhỏ, công suất phản kháng từ tụ bù sẽ chạy ngƣợc về hệ thống, gây tổn thất trong lƣới. Nhƣ vậy tụ bù phản tác dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Lấy ví dụ : Công ty thép Hiên Sơn, trạm biến áp số 1 tại Thái nguyên. Đồ thị phụ tải ngày ghi trên bảng 4, hình 1.8 Bảng 4. Đồ thị phụ tải ngày CT thép Hiên Sơn Giờ P;kW Q phụ tải Cos 1-2 452.63 125.45 0.96 2-3 450.00 121.00 0.97 3-4 445.00 126.00 0.96 4-5 447.00 127.00 0.96 5-6 445.00 129.00 0.96 6-7 447.00 119.00 0.97 7-8 460.00 125.00 0.97 8-9 5.50 0.30 1.00 9-10 5.00 0.50 1.00 10-11 4.60 0.40 1.00 11-12 4.60 0.40 1.00 12-13 4.70 0.13 1.00 13-14 4.70 0.40 1.00 14-15 5.50 0.30 1.00 15-16 5.50 0.50 1.00 16-17 5.70 0.60 1.00 17-18 5.70 0.50 1.00 18-19 7.00 0.40 1.00 19-20 550.00 145.00 0.97 20-21 500.00 121.00 0.97 21-22 450.00 126.00 0.96 22-23 457.00 128.00 0.96 23-24 451.00 130.00 0.96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Hình 1.8. Đồ hị phụ tải ngày Công ty thép Hiên sơn TBA số 1 Từ bảng 4, hình 1.8 thấy rằng Công ty thép Hiên Sơn không bị phạt do Cos thấp. Nhƣng thực tế tụ bù chỉ có công dụng từ 20 giờ đêm đến 8 giờ sáng ngày hôm sau, còn từ 8 giờ sáng đến 20 giờ tối công suất phản kháng từ tụ bù lại ngƣợc về lƣới, gây ra tổn thất trên lƣới. Nhƣ vậy vấn đề phạt do thải công suất phản khảng từ tụ bù dứt khoát phải đƣợc đề cập đến. - Các công ty có hệ số Cos không quá thấp ( từ 0,75 đến 0,85) nói chung không có đặt tụ bù vì số tiền phạt do Cos thấp không nhiều hoặc so với tổng tiền điện là không đáng kể. 1.6.2.2. Các cơ quan hành chính sự nghiệp: Các cơ quan hành chính sự nghiệp nhƣ các trƣờng Đại học, các cơ quan hành chính,.... không trong diện bị phạt Cos . Thực tế trong các cơ quan này ngày dùng càng nhiều các thiết bị điện có hệ số công suất Cos thấp nhƣ đèn Neon (Cos =0,44), các máy điều hoà và các thiết bị có cơ cấu động cơ (Cos chỉ vào khoảng 0,65 đến 0,7),.....Do vậy tại các trạm điện này không có công tơ vô công. Hơn nữa tại đây ngƣời ta ít khi nói về tiêu thụ công suất phản kháng và hệ số Cos . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 1.6.3 Tóm tắt và kiến nghị : * Các phụ tải công nghiệp nhƣ công ty thép, công ty đệt, công ty xi măng, công ty điesel, bản thân phần lớn các thiết bị dùng điện có giá trị Cos không cao ( khoảng từ 0,65 đến 0,75), nhƣng đều đã đƣợc lắp đặt các bộ tù bù cố định để không bị phạt Cos . Nhƣng vấn đề ở đây là dung lƣợng bù đăt khá cao ( Cos trên 0,95) mà các tụ bù lại là cố định không thể điều chỉnh dung lƣợng công suất bù phản kháng. Điều đó dẫn đến khi phụ tải tiêu thụ công suất phản kháng ít vào những giờ thấp điểm, dung lƣợng công suất phản kháng bù dùng không hết lại chạy ngƣợc về lƣới, gây tổn thất trên lƣới; Khi đó bài toán bù lại bị phản tác dụng gây ảnh hƣởng xấu. Chính vì vậy khi lựa chọn dung lƣợng công suất phản kháng bù cần phải tính toán thận trọng và tốt nhất là sử dụng các tụ bù có thể điều chỉnh đƣợc dung lƣợng bù theo thời điểm là tuỳ thuộc nhu cầu tiêu thụ công suất phản kháng của phụ tải. Mặt khác nếu tụ bù không thể tự điều chỉnh dung lƣợng bù thì phải chịu phạt Cos tại những thời điểm công suất phản kháng bù phát ngƣợc về lƣới. * Các công ty có hệ số Cos không quá thấp ( từ 0,75 đến 0,85) nói chung không có đặt tụ bù vì số tiền phạt do Cos thấp không nhiều hoặc so với tổng tiền điện là không đáng kể. Vấn đề ở đây là cần xem xét lại quy định giá trị Cos tối thiểu và kinh doanh (thị trƣờng) công suất phản kháng. * Đối với các phụ tải tổng hợp cấp điện từ các lộ tại điện lực tỉnh bao gồm các cụm công nghiệp nhỏ, còn lại là phụ tải thắp sáng, sinh hoạt gia đình; trong đó các cụm công nghiệp đều có lắp đặt tụ bù để tránh phạt Cos nên giá trị Cos của toàn lộ là không thấp ( đều trên 0,85). Do vậy bài toán về bù công suất phản kháng nâng cao Cos đối với các lộ này không thành vấn đề lớn. Vấn đề còn lại là nên đặt tụ bù phía hạ thế 0,4kV có tự động điều chỉnh dung lƣợng bù cho cụm phụ tải hay cụm dân cƣ, trạm bơm là đủ. Điều này không có gì khó khăn vì tụ bù hạ thế 0,4 kV có tự động điều chỉnh dung lƣợng bù rất sẵn trên thị trƣờng mà giá thành rẻ. * Đặc biệt lƣu tâm đến vấn đề Cos tại các phụ tải là cơ quan hành chính sự nghiệp : trƣờng học, bệnh viện, cơ quan hành chính, công sở,… Đối với phụ tải loại này theo quy định của ngành Điện là không bị phạt Cos . Trong khi đó giá trị Cos của các phụ tải loại này là rất thấp. Do vậy vấn đề Cos đối với các phụ tải này là có vấn đề cần phải có chính sách cụ thể vì lợi ích chung của hệ thống điện toàn quốc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 CHƢƠNG II: CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG, CÓ XÉT ĐẾN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ PHÂN TÍCH TÀI CHÍNH. 2.1. PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN 2.1.1 Mô hình tổng quát bài toán bù công suất phản kháng trong lƣới phân phối: Xét lƣới điện phân phối gồm n+1 nút đánh số 0,1,2,…,n. Các nút đều có phụ tải Pi+jQi và có thể đặt bù công suất phản kháng QBi. Các nguồn phát ra công suất phản kháng đặt tại các nút phụ tải là các tụ điện tĩnh không điều khiển và có thang công suất rời rạc. Giả sử tại các nút của lƣới điện có đặt tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng, công suất đặt bù ở các nút là QBi; i=1..N. Khi ấy tổn thất công suất trên toàn lƣới sẽ là: i n i Jj Bjii R U QQP P i 1 23 2 2 10 (2.1) Ji: theo chiều công suất tác dụng, tập những nút j nằm sau nút i đang xét. Biểu thức trên chứng tỏ rằng sau khi đặt tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng tại các nút phụ tải thì tổn thất công suất trên lƣới điện giảm, chi phí cho tổn thất công suất giảm. Nhƣng thay vào đó cần đầu tƣ cho xây dựng trạm bù, giá tiền mua tụ điện tĩnh, chi phí cho tổn thất công suất trên tụ điện tĩnh. Vấn đề đặt ra là cần so sánh giữa hai chi phí: trƣớc khi bù và sau khi bù để tìm ra một phƣơng án tối ƣu với tổng chi phí là ít nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Để tìm đƣợc lời giải tối ƣu thì trƣớc hết phải xây dựng đƣợc hàm mục tiêu của bài toán. Hàm mục tiêu ở đây là hàm tổng chi phí tính toán, sẽ đƣợc trình bày trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 phần sau. Giải bài toán bù kinh tế công suất phản kháng tức là đi tìm lời giải để hàm tổng chi phí tính toán là cực tiểu với các ràng buộc về mặt kỹ thuật. Sau đây sẽ thành lập mô hình bài toán bù công suất phản kháng trong lƣới điện phân phối gồm hàm mục tiêu và các ràng buộc. 2.1.2. Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu là hàm tổng chi phí tính toán bao gồm chi phí do tổn thất điện năng trên đƣờng dây, chi phí do tổn thất trong tụ bù và chi phí lắp đăt thiết bị bù. Cụ thể: MinZZZZ 321 (2.2) Trong đó : Z – Tổng chi phí tính toán quy về một năm(đồng); Z1– Vốn đầu tƣ quy đổi một năm cho thiết bị bù; Z2– Chi phí tổn thất điện năng trong thiết bị bù; Z3– Chi phí tổn thất điện năng trong đƣờng dây. - Vốn đầu tư quy đổi một năm của thiết bị bù: N i iBiBtcvh QKKZ 1 01 .. (2.3) Trong đó: KBi - vốn đầu tƣ cho một đơn vị công suất thiết bị bù tại nút i, (đồng/kVAr) K0 – Chi phí cố định lắp đặt thiết bị bù (đồng) QBi- dung lƣợng thiết bị bù tại nút i, kVAr; vh- hệ số chi phí vận hành hàng năm; tc - hệ số khấu hao; - Chi phí tổn thất điện năng trong thiết bị bù: Bi N i B QPZ 1 02 ... (2.4) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Trong đó: p0 – tổn hao công suất tác dụng cho một đơn vị dung lƣợng bù,kW/kVAr; B - thời gian tổn thất công suất cực đại của thiết bị bù, giờ/năm; (có thể lấy bằng thời gian làm việc của thiết bị bù) - giá thành điện năng, đ/kWh. - Chi phí tổn thất điện năng trên đường dây: N i nhii QR U Z 1 2 233 .. .10.3 . (2.5) Trong đó: - thời gian tổn thất công suất cực đại của lƣới, giờ/năm; ( cần lƣu ý là B ) Ri - điện trở của dây dẫn nhánh i, ; U - điện áp định mức của lƣới, kV; Qnhi- công suất phản kháng tải trên nhánh i khi có bù công suất phản kháng tại các nút. Công suất phản kháng tại các nhánh khi xét đến cả các công suất bù tại các nút đƣợc tính tƣơng tự nhƣ tính dòng các nhánh, cụ thể là : B nh QQAQ . (2.6) Trong đó : Qnh - ma trận cột công suất phản kháng truyền trên nhánh; A = Z . C - 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 trìn