Bài giảng hệ thống cung cấp điện chương 9 bạch quốc khánh

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Hệ Thống Cung Cấp Điện EE-3425 Chương Bù CSPK, nâng cao cos phụ tải PGS.TS Bạch Quốc Khánh Bộ môn Hệ thống điện Đại học Bách Khoa Hà Nội Chương Bù CSPK, nâng cao cos Giới thiệu chung Các biện pháp nâng cao cosPHI Phân phối dung lượng bù CSPK Tụ bù CSPK Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện Nội dung Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Giới thiệu chung  Chương Bù CSPK, nâng cao cos Nhu cầu cơng suất phản kháng:  Động cơ: Từ hóa, điện  EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Máy biến áp: Từ hóa, điện  điện  Đường dây tải điện: Tự cảm, hỗ cảm Bạch quốc Khánh  Thiết bị khác: Đèn huỳnh quang, trình hồ quang điện, kháng điện Phụ tải CSPK HTĐ Giới thiệu chung Bạch quốc Khánh Hệ số công suất: P cosφ = = S P P +Q Q ≤1 Cos  lớn, Q0 PS  θ Q (VAr) EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Chương Bù CSPK, nâng cao cos P S P (W) Hệ số công suất phụ tải: cost HTĐ cosφ = P P +Q Cos  tăng  Qt từ HTĐ đến phụ tải giảm Phụ tải Pt , Qt Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Giới thiệu chung  Chương Bù CSPK, nâng cao cos Ý nghĩa việc nâng cao cos phụ tải: EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Giảm áp lực phát Q nguồn điện  Giảm tổn thất công suất, tổn thất điện HTĐ ∆P = P U cosφ R ∆U = P(R + X tanφ) U  Tăng khả tải công suất tác dụng P= 3U I −Q Bạch quốc Khánh  Tránh q tải lưới điện, trì hỗn đầu tư cho phát triển lưới điện Giới thiệu chung Các định nghĩa cos phụ tải:  Hệ số cos tức thời BI  Hệ số cos trung bình cosφ = P P +Q = A A +A  Hệ số cos tự nhiên: cos trung bình phụ tải chưa bù CSPK Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Chương Bù CSPK, nâng cao cos AP AQ kWh kVArh BU Qt P = A ;Q T = A T Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Các biện pháp nâng cao cos Chương Bù CSPK, nâng cao cos 2.1 Nâng cao cos tự nhiên  Đối với động Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Hạn chế động chạy khơng tải ‒ Hợp lý hóa quy trình mang tải động để động có thời gian chạy đầy tải lớn ‒ Đặt thiết bị hạn chế thời gian làm việc không tải  Thay động KĐB làm việc non tải động KĐB có cơng suất nhỏ phù hợp  Dùng động đồng thay cho động KĐB ứng dụng phải điều chỉnh tốc độ (máy nén khí, bơm nước…)  Nâng cao chất lượng sửa chữa động  Đối với máy biến áp  Thay MBA vận hành non tải MBA có cơng suất nhỏ Các biện pháp nâng cao cos Chương Bù CSPK, nâng cao cos 2.2 Bù CSPK Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Yêu cầu dung lượng bù CSPK:  Trước bù: Q = Q  Sau bù: = P × tanφ Q = Q − Q = P × tanφ Q = P × (tanφ − tanφ ) cosyc HTĐ Pt, Q’=Qt - Qb Qb S Pt, Qt Qb tn Q S’ yc Q’ Pt Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương  Bản 2021 Các thiết bị bù CSPK: Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện Các thiết bị bù CSPK Ưu điểm Nhược điểm  Tụ điện: Dùng lưới điện áp định mức đến 35kV, với dung lượng bù không lớn (Qb < 5000kVAr)      Thiết bị bù tĩnh: SVC, STATCOM Dùng đề nâng cao CLĐN  Có thể thu phát CSPK  Điều chỉnh điện áp  Nâng cao CLĐN  Máy bù đồng bộ: Bù tập trung nút phụ tải lớn  Làm việc hai chế độ ‒ Vốn đầu tư lớn (thu phát CSPK), ‒ Quản lý, vận hành, bảo  Công suất bù không phụ dưỡng sửa chữa phức tạp thuộc điện áp lưới điện (do có phần quay)  Tuổi thọ cao (20-25 năm) Tổn thất CS lớn, khả q tải Chỉ áp dụng khơng có loại thiết bị bù Động KĐB rô to dây quấn đồng hóa Vốn đầu tư thấp, Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt, Tổn thất CS thiết bị bù thấp, Hiệu suất sử dụng cao, điều chỉnh dung lượng bù tương đối linh hoạt ‒ Nhậy cảm với dao động điện áp Qc = C.U2 ‒ Quá áp 10  hỏng ‒ Tuổi thọ thấp (8-10 năm) ‒ Đóng tụ  Dịng điện xung, Cắt tụ  tồn điện áp dư ‒ Vốn đầu tư lớn ‒ Vận hành phức tạp ‒ Sinh sóng hài Phân phối dung lượng bù CSPK 3.1 Xây dựng toán Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Chương Bù CSPK, nâng cao cos Bài toán phân phối tối ưu dung lượng bù CSPK: Z(Q , Q , … , Q ) ⟹ Min Q =Q Z: Hàm chi phi HTCCĐ có đặt bù CSPK Qbi: Dung lượng bù CSPK nút i (i=1n) HTCCĐ Qb: Tổng dung lượng bù CSPK HTCCĐ  Vị trí đặt bù CSPK cosyc  Bù tập trung: Giảm chi phí quản lý vận hành  Bù phân tán: Giảm tổn thất HTCCĐ HTĐ Bù tập trung Bù phân tán 10 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Phân phối dung lượng bù CSPK 3.2 Phân phối Qb TBA Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Chương Bù CSPK, nâng cao cos Bài toán phân phối dung lượng bù CSPK phía cao áp hạ áp trạm biến áp  Giả thiết ‒ Qb ảnh hưởng đến ĐTPT ‒ Tổng Qb không đổi Q +Q D B Q QbH QbC =Q  Chi phí tính tốn hàng năm Q - Qb Q - QbH Rd RB QbC Z = Z + Z ⟹ Min Q QbH 11 Z = k +k Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện Z = [Q Q−Q U V +Q R + V ] Q−Q U R τ α kvh : Hệ số vận hành, ktc: Hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn VC, VH: Suất đầu tư cho thiết bị bù phía cao hạ áp MBA (đ/kVAr) Rd: Điện trở đường dây; RB: Điện trở MBA b: Thời gian TTCS lớn nhất; A: Giá tổn thất điện (đ/kWh) Q: CSPK phụ tải (kVAr); U: Điện áp lưới (kV) 𝜕Z =0⟹ 𝜕Q V −V k −k R τ α Q =Q− Q =Q −Q U 12 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Phân phối dung lượng bù CSPK Chương Bù CSPK, nâng cao cos 3.3 Phân phối Qb mạng hình tia Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Bài toán phân phối dung lượng bù CSPK mạng hình tia  Các giả thiết: ‒ Các Qbi ảnh hưởng đến ĐTPT ‒ Tổng Qb không đổi Q = r2 Q k +k Q2 Qb2 n rn  Chi phí tính toán hàng năm Z= Q1 Qb1 r1 Qn Qbn V Q + Q −Q U r τ α = Z(Q , i = 1, n) ⟹ Min 10 13 𝜕Z = k 𝜕Q +k Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện ⟹ Q −Q Đặt C = k V r = − k Q − Q U + k V τ α + k V τ α r τ α = ∀i = 1, n U = const U ⟹Q −Q = C r (1) ∀i = 1, n Cộng n phương trình ta có Q − Q = Q − Q = C 1 =C r Rđ Rút C từ (2) thay vào (1) suy ra: Q =Q − Q − Q R r (2) R đ = r đ ∀i = 1, n 11 14 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Phân phối dung lượng bù CSPK Chương Bù CSPK, nâng cao cos 3.3 Phân phối Qb mạng hình tia EE3425 - Hệ thống cung cấp điện Ví dụ 9.1 : Phân bổ Qb = 1200kVAr vào mạng r1 = 0,1; r2 = 0,05; r3 = 0,06; Q1 = 400 kVAr Q2 = 400 kVAr Q3 = 500 kVAr r4 = 0,2; Q4 = 200 kVAr r1 r2 Bạch quốc Khánh Q Q − Q R r đ = 400 − Q2 Qb2 Q4 Qb4 Rtđ = r1//r2//r3//r4 = 0,0194 Q = 1500kVAr; =Q − r4 Giải Q= Q1 Qb1 1500 − 1200 0,0194 = 342kVAr 0,1 Qb2 = 284kVAr; Qb3 = 403kVAr; Qb4 = 171kVAr 12 15  Phân phối Qb mạng liên thông: Kết hợp nhiều toán phân phối Qb mạng hình tia Q -Q Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện Ví dụ 9.2 ; ; r3 = 0,024; Q3 = 50 kVAr r2 = 0,012; Q2 = 200 kVAr r0 = 0,004; Q23 = Q2 + Q3 = 250 kVAr r1 = 0,008; Q1 = 100 kVAr Qb = 250kVAr; Q = Q1 + Q23 = 350 kVAr Q - Qb 23 N b23 r0 r3 r1 r2 Xác định Qb1, Qb2, Qb3 ? Q1 Q Q −Q R =Q − r Q = 350kVAr Qb = 250kVAr đ Qb1 Q2 Q23 = 250kVAr Qb23 = 210kVAr Qb2 r2 Q2 = 200kVAr Qb2 = 173kVAr r3 r1 350 − 250 0,0048 = 40kVAr 0,008 = 100 − R023 Qb3 Rtđ23 = r2 // r3 = 0,008; R023 = Rtđ23 + r0 = 0,012  Rtđ123 = r1 // R023 = 0,0048 Q3 Q1 = 100kVAr Qb1 = 40kVAr Q3 = 50kVAr Qb3 = 37kVAr Qb23  Qb – Qb1 = 250 – 40  210kVAr Q =Q − Q =Q − Q −Q r R đ = 200 − 250 − 210 0,008 = 173kVAr 0,012 Q −Q r R đ = 50 − 250 − 210 0,008 = 37kVAr 0,024 16 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Tụ bù CSPK Chương Bù CSPK, nâng cao cos 4.1 Kết cấu đấu nối Kết cấu tụ điện Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Sao nối đất Sao cách đất Tam giác 14 17 Tụ bù CSPK Chương Bù CSPK, nâng cao cos 4.1 Kết cấu đấu nối Tụ điện pha đấu / tam giác: EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Đấu nối tụ Phụ tải không đối xứng Không ảnh hưởng  KĐX điện áp pha  Qb không  Tăng đối xứng Ngắn mạch tụ điện Không gây áp Quá tải tụ (quá áp) hai pha lại Bạch quốc Khánh  Áp dụng (IEEE1036) Lưới điện Uđm  2400V Lưới điện Uđm > 2400V Điện áp tụ điện Điện áp dây  Tăng chi phí cách điện Cơng suất kVAr tụ điện Q = ω C 𝑈 = ω C 𝑈 Y Điện áp pha  Chi phí cách điện thấp Q = ω C 𝑈 15 18 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Tụ bù CSPK Chương Bù CSPK, nâng cao cos 4.1 Kết cấu đấu nối  Tụ điện pha đấu nối đất / cách đất: EE3425 - Hệ thống cung cấp điện Y0  Giảm sóng hài bậc 3n, dịng thứ khơng dịng phóng có ngắn mạch chạm đât  Tránh dòng inrush xuất hệ thống nối đất trạm Tăng nhiễu đường dây viễn thơng sóng hài  Q điện áp trung tính có điện áp sét  Sóng hài dịng inrush làm bảo vệ chọn lọc  Quá điện áp lớn pha lại ngắn mạch tụ pha  Dòng inrush mạch nối đất trạm gây hư hỏng BI đo lường  Cho lưới trung tính nối đất  Cho lưới trung tính cách đất Ưu điểm  Bạch quốc Khánh Nhược điểm Áp dụng Y Tránh điện áp trung tính  Tạo mạch lọc sóng hài  Giảm điện áp phục hồi thiết bị đóng cắt (máy cắt)  16 19 Tụ bù CSPK 4.2 Dòng điện xung kích  Đóng tụ điện vào lưới Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Im: Dịng điện đóng tụ (inrush current) u t = L +L di + dt C idt ⟹ i t = I sin(2πf t) I =U ×  C L +L ≈ 2× Uđ × Tắt dần xét R mạch C L fo: Tần số dao động tự nhiên: f = 2π L C =f S Q SN: Công suất ngắn mạch HTĐ PCC: S = Uđ 2πf L Q: Công suất bù tụ, Q = 2πf C Uđ 17 20 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN 10 EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Tụ bù CSPK Chương Bù CSPK, nâng cao cos 4.2 Dịng điện xung kích  Đóng tụ điện vào lưới EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  So sánh Im với dòng điện định mức tụ: ⟹ I Iđ = 2× L C S = 𝑄 Iđ = ω C Uđ Ví dụ 9.3 : Đóng tụ bù cố định 250kVAr với Uđm = 6kV vào lưới có cơng suất ngắn mạch điểm đóng tụ SN = 250MVA Bạch quốc Khánh Ta có: I Iđ = S Q f =f× S Q = 2.250 10 250 = 50 × = 44,7(lần) 250 10 250 = 1582(Hz) 18 21  Đóng tụ điện thứ n+1 vào lưới nối n tụ điện  Dịng điện đóng tụ Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện I = ⟹  I Iđ × Uđ n C × n+1 L = 2× n f × n+1 f Trong tần số dao động tự nhiên: f = 2π L C Ví dụ 9.4 : Đóng tụ thứ tủ gồm tụ bù 350kVAr vào lưới 6kV Với dây dẫn dài 5m, Lo = 0,5H/m C= Q = 30,9(μF) f = = 18117 Hz ω Uđ 2π L C L = 𝑙 𝐿 = 2,5 (μH) ⟹ I Iđ 18117 = 2× × = 342(lần) 50 19 22 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN 11 EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Tụ bù CSPK Chương Bù CSPK, nâng cao cos 4.2 Dịng điện xung kích  Hạn chế dịng điện xung kích đóng tụ điện vào lưới EE3425 - Hệ thống cung cấp điện   Đối với tụ hạ áp: Sử dụng mạch tiếp điểm phụ nối với điện trở hạn chế R, ghép kèm với cơng tác tơ đóng cắt mạch nối tụ Đối với tủ trung áp: Sử dụng điện kháng ghép nối tiếp với tụ điện Cuộn kháng hạn chế Bạch quốc Khánh Điện trở hạn chế Contactor hạ áp với điện trở hạn chế Điện kháng hạn chế ghép trực tiếp với mạch tụ điện trung áp 20 23 Tụ bù CSPK Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện 4.3 Nguyên tắc điều khiển đóng cắt tụ điện  Theo thời gian  Theo dòng điện  Theo điện áp  Theo chiều CSPK Chương Bù CSPK, nâng cao cos BI A V Điều khiển MC MC KĐT KĐT … Tụ bù Phụ tải Tụ bù 21 24 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN 12 EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Tài liệu tham khảo Bản 2021 Chương Bù CSPK, nâng cao cos [2] Ismail Kasikci, Analysis and Design of Low-Power System, An Engineer’s Field Guide, Wiley-VCH Verlag GmhB & Co KGaA, 2004 Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện [1] A.A.Fedorov, G.V.Xerbinoxki, Sách tra cứu cung cấp điện xí nghiệp cơng nghiệp – Mạng lưới điện công nghiệp, Bản dịch Bộ môn Hệ thống điện, Trường ĐHBK hà Nội, 1988 54 Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện 25 26 Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN 13 ... Q S’ yc Q’ Pt Bạch Quốc Khánh/ Bộ môn Hệ thống điện/ BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương  Bản 2021 Các thiết bị bù CSPK: Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện Các thiết... 10 Bạch Quốc Khánh/ Bộ môn Hệ thống điện/ BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương Bản 2021 Phân phối dung lượng bù CSPK 3.2 Phân phối Qb TBA Bạch quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện. .. quốc Khánh EE3425 - Hệ thống cung cấp điện  Chương Bù CSPK, nâng cao cos AP AQ kWh kVArh BU Qt P = A ;Q T = A T Bạch Quốc Khánh/ Bộ môn Hệ thống điện/ BKHN EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương