LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA VIỆC ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA VIỆC ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Ngành : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số :23.04.3898 VŨ THỊ THÙY NINH Thái nguyên 2008 MỤC LỤC MỤC LỤC Trang Các chữ viết tắt ký hiệu Mở đầu Chương I: Đặc điểm tiêu thụ điện lưới điện công nghiệp công suất lớn I.1: Đặc điểm tiêu thụ điện lưới điện công nghiệp công suất lớn I.2: Bù công suất phản kháng cho phụ tải lưới điện công nghiệp I.2.1 Hệ số công suất điều chỉnh I.2.1.1 Hệ số công suất I.2.1.2 Điều chỉnh hệ số công suất I.2.2: Điều chỉnh điện áp 11 I.2.2.1: Nguyên tắc điều chỉnh điện áp 11 I.2.2.2 Công thức gần cho việc điều chỉnh điện áp 14 I.2.2.3 Đặc tính gần cơng suất phản kháng 16 Chương II: Tổng quan công nghệ FACTS 28 II.1 Đặt vấn đề 28 II.2 Lợi ích sử dụng thiết bị FACTS 28 II.2.1 Các ưu điểm sử dụng thiết bị FACTS 28 II.2.2 Phân loại thiết bị FACTS 29 II.3 Một số thiết bị FACTS 30 II.3.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển thyristor 30 (SVC) II.3.2 Thiết bị bù dọc điều khiển thyristor 32 (TCSC) II.3.3.Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC II.3.4 Thiết bị điều khiển góc pha thyristor 35 (TCPAR) II.3.5 Thiết bị điều khiển dịng cơng suất hợp 36 (UPFC) II.4 Khả áp dụng thiết bị FACTS Việt Nam 38 Chương III: Các thiết bị bù công suất phản kháng hoạt 40 động thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC) 40 III.1: Các thiết bị bù công suất phản kháng III.1.1: Bù công suất phản kháng hệ thống điện 40 III.1.2: Các thiết bị bù điều khiển thyristor 43 III.2: Hoạt động thiết bị bù ngang có điều khiển SVC 48 III.2.1: Đặc tính điều chỉnh SVC III.2.2: Đặc tính làm việc SVC 48 57 III.3: Một số ảnh hưởng phụ SVC 59 Chương IV: Đánh giá hiệu sử dụng SVC khu gang 61 thép Thái Nguyên IV.1: Mở đầu IV.2: Căn thiết kế hệ thống SVC 61 62 IV.2.1: Các thông số trạm biến Gia Sàng trạm biến cấp điện Gang thép 63 IV.2.2: Các thơng số biến áp lị điện 63 IV.2.3: Trở kháng điện kháng hạn dòng mạch ngắn lò điện IV.2.4: Chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt 64 64 IV.2.5: Hệ thống cấp điện Công ty Gang thép Thái Nguyên Việt Nam IV.3 Phân tích ảnh hưởng cụm lò điện hồ quang 67 71 tới chất lượng điện lưới điện cung cấp điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC IV.3.1: Ảnh hưởng chất lượng điện lưới 72 cấp điện Công ty Gang thép Thái Nguyên IV.3.2: Ảnh hưởng hệ thống cấp điện tương lai khơng có SVC chất lượng 77 điện lưới điện IV.4: Xác định phương án SVC 84 IV.5: Khả cải thiện chất lượng điện mạng điện hệ thống cung 84 cấp điện gang thép sau dã lắp thêm SVC IV.6: Đánh giá hiệu kinh tế sử dụng SVC khu gang thép Thái Nguyên 86 Kết luận chung 95 Tài liệu tham khảo 96 Phụ lục 97 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CĐXL Chế độ xác lập CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng HTĐ Hệ thống điện HTCCĐ Hệ thống cung cấp điện FACTS Flexible AC Transmission Systems - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt GTO Gate Turn - Off Thyristor - Khóa đóng mở MBA Máy biến áp STATCOM Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor SVC Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển thyristor TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - Thiết bị điều chỉnh góc lệch pha điện áp TCR Thyristor Controlled Reactor - kháng điện điều khiển thyristor TCSC Thyristor Controlled Series Compensator - Thiết bị bù dọc điều khiển thyristor TSR Thyristor Switched Reactor - Kháng điện đóng mở thyristor TSC Thyristor Switched Capacitor - Tụ điện đóng mở thyristor UPFC Unified Power Flow Control - Thiết bị điều khiển dịng cơng suất hợp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Mục đích nghiên cứu lý chọn đề tài Trong chế độ vận hành bình thường HTĐ (vận hành trạng thái ổn định) việc sản xuất công suất tác dụng (CSTD) phải đáp ứng nhu cầu tiêu thụ (kể tổn thất), khơng tần số hệ thống bị thay đổi Cũng vậy, có gắn bó chặt chẽ điều kiện cân công suất phản kháng (CSPK) với điện áp nút hệ thống Công suất phản kháng khu vực q thừa có tượng điện áp (điện áp cao), ngược lại, thiếu CSPK điện áp bị sụt thấp Nói khác đi, cơng suất tác dụng, CSPK phải điều chỉnh đề giữ cân Việc điều chỉnh CSPK yêu cầu cần thiết nhằm giảm nhỏ tổn thất điện đảm bảo ổn định hệ thống Tuy nhiên có khác điều chỉnh CSTD điều chỉnh CSPK Tần số hệ thống đảm bảo việc điều chỉnh CSTD máy phát điện (miễn giữ cân tổng công suất phát công suất tiêu thụ) Trong đó, điện áp nút hệ thống khơng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện cân CSPK theo khu vực Như nguồn CSPK cần lắp đặt phân bố điều chỉnh theo khu vực Điều giải thích sao, ngồi máy phát điện cần phải có số lượng lớn thiết bị sản xuất tiêu thụ công suất phản kháng: Máy bù đồng bộ, tụ điện, kháng điện Chúng lắp đặt điều chỉnh nhiều vị trí lưới truyền tải phân phối điện (gọi thiết bị bù CSPK) Trước đây, việc điều chỉnh CSPK thiết bị bù thường thực đơn giản: Thay đổi nấc (nhờ đóng cắt máy cắt khí) thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ) Chúng cho phép điều chỉnh thô theo tốc độ chậm Kỹ thuật thyristor công suất lớn mở khả mới, việc đời ứng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU dụng thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh công suất lớn - SVC (Static Var Compensator), TCSC (Thyristor Controled Serie Capacitor) giải yêu cầu mà thiết bị bù cổ điển chưa đáp ứng được, tự động điều chỉnh điện áp nút, giảm dao động công suất nâng cao ổn định hệ thống Việc ứng dụng thiết bị bù CSPK chất lượng cao điều khiển thyristor trở thành nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính ổn định hiệu sử dụng hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) nói chung phụ tải có cơng suất phản kháng thay đổi nhanh lò nung hồ quang điện Với ý nghĩa trên, mục đích đề tài luận văn xác định là: + Nghiên cứu tìm hiểu đặc điểm, tính hoạt động, chế độ làm việc mơ hình tính tốn thiết bị tự động điều chỉnh linh hoạt (FACTS) đặc biệt thiết bị bù điều chỉnh nhanh (SVC) HTCCĐ + Nghiên cứu, đánh giá, xác định hiệu kinh tế - kỹ thuật SVC lắp đặt vào HTCCĐ khu Gang thép Thái Nguyên Nội dung luận văn Với mục tiêu nêu trên, luận văn trình bày bốn chương: Chương I : Đặc điểm tiêu thụ điện hệ thống điện công suất lớn lý thuyết bù công suất phản kháng Chương II: Tổng quan công nghệ FACTS Chương III: Các thiết bị bù công suất phản kháng hoạt động thiết bị bù ngang có điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Chương IV: Đánh giá hiệu sử dụng SVC khu Gang thép Thái Nguyên Đối tượng phạm vi nghi ên cứu Hiệu việc ứng dụng thiết bị bù tới lưới điện khu Gang thép Thái Nguyên Phương pháp nghiên cứu Để thực nhiệm vụ nghiên cứu sử dụng phối hợp nhóm phương pháp: Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tư liệu kỹ thuật để phân tích, tổng hợp vấn đề có liên quan tới đề tài Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn xí nghiệp Năng lượng: Điều tra, khảo sát, lắp đặt kỹ thuật, để củng cố thêm độ tin cậy, xác kết nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn Các kết nghiên cứu luận văn nhằm tìm hiểu sâu công nghệ FACTS, đặc biệt ý công nghệ SVC mơ hình hố thiết bị FACTS phương trình tính tốn chế độ xác lập (CĐXL) HTCCĐ Đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng chế độ làm việc lò hồ quang hệ thống cung cấp điện như: Dao động điện áp, méo hình sin, ảnh hưởng sóng, sung kích vô công, tác hại thứ tự nghịch (âm) Từ để ứng dụng SVC phụ tải khu gang thép Thái Nguyên để giảm thiếu tác động nêu nghiên cứu tính tốn hiệu kinh tế SVC hệ thống điện khu gang thép Thái Nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo cô giáo môn Hệ thống điện Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Trường đại học Bách khoa Hà Nội, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian thực luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Hiến, người quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng hồn thành luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN I.1: Đặc điểm tiêu thụ điện lưới điện công nghiệp công suất lớn Điện dạng lƣợng chủ yếu xí nghiệp cơng nghiệp, nơi tiêu thụ khoảng 50 sản lƣợng điện nƣớc Vì vậy, việc cung cấp sử dụng điện hợp lý lĩnh vực có ý nghĩa to lớn phát triển kinh tế quốc dân Các xí nghiệp cơng nghiệp có đặc điểm chung có phụ tải điện lớn; yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao; thiết bị dùng điện đƣợc tập trung với mật độ cao, làm việc với tải gần định mức, dùng điện áp xoay chiều điện áp chiều, tần số công nghiệp (50Hz); làm việc liên tục suốt năm phụ thuộc vào tính chất mùa vụ Tuy vậy, q trình cơng nghệ xí nghiệp khác nên đặc điểm tiêu thụ điện hệ thống cung cấp điện chúng mang nhiều đặc điểm riêng biệt khác Trong phần lớn phụ tải điện công nghiệp lị nung hồ quang điện loại phụ tải tiêu thụ điện lớn nhất, trình vận hành thƣờng kéo theo dao động điện áp dao động công suất lớn Để sử dụng điện có hiệu lị hồ quang luyện thép vấn đề phải đƣợc giải cách tổng thể đồng bộ, đặc biệt cần phải qu an tâm đến vấn đề ổn định điện áp, hiệu chỉnh hệ số công suất lọc sóng điều hồ Ổn định điện áp cải thiện đáng kể chế độ vận hành lò luyện, làm gia tăng công suất cực đại dẫn đến tăng suất sản phẩm Ngồi ra, trƣờng hợp lị hồ quang ngắn cho phép lò làm việc với mức công suất cực đại, nhƣng giảm thiểu đƣợc mức độ khó nóng chảy vỏ bọc bên ngồi phôi thép, giúp hạn chế “chớp nháy” điện áp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN Các giải pháp đƣợc sử dụng để ổn định điện áp bao gồm: việc đấu nối lị vào lƣới có điện áp cao sử dụng thiết bị phụ trợ nhƣ máy bù đồng với điện kháng đệm, thiết bị điều khiển thyristor tốc độ cao đại điện kháng bão hồ Đấu nối lị điện vào lƣới điện có điện áp cao thƣờng đắt không thực tế Đáp ứng nhanh thiết bị bù tốc độ cao giúp giải vấn đề đối nghịch đặc tính lị điện việc giảm chớp nháy tổ hợp máy bù đồng với điện kháng đệm Vì vậy, nói số trƣờng hợp, việc sử dụng thiết bị bù điều khiển thyristor bù điện kháng bão hồ giải pháp ổn định điện áp lị điện mang lại hiệu kinh tế - kỹ thuật cao I.2: Bù công suất phản kháng cho phụ tải lưới điện công nghiệp Mục tiêu lý thuyết bù phụ tải giải thích mối quan hệ hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ), phụ tải thiết bị bù nhằm để đạt ba mục tiêu: + Điều chỉnh hệ số công suất + Củng cố điều áp + Cân phụ tải Có thể nêu đặc trƣng thiết lập mơ hình hệ thống cung cấp, phụ tải thiết bị bù theo nhiều cách Hệ thống cung cấp đƣợc đặc trƣng nhƣ mạch tƣơng đƣơng Thevenin với điện trở hở mạch, tổng trở nối tiếp u cầu dịng điện hay cơng suất, cơng suất phản kháng ( hay hệ số công suất) Thiết bị bù đƣợc mơ hình hố thay đổi hay nguồn công suất phản kháng Việc lựa chọn mô hình sử dụng cho thành phần thay đổi theo yêu cầu đƣợc kết hợp theo nhiều cách Các mơ hình khác thành phần tƣơng đƣơng với chuyển đổi qua lại Đầu tiên, lý thuyết đƣợc phát triển điều kiện tĩnh hay gần tĩnh với giả thiết tải đặc tính hệ thống đƣợc hiểu ngầm chúng khơng thay đổi hay thay Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN đổi chậm để sử dụng phƣơng trình pha Điều làm việc phân tích trở nên đơn giản Trong hầu hết trƣờng hợp thực tế, phƣơng trình pha tĩnh hay gần tĩnh đủ để xác định đặc tính bên định mức thiết bị bù Đối với phụ tải có cơng suất cơng suất phản kháng thay đổi nhanh (chẳng hạn nhƣ lò hồ quang điện), phƣơng trình pha hồn tồn khơng hiệu quả, để nghiên cứu chúng cần sử dụng phƣơng pháp đặc biệt I.2.1 Hệ số công suất điều chỉnh I.2.1.1 Hệ số cơng suất Có thể mơ tả pha nhƣ hình 1a, ta có tổng dẫn YL = GL + jBL đƣợc cung cấp từ điện áp U, dịng điện tải IL, ta có: IL = U.( GL + jBL ) = U.GL + jU.BL = IR + jIX (1) Cả U IL phần tử pha phƣơng trình (1) đƣợc thể đồ thị pha hình 1b, U véc tơ điện áp chuẩn Dòng điện tải IL có thành phần tác dụng IR pha với điện áp U thành phần phản kháng IX vuông góc với U góc U IL L ~ Công suất biểu kiến: SL = U.I*L = U2.GL- j U2.BL = P L + jQL (1.2) IR IS L PL L U IL IX G L + jB L a) b c SL QL Hình 1.1 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CƠNG NGHIỆP CƠNG SUẤT LỚN Cơng suất biểu kiến có thành phần thực P L ( cơng suất biểu kiến có ích để chuyển thành phần nhiệt, công học, ánh sáng dạng khác lƣợng ) thành phần công suất phản kháng QL ( công suất phản kháng không chuyển đƣợc thành dạng lƣợng có ích, nhƣng diện nhu cầu cần thiết tải ) Quan hệ SL, P L, QL đƣợc thể hình 1.1c Đối với tải trễ ( cảm ứng ) theo qui ƣớc P L dƣơng QL âm Dòng điện I S = IL hệ thống cung cấp lớn dòng điện cần thiết để cung cấp riêng cho công suất thực, hệ số: IL = IR cos Ở cos L hệ số công suất, gọi vì: cos Nhƣ cos (1.3) L L L = PL = SL PL PL2 QL2 (1.4) tỷ lệ cơng suất biểu kiến chuyển đổi cách hữu ích dạng lƣợng khác I.2.1.2 Điều chỉnh hệ số công suất Nguyên tắc điều chỉnh hệ số công suất bù công suất phản kháng, tức cung cấp chỗ cách nối song song với tải thiết bị bù có tổng dẫn phản kháng đơn –jBL Để minh hoạ điều xem hì nh 1.2 minh hoạ việc điều chỉnh hệ số công suất P1 P1 Q2 = Q1 - Qc Q1 P1 Q2 Tải Q1 S2 a) b) Qc S1 Hình 1.2 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN Một phụ tải P + jQ1 có hệ số công suất cos = P1 P12 Q12 , đƣợc cung cấp lƣợng công suất phản kháng Q C, hệ số công suất đƣợc cải thiện từ cos cos , với cos P1 = P12 (Q1 kVA r thành (1.5) QC ) 48,43 75 kVAr 102 kVAr 133,33 kVAr 100 kW 100 kW 100 kW 100 kW 100 kW 100 kVA cos = 1,00 111,11 kVA cos = 0,90 125 kVA cos = 0,80 142,86 kVA cos = 0,70 166,67 kVA cos = 0,60 Hình 1.3 Minh hoạ gia tăng nhu cầu công suất biểu kiến công suất phản kháng hàm số hệ số công suất, giữ công suất tác dụng số 100 kW 43,59 kVAr 60 kVAr 71,41 kVAr 90 kW 80 kW 70 kW 80 kVAr 60 kW Hình 1.4 Minh hoạ thay đổi công suất tác dụng công suất phản kháng hàm số hệ số công suất, giữ công suất biểu kiến số Hình 1.3 1.4 minh hoạ thay đổi thành phần công suất phản kháng tăng thêm với 10 thay đổi hệ số cơng suất Lƣu ý, minh hoạ hình 1.3, hệ số cơng suất 0,8 công suất phản kháng lớn nguyên nhân gia tăng thêm 25 công suất biểu kiến ( kVA ) đƣờng dây Ở hệ số công suất này, 75 kVA thiết bị bù cần thiết để khử 75 kVAr thành phần chậm sau Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CƠNG NGHIỆP CƠNG SUẤT LỚN Có thể quan sát từ hình 1.2b, cơng suất biểu kiến cơng suất phản kháng trƣớc sau bù đƣợc biểu thị S1 ( kVA ) đến S2 ( kVA ) Q1 ( kVAr ) đến Q2 ( kVAr ) việc cung cấp công suất phản kháng QC , dĩ nhiên việc giảm dòng điện phản kháng đƣa đến làm giảm dòng điện tổng làm giảm tổn thất công suất Vậy, việc hiệu chỉnh hệ số công suất đƣa đến tiết kiệm mặt kinh tế giảm chi phí đầu tƣ chi phí nhiên liệu thơng qua việc giảm công suất giảm tổn thất công suất tất phần tử điểm lắp đặt thiết bị bù nguồn phát, bao gồm đƣờng dây phân phối trạm biến áp Hệ số cơng suất kinh tế điểm mà hiệu việc lắp đặt thêm thiết bị bù vừa chi phí thiết bị bù Trƣớc đây, hệ số công suất kinh tế vào khoảng 0,95 Ngày nay, chi phớ nhà máy nhiên liệu cao nên ngƣời ta tìm cách đƣa hệ số công suất kinh tế lên đến Tuy nhiên hệ số cơng suất tăng gần đến 1thì hiệu thiết bị bù việc cải thiện hệ số công suất, giảm việc truyền tải công suất biểu kiến, tăng khả tải, giảm tổn thất việc tăng dòng tải đƣờng dây giảm rõ rệt Do việc hiệu chỉnh hệ số công suất lớn đến 1trở nên đắt so với chi phí kinh tế việc lắp đặt tụ bù I.2.2: Điều chỉnh điện áp I.2.2.1: Nguyên tắc điều chỉnh điện áp Việc điều chỉnh điện áp đƣợc xem nhƣ thay đổi tỷ lệ ( hay đơn vị ) với biên độ điện áp cung cấp kèm với thay đổi dòng phụ tải đƣợc xác định ( nghĩa từ không tải đến đầy tải ) Điều tạo nên sụt áp tổng trở cung cấp mang dòng điện tải Nếu hệ thống cung cấp đƣợc biểu diễn mạch tƣơng đƣơng Thevenin pha hình 1.5 việc điều chỉnh điện áp đƣợc cho bởi: E U E U U /U với U điện áp pha chuẩn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CƠNG SUẤT LỚN Khi khơng có thiết bị bù, thay đổi điện áp cung cấp dòng điện phụ tải IL gây đƣợc biểu diễn hình 1.5b U : U = E – U = Z S.IL với Z S = R S + jX S ( 1.6 ) Từ phƣơng trình 1.2 ta có: IL = E PL jQL U IS E ZS = G S + jB S UX U a) U IL YL = G L + jB L U jIS XS S L IS RS IL UR b) IC E IS jIS XS U U L IL IS RS c) Hình 1.5 Hình 1.5: a) Mạch tƣơng đƣơng phụ tải hệ thống cung cấp b) Đồ thị véc tơ pha cho hình 1.5a ( chƣa có bù ) c) Đồ thị véc tơ cho hình 1.5a ( bù cho điện áp không đổi ) U = ( R S + jX S ) PL jQL U Do vậy: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN U= RS PL X S QL U +j X S PL RS QL = U R + j U X ( 1.7 ) U Sự thay đổi điện áp có thành phần U R pha với U thành phần UX vng góc với U, đƣợc biểu diễn hình 1.5b Điều có nghĩa biên độ pha U có liên quan đến điện áp cung cấp E, hàm số biên độ pha dịng điện phụ tải, hay nói cách khác thay đổi điện áp phụ thuộc vào công suất tác dụng công suất phản kháng phụ tải Khi thêm thiết bị bù nối song song với tải, làm cho E = U , tức làm cho thay đổi điện áp không hay giữ cho biên độ điện áp không đổi giá trị E có tải Điều đƣợc thể hình 1.5c thiết bị bù phản kháng Cơng suất phản kháng QL phƣơn trình ( 1.2 ) đƣợc thay tổng: Q S = QL + Q C QC đƣợc chỉnh định cho làm quay đồ thị vectơ pha U E = U Từ phƣơng trình ( 1.6 ) ( 1.7 ) ta có: E = U RS PL X S QS U + X S PL RS QS ( 1.8 ) U Giá trị yêu cầu QC đƣợc xác định cách giải phƣơng trình ( 1.8) theo QS với E = U, Q C = Q S – QL Từ ( 1.8 ) suy ra: a2 Q S2 + bQ S + c = ( 1.8 ’ ) Với: a = R S2 + X S2 , b = 2U2 X S, c = ( U2 + R SP L )2 + X S2P L2 – E2U2 ’ Giải phƣơng trình ( 1.8 ) ta đƣợc: Q S = b b2 2a 4ac Ta thấy ln ln có đáp số cho Q S giá trị P L Điều dẫn đến kết luận quan trọng sau đây: Một thiết bị bù phản kháng tuý loại bỏ biến thiên điện áp nguồn cung cấp gây thay đổi công suất tác dụng công suất phản kháng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN tải, miễn điều khiển dễ dàng công suất phản kháng thiết bị bù phạm vi vừa đủ ( nói chung kể chậm sau hay vượt trước ) Ở tốc độ vừa đủ thiết bị bù hoạt động điều áp lý tưởng ( cần phải thừa nhận có biên độ điện áp điều khiển được, góc pha thay đổi liên tục theo dòng phụ tải ) Ở phần trƣớc biết thiết bị bù giảm công suất phản ng hệ thống cung cấp khơng nhƣ Đó là, thay làm chức điều chỉnh điện áp, thiết bị hoạt động nhƣ thiết bị hiệu chỉnh hệ số công suất Nếu thiết bị đƣợc thiết kế để làm điều này, thay đổi phƣơng trình ( 1.7 ) bằng: Q S = QL + QC = Điện áp thay đổi là: U= RS PL jX S PL U = ( R S + jX S ) PL U ( 1.9 ) Giá trị độc lập với QL không bị thiết bị bù điều khiển Vì vậy: Thiết bị bù cơng suất phản kháng t khơng thể lúc vừa trì điện áp khơng đổi vừa trì hệ số công suất đồng Ngoại lệ qui tắc P L = 0, nhƣng điều nói chung khơng thực tế Điều quan trọng cần ý nguyên tắc áp dụng cho hệ số cơng suất tức thời, có thiết bị bù công suất phản kháng không tuý dùng để trì điện áp khơng đổi hệ số cơng suất trung bình đồng I.2.2.2 Cơng thức gần cho việc điều chỉnh điện áp Cách biểu diễn UX UR phƣơng trình ( 1.7 ) đơi lúc đƣợc cho dạng hữu ích khác nhƣ sau: Nếu hệ thống bị ngắn mạch phụ tải cơng suất ngắn mạch biểu kiến là: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN E2 ~ S SC = P SC + jQ SC = E.I*SC = * Z SC ( 1.10 ) Trong đó: Z SC = R S + jX S ISC – dòng ngắn mạch Vỡ: * = Z SC, ta có: Z SC R S = Z SC cos SC E2 cos S SC = Và: X S = Z SC sin Với: tg SC SC = ( 1.11 ) SC E2 sin S SC = XS / RS SC ( 1.12 ) ( 1.13 ) Thay ( 1.11 ) v ( 1.12 ) v ( 1.7 ), biến đổi UX UR theo U giả thiết E/ U 1, ta có: UR U ( P L cos S SC UX U ( P L sin S SC SC SC + QL sin - QL cos ) ( 1.14 ) ) ( 1.15 ) SC SC UX thƣờng đƣợc bỏ qua, có khuynh hƣớng tạo thay đổi pha điện áp điểm cung cấp, thay đổi biên độ đƣợc thể U R Phƣơng trình ( 1.14 ) gần đúng, song lại có lợi đƣợc biểu diễn theo đại lƣợng thơng thƣờng, là: mức độ cố hay mức độ ngắn mạch S SC, tỷ số X/R ( tức tg SC ), công suất tác dụng công suất phản kháng phụ tải P L QL Để có kết xác, cách biểu diễn phƣơng trình (1.14) phải nhân với E2 Đến phƣơng trình đƣợc viết nhƣ thể U2 U gắn liền với thay đổi toàn từ đến P L hay từ đến QL phụ tải.Các phƣơng trình (1.7), ( 1.14 ) (1.15) có giá trị thay đổi nhỏ P L QL, vậy: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN UR U ( P L cos S SC SC + QL sin SC ) ( 1.16 ) Nếu điện trở R S nhỏ nhiều so với điện kháng X S cho phép bỏ qua thay đổi điện áp gây thay đổi công suất tác dụng P Do đó, việc điều chỉnh điện áp đƣợc thực theo phƣơng trình: QL UR sin = S SC U U U SC QL ( 1.17 ) S SC Nghĩa là, thay đổi điện áp đơn vị tỷ số thay đổi công suất phản kháng theo mức độ ngắn mạch hệ thống cung cấp.Quan hệ đƣợc biểu diễn đồ thị nhƣ hình 1.6 cho thấy đặc tính điện áp hệ thống cung cấp U U Độ dốc = -E / SSC Đường phụ tải hệ thống Q L Hình 1.6 Đặc tính gần điện áp công suất phản kháng hệ thống cung cấp ( hay đƣờng tải hệ thống ) gần nhƣ tuyến tính Một cách thể khác là: U E QL S SC E1 QL S SC ( Q