Khảo sát bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - MAI VĂN HIẾU KHẢO SÁT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành:60520202 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - MAI VĂN HIẾU KHẢO SÁT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành:60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HỒ VĂN HIẾN TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HÀNH THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS HỒ VĂN HIẾN Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP.HCM ngày 03 tháng 05 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ tên TS Nguyễn Hùng TS Ngô Cao Cường TS Nguyễn Minh Tâm TS Huỳnh Quang Minh TS Đinh Hoàng Bách Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sữa chữa Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH Độc lập - Tự – Hạnh phúc TP.HCM, ngày tháng năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: MAI VĂN HIẾU Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 14/03/1983 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830008 I-Tên đề tài: Khảo sát bù công suất phản kháng lưới điện phân phối II-Nhiệm vụ nội dung: - Đánh giá trạng nguyên nhân tổn thất lưới điện phân phối - Các vấn đề tổn thất giảm tổn thất điện năng, vấn đề bù cơng suất phản kháng - Tìm hiểu giải pháp bù kinh tế bù kỹ thuật lưới điện phân phối III-Ngày giao nhiệm vụ: 16/11/2013 IV-Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 29/03/2014 V-Cán hướng dẫn: TS Hồ Văn Hiến i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời chúc đến Thầy Cơ giáo tồn thể cán công nhân viên trường lời chúc sức khỏe hạnh phúc Trong khoảng thời gian năm khơng dài, với khoảng thời gian chúng em học nhiều kiến thức bổ ích, hành trang giúp chúng em vững bước đường tương lai với nhiều khó khăn thử thách Thầy Cơ tận tình dạy dỗ truyền đạt cho chúng em kiến thức quý báu nhất, từ lý luận đến kiến thức nâng cao Hơn hết Thầy Cô ln bên cạnh dẫn dắt, hướng dẫn chúng em hồn thành bước cuối khóa học Xin cảm ơn Thầy Cô Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ CHí Minh, khơng ngại khó khăn, gian khó, dành nhiều thời gian truyền đạt trang bị kiến thức quý báu cho em làm hành trang trường Xin cảm ơn thầy Hồ Văn Hiến, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp mà nhà trường giao Do thời gian có hạn kiến thức hạn chế nên luận văn có điều sai sót, em mong nhận dẫn giúp đỡ Thầy, Cô trường Cuối cùng, em xin cảm ơn bạn lớp 12SMD11 giúp đỡ hỗ trợ hồn thành tốt khóa học Xin chân thành cảm ơn chúc sức khỏe Thầy Cô! TP.HCM, ngày 29 tháng 03 năm 2014 Học viên Mai Văn Hiếu iii TÓM TẮT Lưới điện phân phối (LĐPP) khâu cuối hệ thống điện để cung cấp điện trực tiếp đến khách hàng sử dụng LĐPP phân bố diện rộng, phụ tải phát triển liên tục thường vận hành khơng đối xứng có tổn thất điện (TTĐN) lớn lưới truyền tải Do đó, bên cạnh việc đáp ứng công suất tác dụng cho phụ tải, phải đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng (CSPK) cho lưới điện Bù CSPK nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, mà đem lại hiệu kinh tế việc vận hành lưới điện Trong nội dung nghiên cứu luận văn này, trình bày phương pháp kết nghiên cứu sở lý thuyết, sử dụng chương trình Matlap để tính tốn mơ cho kết quả, từ đánh giá phương án bù lựa chọn vị trí bù hiệu lưới điện phân phối iv ABSTRACT Distribution grid is the last stage of the power system to provide electricity directly to customers Distribution grids distributed on a large scale, load continuous development and operation often asymmetric power loss greater than the transmission grid Therefore, besides the capacity to meet the load effects, to meet the demand of reactive power to the grid Reactive power compensation not only improve power quality, reduce losses, but also bring economic efficiency in grid operation In the context of this thesis research, presentation methods and research results on the theoretical basis, the program used to calculate Matlap and simulation results, from which the method was evaluated compensation plans and choose the most effective position offset on the distribution grid v MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Abstract iv Mục lục v Danh mục từ viết tắt, danh mục bảng, danh mục sơ đồ vi Chương 1: Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương 2: Lưới điện phân phối vấn đề tổn thất 2.1 Giới thiệu chung lưới điện phân phối 2.2 Đặc điểm lưới điện phân phối 2.3 Các vấn đề tổn thất lưới điện phân phối Chương 3: Bù công suất phản kháng lưới điện phân phối 3.1 Vấn đề bù công suất phản kháng lưới điện phân phối 3.2 Bù kinh tế công suất phản kháng lưới điện phân phối toán bù kinh tế 3.3 Bài toán bù kinh tế 10 3.4 Tính tốn bù kinh tế phương pháp ma trận 12 3.4.1 Lý thuyết 12 3.4.2 Các bước tính tốn bù kinh tế 14 3.5 Bù công suất kháng đường dây phân phối phân phối 17 3.5.1 Tổn thất công suất đoạn phát tuyến phân phối 17 3.5.2 Tổn thất công suất đường dây có đặt tụ bù 18 3.5.3 Giảm tổn thất điện đặt tụ bù 18 3.5.4 Giảm tổn thất điện có xét chi phí đặt tụ bù 22 3.6 Giảm tổn thất trường hợp có nhiều tụ bù 24 3.6.1 Trường hợp hai tụ 24 3.6.2 Trường hợp ba tụ 25 3.6.3 Trường hợp bốn tụ 25 3.6.4 Trường hợp n tụ 25 48 C( 5,1)= 5118.9962 C( 6,1)= 5767.7652 C( 7,1)= 6200.2778 C( 8,1)= 6416.5341 Lời giải phương trình ma trận: nut Qbu(MVAr) -1.541 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 10 0.250 Lần tính thứ Số nút bù: Đạo hàm chi phí tính tốn delZ/delQbù i = 0, hệ số phương trình đạo hàm riêng xắp xếp thành dạng bảng sau: Bảng 8: Bù kinh tế lần lập Tu cot den cot Cot Cot Cot Cot Cot Hang 2595.0758 2595.0758 2595.0758 2595.0758 2595.0758 Hang 2595.0758 3460.1010 3460.1010 3460.1010 3460.1010 Hang 2595.0758 3460.1010 4325.1263 4325.1263 4325.1263 Hang 2595.0758 3460.1010 4325.1263 5190.1515 5190.1515 Hang 2595.0758 3460.1010 4325.1263 5190.1515 6055.1768 Hang 2595.0758 3460.1010 4325.1263 5190.1515 6055.1768 Hang 2595.0758 3460.1010 4325.1263 5190.1515 6055.1768 Tu cot den cot 49 Cot Cot Hang 2595.0758 2595.0758 Hang 3460.1010 3460.1010 Hang 4325.1263 4325.1263 Hang 5190.1515 5190.1515 Hang 6055.1768 6055.1768 Hang 6920.2020 6920.2020 Hang 6920.2020 7785.2273 Ma trận cột C vế phải phương trình ma trận BxQ=C C( 1,1)= 1875.1515 C( 2,1)= 3172.6894 C( 3,1)= 4253.9710 C( 4,1)= 5118.9962 C( 5,1)= 5767.7652 C( 6,1)= 6200.2778 C( 7,1)= 6416.5341 Lời giải phương trình ma trận: nut Qbu(MVAr) -0.777 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 10 0.250 50 Lần tính thứ Số nút bù: Đạo hàm chi phí tính tốn delZ/delQbù i = 0, hệ số phương trình đạo hàm riêng xắp xếp thành dạng bảng sau: Bảng 9: Bù kinh tế lần lập Tu cot den cot Cot Cot Cot Cot Cot Hang 3460.1010 3460.1010 3460.1010 3460.1010 3460.1010 Hang 3460.1010 4325.1263 4325.1263 4325.1263 4325.1263 Hang 3460.1010 4325.1263 5190.1515 5190.1515 5190.1515 Hang 3460.1010 4325.1263 5190.1515 6055.1768 6055.1768 Hang 3460.1010 4325.1263 5190.1515 6055.1768 6920.2020 Hang 3460.1010 4325.1263 5190.1515 6055.1768 6920.2020 Tu cot den cot Cot Hang 3460.1010 Hang 4325.1263 Hang 5190.1515 Hang 6055.1768 Hang 6920.2020 Hang 7785.2273 Ma trận cột C vế phải phương trình ma trận BxQ=C C( 1,1)= 3172.6894 C( 2,1)= 4253.9710 C( 3,1)= 5118.9962 C( 4,1)= 5767.7652 C( 5,1)= 6200.2778 C( 6,1)= 6416.5341 51 Lời giải phương trình ma trận: nut Qbu(MVAr) -0.333 0.250 0.250 0.250 0.250 10 0.250 Lần tính thứ Số nút bù: Đạo hàm chi phí tính tốn delZ/delQbù i = 0, hệ số phương trình đạo hàm riêng xắp xếp thành dạng bảng sau: Bảng 10: Bù kinh tế lần lập Tu cot den cot Cot Cot Cot Cot Cot Hang 4325.1263 4325.1263 4325.1263 4325.1263 4325.1263 Hang 4325.1263 5190.1515 5190.1515 5190.1515 5190.1515 Hang 4325.1263 5190.1515 6055.1768 6055.1768 6055.1768 Hang 4325.1263 5190.1515 6055.1768 6920.2020 6920.2020 Hang 4325.1263 5190.1515 6055.1768 6920.2020 7785.2273 Ma trận cột C vế phải phương trình ma trận BxQ=C C( 1,1)= 4253.9710 C( 2,1)= 5118.9962 C( 3,1)= 5767.7652 C( 4,1)= 6200.2778 C( 5,1)= 6416.5341 52 Lời giải phương trình ma trận: nut Qbu(MVAr) -0.016 0.250 0.250 0.250 10 0.250 Lần tính thứ Số nút bù: Đạo hàm chi phí tính tốn delZ/delQbù i = 0, hệ số phương trình đạo hàm riêng xắp xếp thành dạng bảng sau: Bảng 11: Bù kinh tế lần lập Tu cot den cot Cot Cot Cot Cot Hang 5190.1515 5190.1515 5190.1515 5190.1515 Hang 5190.1515 6055.1768 6055.1768 6055.1768 Hang 5190.1515 6055.1768 6920.2020 6920.2020 Hang 5190.1515 6055.1768 6920.2020 7785.2273 Ma trận cột C vế phải phương trình ma trận BxQ=C C( 1,1)= 5118.9962 C( 2,1)= 5767.7652 C( 3,1)= 6200.2778 C( 4,1)= 6416.5341 Lời giải phương trình ma trận: nut Qbu(MVAr) 0.236 0.250 0.250 10 0.250 53 Phân bố công suất sau đặt thiết bị bù |n Sai số = 7.76382e-010 Số lần lập = Bảng 12: Phân bố công suất sau đặt thiết bị bù Nut Dien ap Goc Phu tai -May phat No dvtd Degree MW Mvar MW Tu bu Mvar Mvar 1.00000 0.000 0.000 0.000 3.334 1.509 0.000 0.98941 -0.052 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.98012 -0.115 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.97214 -0.189 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.96550 -0.276 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.96019 -0.375 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.95623 -0.487 0.000 0.000 0.000 0.000 0.236 0.95327 -0.572 0.000 0.000 0.000 0.000 0.250 0.95130 -0.629 0.000 0.000 0.000 0.000 0.250 10 0.95031 -0.658 0.000 0.000 0.000 0.000 0.250 11 0.95135 -1.493 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 12 0.94166 -1.585 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 13 0.93334 -1.685 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 14 0.92640 -1.793 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 15 0.92085 -1.910 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 16 0.91671 -2.034 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 17 0.91362 -2.130 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 18 0.91155 -2.194 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 19 0.91052 -2.226 0.350 0.250 0.000 0.000 0.000 3.150 2.250 3.334 1.509 0.986 Tong 54 Bảng 13: Dịng cơng suất nhánh tổn thất Duong day Cong suat nut & Dong nhanh Ton that May bien ap- deltaQL deltaQC tu den MW Mvar MVA MVAr tap MVAr 3.334 1.509 3.659 3.334 1.509 3.659 MW 0.034 0.019 0.019 0.000 -3.300 -1.490 3.621 0.034 0.019 0.019 0.000 2.943 1.221 3.186 0.015 0.015 0.000 11 0.357 0.269 0.447 0.007 0.019 0.019 0.000 0.000 0.000 0.000 0.026 0.000 0.000 0.000 -2.916 -1.206 3.156 0.026 0.015 0.015 0.000 2.559 0.937 2.725 0.011 0.011 0.000 12 0.357 0.269 0.448 0.007 0.019 0.019 0.000 0.020 0.000 0.000 0.000 -2.539 -0.926 2.703 0.020 0.011 0.011 0.000 2.182 0.656 2.278 0.008 0.008 0.000 13 0.358 0.270 0.448 0.008 0.020 0.020 0.000 0.014 0.000 0.000 0.000 -2.168 -0.648 2.262 0.014 0.008 0.008 0.000 1.810 0.378 1.849 0.005 0.005 0.000 14 0.358 0.270 0.448 0.008 0.020 0.020 0.000 0.009 0.000 0.000 0.000 -1.801 -0.373 1.839 0.009 0.005 0.005 0.000 1.443 0.103 1.446 0.003 0.003 0.000 15 0.358 0.270 0.448 0.008 0.020 0.020 0.000 0.006 0.000 0.236 0.236 -1.437 -0.099 1.440 0.006 0.003 0.003 0.000 1.079 0.065 1.081 0.002 0.002 0.000 16 0.358 0.271 0.449 0.008 0.021 0.021 0.000 0.003 MVAr 55 10 11 0.000 0.250 0.250 -1.076 -0.063 1.078 0.003 0.002 0.002 0.000 0.718 0.043 0.719 0.001 0.001 0.000 17 0.358 0.271 0.449 0.008 0.021 0.021 0.000 0.001 0.000 0.250 0.250 -0.716 -0.042 0.718 0.001 0.001 0.001 0.000 10 0.358 0.021 0.359 0.000 0.000 0.000 0.000 18 0.358 0.271 0.449 0.008 0.021 0.021 0.000 0.000 0.250 0.250 -0.358 -0.021 0.359 0.000 0.000 0.000 0.000 19 0.358 0.271 0.449 0.008 0.021 0.021 0.000 -0.350 -0.250 0.430 -0.350 -0.250 0.430 0.007 0.019 12 -0.350 -0.250 0.430 -0.350 -0.250 0.430 0.007 0.019 13 0.020 0.000 -0.350 -0.250 0.430 -0.350 -0.250 0.430 0.008 0.021 17 0.020 0.000 -0.350 -0.250 0.430 -0.350 -0.250 0.430 0.008 0.020 16 0.020 0.000 -0.350 -0.250 0.430 -0.350 -0.250 0.430 0.008 0.020 15 0.019 0.000 -0.350 -0.250 0.430 -0.350 -0.250 0.430 0.008 0.020 14 0.019 0.000 0.021 0.000 -0.350 -0.250 0.430 -0.350 -0.250 0.430 0.008 0.021 0.021 0.000 56 18 -0.350 -0.250 0.430 -0.350 -0.250 0.430 0.008 0.021 19 0.021 0.000 -0.350 -0.250 0.430 10 -0.350 -0.250 0.430 0.008 0.021 Tổng tổn thất 0.184 0.245 0.021 0.000 0.245 0.000 Tổng tổn thất công suất kháng deltaQL – deltaQC : Giảm tổn thất công suất đường dây sau đặt bù: 0.245 48.529 kW Giảm tổn thất đường dây sau đặt bù: 165,483.084 kWh/năm Sơ đồ lưới điện lắp tụ bù sau tính tốn hình 4.2 Hình 4.2 4.4.2 Bài tốn mẫu bù kỹ thuật Cho sơ đồ lưới điện hình 4.3: N 22kV AC-240 Spb = 6000kVA l = 1(đvtđ) Hình 4.3 Stt = 3000kVA 57 a/ Thơng số tính tốn: - Phát tuyến phân phối 22kV, dây AC-240 có r0 = 0.132Ω/km, dài 10km - Phụ tải phân bố suốt đường dây có tổng cơng suất 6000kVA, coφ = 0.8 - Phụ tải tập trung cuối đường dây có cơng suất 4000 kVA, cosφ = 0.8 - Hệ số phụ tải phản kháng = 0.7 - Thời gian đóng tụ T = 8760 giờ/năm - Tiền điện K1 = 0.1$/kWh - Tiền kW công suất nguồn phát để bù vào tổn thất 300$/kW - Tiền kVAr tụ bù 6$/kVAr -Chi phí hàng năm cho nguồn phát tụ điện băng 10% tiền đầu tư b/ Kết tính tốn: - Cơng suất kháng phụ tải tập trung: Qtt = Stt * Sinφ = 4000*( − ) = 4000*(√1 − 0.8 ) = 2400 kVAr - Công suất kháng phụ tải phân bố: Qpb = Spb * Sinφ = 6000*( − ) = 6000*(√1 − 0.8 ) = 3600 kVAr - Tổng công suất kháng đầu phát tuyến: Qmax∑ = Qtt + Qpb = 2400 + 3600 = 6000 kVAr - Suy ra: λ= = = 0.4 - Các hàm chi phí tính tốn: K1 = 0.1$/kWh K2 = 0.1*300 = 30$/kW/năm K3 = 0.1*6 = 0.6$/kVAr/năm - Điện trở toàn đường dây: R = r0*ℓ = 0.132*10 = 1.32 Ω - Áp dụng phương trình: x= - [ ( )[ ] ] 58 [(-T.K1k +T.K1λk -K2+K2λ)x2 + 2[T.K1k +TK1c+K2-K2c] - K3=  Giải phương trình (1) (2) để tìm x c Phương trình (1) Đặt: A= B= = = 1.68 [ ( ] = )[ ] ∗ ( )( ∗ ∗ = 1.17 )  Phương trình có dạng: x = A- Bc = 1.68-1.17c (*) Phương trình (2) Đặt: C = -T.K1 +T.K1λ -K2+K2λ = -8760*0.1*0.7+8760*0.1*0.4*0.7- 30+30*0.4 = -385.92 D = T.K1 +K2 = 8760*0.1*0.7+30 = 643.2 E = T.K1+K2 = 8760*0.1+30 = 906 F= = ∗ ∗ ∗ = 36.67  Phương trình có dạng: Cx2 + 2(D-E.c)x - F= (**) Thay (*) vào (**) ta được: C(A-Bc)2 + 2(D-E.c) (A-Bc) - F= C(A2-2ABc+B2c2)+2[AD-(AE+BD)c+EBc2]-F = Sắp xếp lại thành phương trình bậc theo c (B2C+2EB)c2-2[ABC+AE+BD)c+(A2C+2AD-F) = Với: G = H= = ∗ (∗ = ∗( ∗ ) ∗( ) ∗( ) ∗ ) ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ Giải phương trình bậc 2: c2 – 2*0.95c + 0.65 = = 0.95 = 0.65 59 ∆ = G2-H = 0.952 – 0.65 = 0.25 Nghiệm c1 = G - √∆ = 0.95- √0.25 = 0.45 c2 = G + √∆ = 0.95 + √0.25 = 1.45 Chọn nghiệm c thỏa điều kiện: 0