Bù tối ưu ông suất phản kháng ho lưới điện phân phối huyện thanh trì hà nội

Lý do chọn đề tàiVới sự phát triển nhanh chóng của nề công nghiệp sản xuấ các phụ ản t, t i tiêu thụ điệ n cũng phát triển m t cách nhanh chóng và ộ đòi hỏi ph i đáp ứ đượả ng c nh ng ữ

TRƯ NG Đ Ờ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN CAO VŨ vuncevnhanoi@gmail.com Ngành kỹ thu t đi n ậ ệ

Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Đức Tùng

nhất về ặ ỹ m t k thuật và kinh tế là các vấn đề cơ bản và cũng là quan trọng trong

h thệ ống điện, được rất nhiều đề tài nghiên c u ứ

Phân ph i là khâu cu i cùng trong trong quá trình truy n dố ố ề ẫn điện năng từnguồn điện đến các phụ ải tiêu thụ Nhiệm vụ đặt ra hiện nay của các Công ty t

Đ ệ ựi n l c là ph i tìm các gi i pháp tả ả ối ưu nhằm gi m t n thả ổ ất điện năng, nâng cao chất lượng điện áp t i m c tốớ ứ t nh t có th Vấn đềấ ể này luôn là tr ng tâm trong ọcông tác qu n lý v n hành cả ậ ủa các Điện lực trong Tập đoàn Điện L c Vi t Nam ự ệ(EVN)

Để ả gi m t n th t có nhi u giổ ấ ề ải pháp như thay tiết di n dây d n lệ ẫ ớn hơn, thay

th ếcác máy biến áp thường xuyên vận hành non tải, san tải các máy biến áp quá

t i, lả ắp đặt tụ bù công suất phản kháng Trong đó, phương pháp bù công suất

ph n kháng là giả ải pháp đơn giản, hi u qu và kinh t nh t ệ ả ế ấ

Đố ới v i huy n Thanh Trì, do s phân b ệ ự ố dân cư trên địa bàn cũng như tính chất đa dạng c a các hủ ộ tiêu th , khu công nghi p, cụ ệ ác khu chung cư đã và đang được xây dựng, đưa vào sử ụ d ng nên các ph t i phát tri n nhanh chóng c v s ụ ả ể ả ề ốlượng và công suất, do đó cấu trúc của lưới điện cũng thay đổi, phát tri n v m t ể ề ặquy mô, sự thay đổi đó dẫn đến sự gia tăng của tổn thất điện năng cũng như tổn

thất điện áp, điều này ảnh hưởng đến hi u qu vệ ả ận hành lưới điện

Với các lý do trên, đề tài “BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PH I HUY N THANH TRÌ - HÀ N I” s nâng cao Ố Ệ Ộ ẽcao hi u qu vệ ả ận hành, đảm b o chả ất lượng điện năng và các chỉ tiêu kinh t - k ế ỹthu t cậ ủa lưới điện của địa phương

Xác định phương pháp, số lượng, dung lượng, v trí bù công su t ph n ị ấ ảkháng tối ưu về mặt kinh tế - k thuỹ ật cho lưới điện phân ph i, tính toán mô ố

phỏng cụ ể 1 lộ đường dây t ộc lưới điện huyệ Thanh Trì, nhằm giảm tổ th hu n n

thất điện năng, nâng cao chất lượng điện áp cho lưới điện phân phối của huy n ệ

- Nghiên cứu các nguyên lý và phương pháp bù công suất ph n kháng ả

- Nghiên cứu tính toán bù tối ưu công suất phản kháng cho lưới điện phân phối mẫu

- Nghiên cứu và đánh giá hiện trạng lưới điện mẫu thuộc huyện Thanh Trì

- S dử ụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán vị trí, dung lượng bù công su t ph n kháng tấ ả ối ưu cho lộ đường dây m u ẫ

Đối tượng nghiên c u: Nộứ i dung luận văn đi nghiên cứu tính toán và xác

định v ị trí và dung lượng bù cho 1 lưới điện phân ph i c th ố ụ ể đó là “Lưới điện huy n Thanh Trì” ệ

Ph m vi nghiên cạ ứu:

- Nghiên cứu lý thuyết các vấn đề ỹ k thuật, kinh tế liên quan đến bù công

su t phấ ản kháng cho lưới điện phân ph i ố

- Áp dụng tính toán cho 1 lộ đường dây lưới điện phân phối huyện Thanh Trì

- S dử ụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán bù tối ưu công suất phản kháng, chọn ra được phương án bù tối ưu công suất ph n kháng cho lả ộ đã chọn, ph c vụụ cho công tác v n hành và phát tri n của lưới điệậ ể n huy n ệThanh Trì

- Phương pháp lý thuyết: tra cứu văn bản, tài liệu tham khảo, các bài báo chuyên ngành từ đó sẽ phân tích được các lý thuy t v bù công su t phế ề ấ ản kháng lưới điện phân ph i ố

- Phương pháp sử ụng các phần mềm hiện đại (PSS/ADEPT, Matlab) để dtính toán mô phỏng lưới điện, tìm ra phương án bù công suất phản kháng

tối ưu cho lưới điện m u ẫ

6 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

- Đềtài này sử ụng các phần mềm tính toán, mô phỏng lưới điện rất mạnh d

và đượ ức ng d ng cho nhi u bài toán th c t trên h u h t các qu c gia ụ ề ự ế ầ ế ốtrong khu b c và trên th gi i ự ế ớ

- Xác định được vị trí, công suất bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện m u ẫ

Giúp đưa ra các giải pháp nh m gi m t n thằ ả ổ ất điện năng, nâng cao chất lượng điện áp của địa phương

DANH M C CÁC T VI Ụ Ừ ẾT TẮ T

PSS/ADEPT : Là tên phần mềm tính toán lưới điện phân ph i ố

MATLAB: là ph n m m l p trình và tính toán ngôn ng b c cao, tích h p kh ầ ề ậ ữ ậ ợ ảnăng tính toán, hình nh hóa, l p trình trong mả ậ ột môi trường d s d ng, ễ ử ụ ở đó

SVC (Static Var Compensator): Thi t b ế ị bù ngang điều khiể ằng Thyristorn b

TSC (Thyristor Switched Capacitor): Bộ ụ đóng mở ằ t b ng Thyristor

NPV: Hàm giá tr hiị ện tại thu n tính toán hi u qu kinh t ầ để ệ ả ế

RECLOSER: Máy c t trung th t ắ ế ự động đóng lặ ạp l i

M C L C Ụ Ụ

I M Ở ĐẦ U

KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆ N PHÂN PH I 1 Ố

I.1 Sự tiêu thụ và các nguồn phát công su t ph ấ ản kháng 1

I.1.1 S ựtiêu thụ công suất ph n kháng 1ảI.1.2 Ngu n phát công su t ph n kháng 2ồ ấ ả

I.2 Bù công suấ t ph n kháng trên lư i đi n phân phối 3 ả ớ ệ

I.2.1 Các phương pháp bù công suất phản kháng lưới điện phân ph iố 3

I.3 Ảnh hưởng của bù công su t ph ấ ả n kháng đ ế n các thông số ớ lư i điện phân phối 6

I.3.1 Các ch ỉ tiêu kỹ thu t 6ậI.3.2 Các ch tiêu kinh t 8ỉ ế

I.4 Kết luận 10

LƯỚI ĐIỆ N PHÂN PH I 11 Ố

II.1 Xác định dung lượng bù công suất phản kháng 11

II.1.1 Bù công su t phấ ản kháng để nâng cao h s ệ ố cosφ 11II.1.2 Bù công suất phản kháng điều kiện tối thi u công su t phể ấ ản kháng 11 II.1.3 Bù công su t phấ ản kháng theo điều kiện điều chỉnh điện áp 14II.1.4 Bù công su t phấ ản kháng theo quan điểm kinh t 23ế

II.2 Xác đị nh công su t và v trí bù công suất phản kháng Error! ấ ị

Bookmark not defined

II.2.1 Bù trên đường dây chính có ph t i phân b u và t p trung 29 ụ ả ố đề ậII.2.2 Xác định v trí tị ối ưu của tụ bù 36II.3 Đánh giá hiệu qu bù công su t ph n kháng 38 ả ấ ảII.3.1 Ảnh hưởng của hệ ố công suất cosφ s và th i gian Tờ m 38 II.3.2 Hi u qu cệ ả ủa việc bù công su t ph n kháng 40ấ ả

II.4 Ảnh hưởng của thiết bị bù đến thông số đường dây 42

III.1 Giới thiệu phầ n m m dùng đ tính toán 46 ề ể

III.1.1 T ng quan v ổ ềphần m m PSS/ADEPT 46ề III.1.2 Các chức năng và ứng d ng 47ụ III.1.3 Cơ sở tính toán bù công su t ph n kháng bấ ả ằng chương trình

PSS/ADEPT 47

1.3.1 Cơ sở lý thuy t tính toán bù tế ối ưu theo phương pháp tích phân động theo dòng ti n t 47 ề ệ III.2 Hiện trạ ng lư i điện huyện Thanh Trì 50 ớ III.3 Tính toán cho lộ 473E1.10 50

III.3.1 Xây dựng sơ đồ tính toán l 473E1.10 50ộ III.3.2 Tính toán ch ế độxác lập trên l 473E1.10 55ộ III.4 Kết luận 64

III.4.1 Đánh giá 64

III.4.2 Ý kiến đềxuất 65

Tài li ệu tham khả o 66

PH L C 67 Ụ Ụ

DANH M C HÌNH V Ụ Ẽ

Hình 2.1 Phân phối dung lượng bù trong m ng hình tia 12ạ Hình 2.2 Phân phối dung lượng bù trong m ng phân nhánh 14ạ

Hình 2.3 Sơ đồ ạng điện dùng máy bù đồ m ng b u chộ để điề ỉnh điện áp 14

Hình 2.4 Sơ đồ ạng điệ m n có phân nhánh 16

Hình 2.5 Sơ đồ ạng điệ m n kín 17

Hình 2.6 Mạng điện có đặt bù t n tụ điệ ại hai trạm bi n áp Tế b và Tc 17

Hình 2.7 Điều chỉnh điện áp trong mạng điện kín b ng t n 19ằ ụ điệ Hình 2.8 Sơ đồ ạng điệ m n 1 ph t i 20 ụ ả Hình 2.9.Sơ đồ ạ m ch tải điện có dùng thi t b bù 23 ế ị Hình 2.10.Đồ ị th ph t i phụ ả ần kháng năm 26

Hình 2.11 Sơ đồ tính toán dung lượng bù tại nhiều điểm 26

Hình 2.12 Đường dây ph t i t p trung áp phân b u có m t b t 30 ụ ả ậ ố đề ộ ộ ụ Hình 2.13 Đường dây ph t i t p trung và phân b u có m t b t 31 ụ ả ậ ố đề ộ ộ ụ Hình 2.14 Các đường bi u th gi m t n công su t ng v i các đ bù và các ể ị độ ả ổ ấ ứ ớ ộ v ị trí trên đường dây có ph t i phân b u (ụ ả ổ đề λ =0) [1] 33

Hình 2.15 Đường dây ph t i t p trung và phân b u có bù 2 b t 34ụ ả ậ ổ đề ộ ụ Hình 2.16 Đường dây ph t i t p trung và phân b u có 3 b t 34 ụ ả ậ ổ đề ộ ụ Hình 2.17 Đường dây ph t i t p trung và phân b u có 4 b t 35ụ ả ậ ổ đề ộ ụ Hình 2.18 So sánh độ gi m t n thả ổ ất đạt được khi s t bù n =1,2,3 và ố ụ ∞ trên đường dây có ph t i phân b u ( λ =0) [1] 38 ụ ả ố đề Hình 2.19.S ph thuự ụ ộc của tổn th t công suấ ất tác dụng vào h s ệ ố cosϕ 39

Hình 2.20 Ảnh hưởng của cosϕ và Tm n t n thđế ổ ất điện năng trong mạng điện 40 Hình 2.21 Ảnh hưởng cosϕ và Tm n % t n thđế ổ ất điện năng trong mạng điện 40 Hình 3.1 Giao hi n ph n m m PSS/ADEPT 5.0 47ệ ầ ề Hình 3.2 Thiết lâp các thông s v ố ề đường dây 52

Hình 3.3 Thiết lâp các thông s v MBA 53ố ề Hình 3.4 Thẻ thiết lập chỉ ố s kinh t ếcho phần mềm 54

B ng 3.1ả Thẻ thiết lập chỉ ố s kinh t ếcho phần mề Error! Bookmarkm not defined Hình 3.5 Thông s kinh t thi t l p cho bù trung áp 55ố ế ế ậ Hình 3.6 Đồ ị th phụ ả t i những ngày điển hình năm 2019 thuộc lộ 473E1.10 56

Hình 3.7 Thẻ phân lo i ph tạ ụ ải và đồ ị th 57

Hình 3.8 : Cách xác định hao tổn của lộ đường dây 58

DANH M C B NG Ụ Ả

Bảng 1.1 Điện tr c a máy biở ủ ến áp được quy v phí U = 380V 29ề

B ng 1.2 T n hao cả ổ ủa lưới trước khi bù Error! Bookmark not defined

B ng 1.3: K t qu ả ế ả tính toán điện áp tại các nút trên lưới khi chưa bù Error! Bookmark not defined

B ng 1.4: K t qu ả ế ả tính toán trên lưới sau khi bù Error! Bookmark not defined

B ng 1.5 : K t qu tính toán n áp ả ế ả điệ trên lưới sau khi bùError! Bookmark not defined

II NỘI DUNG

I.1.1 S tiêu th công su t phự ụ ấ ản kháng

Xét s tiêu thự ụ năng lượng trong một mạch điện đơn giản có tải là điện trở

và đ ện kháng như sau:i

Hình 1.1 Mạch điện đơn giản R-L

Mạch điện được cung c p bấ ởi điện áp u (t) = Um.sinωt

Dòng điện i l ch pha vệ ới điện áp u m t góc ộ ϕ

Như vậy dòng điện i là t ng c a hai thành ph n: ổ ủ ầ

i′có biên độ I m cosϕ cùng pha với điện áp u

i′′có biên độ Im.sinϕ chậm pha so với điện áp u m t góc ộ π/ 2

Công suất tương ứng v i hai thành ph n ớ ầ i′ và i′′là:

Trên lưới điện, CSPK được tiêu th ụ ở Động cơ không đồng b , Máy bi n ộ ế

áp, Kháng điện trên đường dây tải đ ệi n và các ph n t , thi t b ầ ử ế ị có liên quan đến

t ừ trường

Yêu c u vầ ề CSPK ch ỉ có thể ả ở gi m m c tốứ i thi u ch không thể ứ ể triệt tiêu được vì c n thiầ ết để ạ t o ra t ừ trường, y u t trung gian c n thi t cho quá trình ế ố ầ ếchuyển hóa điện năng

a) Động cơ không đồng b ộ

Động cơ không đồng b là thi t b tiêu th ộ ế ị ụ CSPK chính trong lưới điện, chi m kho ng 60 – 65%; ế ả

CSPK của động cơ không đồng b g m 2 ph n: ộ ồ ầ

- Một phần nhỏ CSPK được sử dụng để sinh ra từ trường t n trong mạch đi n sơ cả ệ ấp

- Phầ ớn l n còn lại để sinh ra t ừ trường khe h ở

b) Máy bi n áp ế

MBA tiêu thụ kho ng 22 – ả 25% nhu c u CSPK t ng cầ ổ ủa lưới điện, nhỏ hơn nhu c u cầ ủa các động cơ không đồng bộ do CSPK dùng để ừ t hóa lõi thép MBA không l n so vớ ới động cơ không đồng b , vì không có khe hộ ở không khí Nhưng

do số thiết b và tị ổng dung lượng l n, nên nhu c u t ng CSPK cớ ầ ổ ủa MBA cũng rất đáng kể

CSPK tiêu th b i MBA g m 2 thành ph n: ụ ở ồ ầ

- Công suất phản kháng dùng để ừ t hóa lõi thép

- Công suất phản kháng để ả ừ t n t máy bi n áp ế

I.1.2 Ngu n phát công su t phồ ấ ản kháng

Kh ả năng phát CSPK của các nhà máy điện là rất hạn chế, do cos ϕ của nhà máy từ 0,8 – 0,9 hoặc cao hơn nữa Vì lý do kinh tế nên người ta không chế ạ t o các máy phát có khả năng phát nhiều CSPK cho phụ ả t i Các máy phát chỉ đả m đương phần nào nhu c u CSPK, còn lầ ại do các thi t b ế ị bù đảm trách (Máy bù

đồng b , t n) ộ ụ điệ

Ngoài ra, trong hệ ống điệ th n nói chung phải để đến ngu n phát CSPK nồ ữa

đó là các đường dây t i đi n siêu cao áp Tuy nhiên ả ệ ở đây ta ch ỉ xét đến lưới điện phân phối nên ta lưu ý đến cấp điện áp 35kV, 22kV và các đường cáp ngầm

Nguồn phát công suất phản kháng trong lưới điện phân phối là tụ điện, động cơ

và máy bù

Máy bù đồng b là loộ ại máy điện đồng b ch y không tộ ạ ải dùng để phát ho c ặtiêu thụ CSPK Máy bù đồng bộ là phương pháp cổ truy n đ u chỉề ể điề nh liên tục CSPK Các máy bù đồng b ộ thường được dùng trong h th ng truy n t i, ch ng ệ ố ề ả ẳ

h n ạ ở đầu vào các đường dây tải điện tải dài, trong các trạm biến áp quan trọng

và trong các tr m biạ ến đổi dòng đện một chiều cao áp

Nếu ta tăng dòng điện kích ừ t ikt lên (quá kích thích, dòng điện c a máy bù ủ

đồng b s ộ ẽ vượt trước điện áp trên c c c a nó m t góc 90ự ủ ộ 0) thì máy phát ra CSPK Qb phát lên mạng điện Ngược lại, nếu ta giảm dòng kích t iừ kt (kích thích non, E < U, dòng điện chậm sau điện áp 900 ) thì máy bù sẽ biến thành phụ ả t i tiêu th ụCSPK Vậy máy bù đồng bộ có th tiêu th hoể ụ ặc phát ra CSPK

I.2 Bù công su ất phản kháng trên lướ i đi ệ n phân phố i

I.2.1 Các phương pháp bù công suất phản kháng lưới điện phân phối I.2.1.1 Bù c ố định (bù tĩnh)

T iụ đ ện tĩnh là một đơn vị hoặc một dãy đơn vị ụ ối với nhau và nối song t nsong v i phớ ụ ải theo sơ đồ t hình sao ho c tam giác, v i mặ ớ ục đích sản xu t ra ấCSPK cung c p tr c ti p cho phấ ự ế ụ ải, điề t u này làm gi m CSPK ph i truy n tả ả ề ải trên đường dây T ụ bù tĩnh cũng thường được ch tế ạo không đổi (nh m gi m giá ằ ảthành) Khi cần điều chỉnh điện áp có th dùng t ể ụ điện bù tĩnh đống cắt được theo

cấp, đó là biện pháp kinh t nh t cho viế ấ ệc sản xuất ra CSPK

T ụ điện tĩnh cũng như máy bù đồng bộ m việc ở chế độ quá kích CSPK là

trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ, giảm được lượng CSPK truyền tải trong mạng, do

đó giảm đượ ổc t n th t đi n áp ấ ệ

CSPK do t ụ điện phát ra được tính theo bi u th c sau: ể ứ

c t t ra khắ ụ ỏi lưới phát điện phải có điện tr ở phóng điện để ập điện áp d

Các tụ điện bù tĩnh được dùng rộng rãi để điề u ch nh h s công su t trong ỉ ệ ố ấcác hệ ố th ng phân phối điện như: hệ th ng phân phố ối điện công nghi p, thành ệ

phố, khu đông dân cư và nông thôn Một số các tụ bù tĩnh cũng được đ ởặt các

tr m truyạ ền tải

T ụ điện là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp

Do đó có thểsinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng T ụ điện tĩnh có

những ưu điểm sau:

- Suấ ổt t n th t công su t tác d ng bé, kho ng (0,003-0,005) kW/kVAr ấ ấ ụ ả

- Không có ph n quay nên l p ráp b o quầ ắ ả ản dễ dàng

- T ụ điện tĩnh được chế ạo thành từng đơn vị t nhỏ, vì thế có thể tùy theo sựphát tri n cể ủa phụ ả t i trong quá trình s n xuả ất mà điều chỉnh dung lượng cho phù h p ợ

Song t ụ điện tĩnh cũng có mộ ố nhược điểm sau:t s

- Nhược điểm chủ ếu của chúng là cung cấp được ít CSPK khi có rối loạn y

hoặc thiếu diện, bở vì dung lượng của công suất phản kháng tỷ ệi l bình phương với điện áp:

2

1/ C

- Khi điện áp tăng quá 1,1Un thì t n d b ụ điệ ễ ịchọc th ng ủ

- Khi đóng tụ điệ n vào mạng có dòng điện xung, còn khi cắt tụ khỏi mạng,

n u không có thiế ết bị phóng điện thì s ẽ có điện áp dư trên tụ

- Bù bằng tụ điện sẽ khó khăn trong việc tự động điều chỉnh dung lượng bù

- T ụ điện tĩnh được chế ạo dễ dàng ở ấp điện áp t c 6 – 10kV và 0,4kV Thông thường nếu dung lượng bù nh ỏ hơn 5 MVAr thì người ta dùng t ụđiện, còn n u lế ớn hơn phải so sánh với máy bù đồng b ộ

I.2.1.2 Bù t ng (bù m m) ự độ ề

Các thiết bị ớ gi i thiệu ở trên không có tự động điều chỉnh, hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm ( như máy bù đồng b ) hoộ ặc điều chỉnh từng nấc Sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kỹ thuật điện tử công

suất với các thiết bị điện tử Thyristor công suất lớn đã cho phép thực hiện các thiết bị bù điều chỉnh nhanh (thường không quá ¼ chu kì tần số công nghiệp)

Hiện nay các thiết bị bù có điều khiển được xác nhận là rất tố không nhữt ng trong lưới công nghi p mà c trên h thệ ả ệ ống điện truy n t i và phân ph i ề ả ố

SCV (Static Var Compenstator) là thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ CSPK

có thể điề u chỉnh bằng cách tăng hoặc gi m góc mả ở ủa thyristor, nó đượ c c tổng

h p t hai thành phợ ừ ần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng để tác động về ặt công suất phản kháng (có thể mphát hay tiêu th ụcông suất ph n kháng tùy theo ch v n hành) ả ế độ ậ

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như Thyristor, các cửa đóng mở GTO (Gate Turn Off)

- SVC được cấ ạ ừu t o t ba ph n t chính g m: ầ ử ồ

+ Kháng điều ch nh b ng thyristor – ỉ ằ TCR ( hyristor Controlled Reactor): T

có chức năng điều ch nh liên t c CSPK tiêu th ỉ ụ ụ

+ Kháng đóng mở ằ b ng thyristor TCR (Thyristor Switched Reactor): có – chức năng tiêu thụ CSPK, đóng cắt nhanh b ng Thyristor ằ

+ Bộ ụ đóng mở ằ t b ng thyristor TSC (Thyristor Switched Capaxitor): có – chắc năng phát CSPK, đóng cắt nhanh b ng Thyristor ằ

- Để điề u ch nh tinh t ỉ ụ điện người ta dùng t ụ bù CSPK có điều khi n SVC ể

- Để phát hay nhân CSPK người ta dùng SVC g m t h p TCR và TSC ồ ổ ợ

- Để ảo vệ quá áp và kết hợp điều chỉnh tụ theo điện áp người ta lắ đặt các b p

b u khi n ộ điề ể để đóng cắ ụ theo điệt t n áp

Các thi t bế ị bù có điều chỉnh hi u quệ ả ấ r t cao, đảm bả ổ định được điệo n n

áp và nâng cao tính ổn định cho hệ ống điện Đố th i với các đường dây siêu cao

áp các thiế ị bù có điềt b u khiển đôi khi là thiế ịt b không th thiể ếu được Chúng

làm nhi m vệ ụ chống quá điện áp, giảm dao động công su t và nâng cao tính ấ ổn định tĩnh và động Nhược điểm c a các thi t b ủ ế ị bù có điều khi n là giá thành cao ể

Để ự l a ch và lọ ắp đặt này c n ph i phân tích các tính toán tầ ả ỷ ỷ m và so sánh các phương án trên cơ sở các ch tiêu kinh t k thu t Các thi t b ỉ ế ỹ ậ ế ị bù tĩnh được điều khiển bằng Thyristor là loại thiết bị bù ngang tĩnh (phân biệt với máy bù quay) CSPK được tiêu th ho c phát ra b các thi t b này có th ụ ặ ở ế ị ể thay đổi b ng vi c ằ ệđóng mở Thyristor

Hầu hết các th ế ị ử ụng điện đều tiêu thụ CSTD (P) và CSPK (Q) Sựi t b s dtiêu th CSPK này sụ ẽ được truy n tề ả trên lưới điệi n v phía ngu n cung cề ồ ấp CSPK, sự truyền t i công suả ất này trên đường dây s làm t n hao mẽ ổ ột lượng công su t và làm cho hao tấ ổn điện áp tăng lên đồng thời cũng làm cho lượng công su t bi u kiấ ể ến (S) tăng, dẫn đến chi phí để xây dựng đường dây tăng lên Vì

v y viậ ệc bù CSPK cho lưới điện s có nh ng tích cẽ ữ ực như sau:

Ta có t n th t công suổ ấ ất trên đường dây được xác định theo công thức:

(Q)

U

∆ do Q gây ra T ừ đó nâng cao chất lượng điện áp cho lưới điện

I.3 Ả nh hư ở ng của bù công suất phả n kháng đ ế n các thông số lướ i đi ệ n phân phối

I.3.1 Các ch tiêu k ỉ ỹ thuật

I.3.1.1 H s ệ ố cosφ

Phụ ả ủ t i c a các hộ gia đình thường có h s công suệ ố ất cao, thường là g n ầ

bằng 1, do đó mức tiêu th ụCSPK r t ít, không thành vấ ấn đề ớ l n c n quan tâm ầ

phTrái lại, các xí nghiệp, nhà máy, phân xưởng đại bộ ận dùng động cơ không đồng bộ, là nơi tiêu thụ ch y u CSPK H s công su t c a đ ng cơ ủ ế ệ ố ấ ủ ộkhông đồng b ph thuộ ụ ộc vào điều ki n làm vi c c a đệ ệ ủ ộng cơ, các ế ố y u t ch y u ủ ế

- Dung lượng của động cơ càng lớn thì hệ ố công suất càng cao, suất tiêu s

th CSPK càng nh ụ ỏ

- H s ệ ố công suất củ ộng cơ phụa đ thuộc vào tố ộc đ quay củ ộng cơ, nhấa đ t

là đố ới động cơ nhỏi v Ví dụ: Động cơ công suất 1 kW n u quay v i t c ế ớ ố

độ 3000 v/ph thì cosφ = 0,85, còn n u quay v i t c đ ế ớ ố ộ 750 v/ph thì cosφ

sụt xuống còn 0,65 Công suất củ ộng cơ không đồa đ ng bộ càng lớn thì sựkhác bi t cệ ủa hệ ố s công su t vấ ới các tốc độ quay khác nhau càng ít

- H s ệ ố công suất củ ộng cơ không đồa đ ng bộ phụ thuộc rất nhiều vào hệ ố s

ph tụ ải củ ộng cơ, khi quay không tải lượa đ ng CSPK cần thiế cho động cơ t không đồng b ộ cũng đã bằng 60 – 70% lúc tải định m c ứ

Công su t ph n kháng Q c n thi t khi phấ ả ầ ế ụ ả t i của động cơ ằ b ng P có thể được tính theo bi u th c sau: ể ứ

+ Pn và Qn là công suất tác dụng và CSPK cần cho động cơ khi làm

việc với ph tụ ải định m ức

+ Qkh,tải CSPK cần cho động cơ không chạy không t i, vả ới động cơ

có cosφn =0,9 thì Qkh,tải = 0,6Qn, với động cơ có cosφn = 0,8 thì Qkh,tải

= 0,7Qn Như vậy v i bi u th c trên ta th y rớ ể ứ ấ ằng động cơ có cosφn

=0,8 khi tải tụt xu ng còn 50% công suố ất định mức thì cosφn t t ụ

xu ng còn 0,6 ố

I.3.1.2 Thông s ố điện áp

Độ ệch điệ l n áp so với điện áp định m c cứ ủa lưới điện:

.100 n n

U U U

∆ ∆ gi i hớ ạn dưới và gi i h n trên cớ ạ ủa đồ ệch điệ l n áp

- Ở nước ta, theo “Quy phạm trang b đi n” độ ệch điện áp cho phép trên ị ệ l

ph t i là: ụ ả

+ Đố ới động cơ điệi v n:∆ U = (-5÷ 10) %

áp đặ ại đầt t u c c c a thi t b n ph thu c vào t n thự ủ ế ị điệ ụ ộ ổ ất điện áp T n thổ ất điện

áp trong quá trình truy n tề ải điện năng phụ thuộc vào thông số mạng và chế độ

v n hành ph t i ậ ụ ả

P R Q X U

- Nếu là mạng điện địa phương, tiết diện dây dẫn nhỏ, điện áp thấp, tức là R

> X nên công suất tác dụng P s có ẽ ảnh hưởng nhiều đến tr s ị ố ΔU

- Nếu là mạng điện khu vự , công suất truyền tải lớn, tiết diện dây lớn, điệc n

áp cao, t c là X > R nên CSPK sứ ẽ ảnh hưởng nhiều đến ΔU Tóm l i n u ạ ếthay đổi P và Q truy n tề ải trên đường dây thì t n thổ ất điện áp trên đường dây cũng thay đổi Nhưng CSTD P chỉ có th ể do máy phát điện phát ra và truyền đến hộ tiêu thụ nhiều hay ít do phụ ải yêu cầu, ta không thể tùy ý tthay đổi được, v y ch ậ ỉ còn cách thay đổi CSPK Q chạy trên đường dây đểthay đổ ổi t n thất điện áp ΔU, nghĩa là điều chỉnh được điện áp t i ph t i ạ ụ ả

Có thể thay đổi sự phân b ổ CSPK trên lưới, bằng cách đặt các máy bù đồng

b ộ hay tụ điện tĩnh, và cũng có thể thực hiện được bằng cách phân bổ ại CSPK lphát ra giữa các nhà máy điện trong h th ng ệ ố

I.3.2 Các ch tiêu kinh t ỉ ế

I.3.2.1 L i ích kinh t viợ ế ệc đặ ụt t bù

- Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của hệ ống điện, do th

c d tr công su t tác d ng (ho tin c y c

- Giảm được tổn thất điện năng

- C i thi n chả ệ ất lượng điệ áp trong lướn i phân ph i ố

I.3.2.2 Chi phí cho việc đặ ụt t bù

- Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho tr m bù ạ

- T n thổ ất điện năng trong tụ bù

Trong đó vốn đầu tư là thành phần ch y u c a chi phí t ng ủ ế ủ ổ

Khi đặ ụ bù còn có nguy cơ quá áp khi phụ ảt t t i Min ho c không t i và nguy ặ ả

cơ xảy ra cộng hưởng cà t kích thích ph tự ở ụ ải Các nguy cơ này ảnh hưởng đến

v trí và công suị ất bù

Giải bài toán bù CSPK là xác định: Số lượng trạm bù, vị trí đặt của chúng trên lưới phân ph i, công su t bù m i tr m và ch làm vi c c a t bù sao ố ấ ở ỗ ạ ế độ ệ ủ ụcho đạt hi u qu kinh t cao nh t, nói cách khác là làm sao cho hàm m c tiêu ệ ả ế ấ ụtheo chi phí đạt giá tr Min ị

Có hai cách đặt bù:

Cách 1: Bù t p trung m t s m trên tr c chính trung áp ậ ở ộ ố điể ụ

Cách 2: Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp

Bù theo cách 1 công su t bù có thấ ể ớ l n, dễ thực hi n việ ệc điều khi n, giá ểthành đơn vị bù r , vi c qu n lý và v n hành d dàng ẻ ệ ả ậ ễ

Bù theo cách 2 giảm được tổn th t công su t và t n thấ ấ ổ ất điện năng nhiều hơn vì bù sâu hơn Nhưng bù quá gần ph tụ ải nên nguy cơ cộng và t kích thích ụ ở

ph tụ ải cao, để giảm nguy cơ này phải hạn chế công suất bù sao cho ở chế độ

Min công suất bù không ớ hơn yêu cầu của phụ ả Nếu bù nhiều hơn thì phải l n t i

cắt một phần bù ở chế độ in Để có thể ực hiện hiệu quả M th phải có hệ ống thđiều khi n t ng hoể ự độ ặc điều khi n t xa, viể ừ ệc này làm tăng thêm chi phí cho các

Để gi i bài toán bù c n bi t rõ c u trúc cả ầ ế ấ ủa lưới phân phối, đồ th ph t i ị ụ ả

phản kháng của các trạm phân phối hay ít nhất cũng phải biết hệ ố ử ụ s s d ng CSPK của chúng Phải bi t giá c và các h s kinh t khác, loế ả ệ ố ế ại và đặc tính kĩ thu t, kinh t ậ ế

I.4 K t lu n ế ậ

Qua quá trình tìm hi u, nghiên c u và phân tích chúng ta thể ứ ấy được rằng: CSPK là m t ph n không thộ ầ ể thiếu c a máy bi n áp, các thi t bủ ế ế ị điện như, động cơ điện, đèn huỳnh quang Tuy nhiên do truy n tề ải trên đường dây l i gây ạảnh hưởng đến hai tổn điện năng, hao tổn điện áp, làm tăng công suất truy n t i ề ảdẫn đến hao tổn điện năng, hao tổn điện áp, làm tăng công suất truy n t i dề ả ẫn đến tăng chi phí xây lắp , vì v y ph i có nh ng biậ ả ữ ện pháp để ảm lượ gi ng công su t ấnày M t trong nh ng bi n pộ ữ ệ háp đơn giản và hi u quệ ả nhất đó là bù CSPK, sau khi bù s làm c i thiẽ ả ện được các nhược điểm trên

Việc bù CSPK có thể được thực hiện bằng các nguồn bù khác nhau, tuy nhiên qua phân tích và v i sớ ự ứng d ng c a khoa hụ ủ ọc kỹ thuật thì việc sử ụ d ng tụ

bù tĩnh là hi u qu ệ ả hơn, vì vậy mà nó đượ ức ng d ng r ng rãi ụ ộ

Khi ti n hành bù CSPK có th phân chia thành 2 ch tiêu bù: bù theo kế ể ỉ ỹthuật tứ là nhằm nâng cao điện áp nằm trong giới hạn cho phép Và bù kinh tếc

nhằm giảm hao tổn điện năng trên đường dây từ đó sẽ đưa đến lợi ích kinh tế Tuy nhiên trong quá trình th c hi n bù, không thự ệ ể tách bạch 2 phương pháp này

mà để ỗ ợ ẫ h tr l n nhau

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤ T PH N KHÁNG Ả

Để gi i bài toả án bù CSPK trong lưới điện, hi n nay có r t nhi u ệ ấ ề phương pháp được đề ập Tuy nhiên do cách đặ c t vấn đề, mục tiêu đặt ra và các quan điểm khác nhau v các y u t ề ế ố ảnh hưởng đế ờn l i giải bài toán như ự ế: s bi n thiên theo th i gian c a ph t i, v kờ ủ ụ ả ề ết cấu hình dáng lưới điện, v ề điện áp lưới điện, v ềtính chất các loại thiết bị bù nên các phương pháp và thuật toán gi i bài toán bù ảCSPK trong lưới điện đều có d ng và hi u qu ạ ệ ả khác nhau Sau đây là m t s ộ ốphương pháp tính toán bù CSPK cho lưới phân ph i ố

II.1.1 Bù công su t phấ ản kháng để nâng cao h s ệ ố cosφ

Gi s h ả ử ộ tiêu thụ điện có hệ ố công suất là s cosϕ1, mu n nâng hố ệ ố s công

su t này lên ấ cosϕ 2 thì phải đạt dung lượng bù là bao nhiêu?

V i d ng bài toán này thì dớ ạ ung lượng bù được xác định theo công th c sau: ứ

.(tg tg ) bu

Q = P − kVAr (2.1)

Trong đó: P (kW) – Phụ ả t i tính toán của hộ tiêu th n; ụ điệ

α = 0,9 ÷ 1 - hệ ố s xét t i kh ớ ả năng nâng cao cosφb ng nhằ ững phương pháp không đòi hỏi đặt thi t b bù ế ị

H s ệ ố công suất cosφ2 thường l y b ng h s công suấ ằ ệ ố ất do cơ quan quản lý

h thệ ống điện quy định cho mỗi ạ ộ tiêu thụ ải đạt được, thường nằm trong lo i h phkho ng cos = 0,8 – 0,95 ả φ

II.1.2 Bù công suất phản kháng điều kiện tối thiểu công suất phản

kháng

II.1.2.1 Phân phối dung lượng bù trong m ng hình tia ạ

Bài toán đặt ra trong m t m ng hình tia có n nhánh, tộ ạ ổng dung lượng bù là

Qbu, hãy phân phối dung lượng bù trên các nhánh sao cho t n th t CSTD do ổ ấCSPK gây ra là nh nhỏ ất để ệ hi u qu ả bù đạ ớt l n nh t ấ

Gi s ả ử dung lượng bù được phân ph i trên các nhánh là Qố bu 1, Qbu 2, , Qbu n

Phụ ả t i phản kháng và điện tr c a các nhánh lở ủ ần lượt là Q1, Q2, , Qn và r1, r2, , rn

hình (2-1)

Hình 2.1 Phân phối dung lượng bù trong m ng hình tia ạ

T n th t công suổ ấ ất tác dụng do CSPK gây ra được tính theo bi u th c sau: ể ứ

ΔP = 1 1 2

2

( Q Q bu ) U

−

r1 + 2 2 2

2

( Q Q bu ) U

−

r2 + + 2

2

( Q n Q bun ) U

Ch n phân t ọ ử λ b ng ằ λ= 2LU2 (2.3)

Trong đó L - là h ng s s ằ ố ẽ được xác định sau

Theo phương pháp phân ử Lagrangie, điề t u kiện để Δ P có c c ti u là các ự ể

bu bu

n bun

II.1.2.2 Phân phối dung lượng bù trong m ng phân nhánh ạ

M t m ng phân nhánh hình 2-2 có th coi là do nhi u hình tia ghép l i ộ ạ ở ể ề ạ

Ví d 2: tụ ại điểm 3 chúng ta có thể coi như có hai nhánh hình tia r3 và r4, tại điểm 2 ta coi như có hai nhánh hình tia, một nhánh r2 và một nhánh nữa có điện

tr ở tương đương của ph n phía sau ầ

N u quan niế ệm như vậy chúng ta có th ểáp dụng công thức (2.8) để tính cho trường h p m ng phân nhánh ợ ạ

Dung lượng bù c a nhánh th ủ ứ n được tính theo công th c sau: ứ

II.1.3 Bù công su t phấ ản kháng theo điều kiện điều chỉ nh đi n áp ệ

II.1.3.1 Xác định dung lượng bù CSPK khi đặt thi t b bù t i 1 tr m ế ị ạ ạ

Gi thiả ết có một đường dây cung cấp điện như hình 2 3, có phụ ải tính toán - t

là Sb tại điểm b Giả thiết rằng với điện áp UA ở đường dây, điện áp Ub nhận được

ở cuối đường dây không th a mãn yêu c u c a ph t i và cỏ ầ ủ ụ ả ần thay đổi đến tr s ị ốyêu c u Uầ b(yc)

Vấn đề đặ t ta là muốn điều chỉnh Ub thành Ub(yc) thì phải đặt máy bù đồng

b hay t ộ ụ điện tĩnh có dung lượng là bao nhiêu?

Hình 2.3 Sơ đồ ạng điện dùng máy bù đồ m ng b ộ để điều chỉnh điện áp

Gi thiả ết CSPK cần ph i bù t i b là Qả ạ bù thì ph t i mụ ả ạng sẽ là:

S’b = pb+j(qb – Qbu) (2.10)

b yc

Z U +

- N u Qế bù có d u ấ (+) nghĩa là máy bù cần làm việc ở ạ tr ng thái quá kích thích

- N u Qế bù có d u (-ấ ) nghĩa là máy bù cần làm việc ở ạ tr ng thái thi u kích thích ế

N u b qua không xét t i thành ph n ế ỏ ớ ầ δU của véc tơ điện áp giáng ta có:

N u Uế A chưa biết mà ch biỉ ết có điện áp Ub ở cuối đường dây, ta s ti n hành ẽ ế

- Khi chưa có thiế ịt b bù: b b

Chú ý: Trong bi u th c tính Qể ứ bù trên, phở ải tính ở cùng mộ ấp điệt c n áp

Ví d n u Uụ ế b, Ub(yc)là điện áp thực tế bên hạ áp thì X cũng phải quy đổ ềi v bên h ạ

áp Và xét R, X là điện trở và điện kháng đẳng trị ừ t nguồn đến nơi đặt thi t bế ị

Ví d :ụ Điện áp t i thanh cái h áp b c n phạ ạ ầ ải thay đổi, để xác định công su t bù ấ

t i b ta ph i biạ ả ến đổi mạng đến đó và đưa nó về ạ d ng 1 dây n i t ố ừ A đến b (hình 2-5b)

T ng tr ng tr cổ ở đẳ ị ủa mạng cao áp là (3 đường dây song song):

Xét phương pháp xác định dung lượng bù cần đặ ạt t i hai tr m ạ

Gọi điện áp thứ ấp của hai trạm là T c b và Tc là Ub và Uc Gi thiả ết Ub và Uc

không th mãn yêu c u c a phỏa ầ ủ ụ ả t i và c n phầ ải đảm bảo điện áp trên thanh góp

th c p cứ ấ ủa các trạm đó là Ub(yc) và Uc(yc)

Hình 2.6 Mạng điện có đặt bù t ụ điệ ạn t i hai tr m bi n áp Tạ ế b và Tc

G i U’ọ b, U’c, U’b(yc) và U’c(yc)là những điện áp bên th c p (bên h ứ ấ ạ áp) đã qui

đổ ềi v bên cao áp:

U’b = Ub.k

U’c = Uc.k

U’b(yc) = Ub(yc).k

U’c(yc) = Uc(yc).k

Vậy điện áp c a tr m Tủ ạ b c n phầ ải thay đổi m t tr s là: ộ ị ố

Uob = U’b(yc) - U’b

Và điện áp c a tr m Tủ ạ c c n phầ ải thay đổi m t tr s là: ộ ị ố

Uoc = U’c(yc) - U’c

Cũng như ở các mục trước, bi t r ng s ế ằ ự thay đổi điện áp các tr m là do s ở ạ ự

là việc của các thiế ịt b bù, v y ta có th ậ ểthành lập được hai phương trình:

V i Uớ B là điện áp trên thanh góp cao áp c a tr m Tủ ạ b trước khi đặt thi t b bù ế ị

Gi i h ả ệ phương trình (2.14) và (2.15) ta s ẽ tìm được công su y Qấ bù b và Qbù c c n ầ

đặ ạt t i hai tr m Tạ b và Tc

*Đố ới v i m ng có n tr m bi n áp, ta l p h ạ ạ ế ậ ệ phương trình n ẩn (Qbù 1, Qbù 2, Qbù n)

và n phương trình

01 1 2

( , , , )( , , , )( , , , )

2) Xác định dung lượng bù của mạng điện kín

Điều chỉnh điện áp c n xét là mầ ạng điện kín (hình 2 7) thì v- ấn đề có ph c ứ

tạp hơn Giả thiết là cần phải đặt thiết bị bù Qbù d và Qbù b tại trạm T4 và Tb để điều ch nh chỉ ạy điện áp Trước h t ta ph i tìm công su t c a các thi t b bù Qế ả ấ ủ ế ị bù b

và Qbù c chạy trên các đoạn đường dây mạng kín

Ta xác định được công su t c a thi t b bù chấ ủ ế ị ạy trên các đoạn 1 và 4 theo phương pháp phân phối công su t trong mấ ạng điện kín:

Hình 2.7 Điều chỉnh điện áp trong mạng điện kín b ng t ằ ụ điện

Tính toán hoàn toàn như phần 1

( ) ( )

' '

' '

Gi i h ả ệ phương trình trên sẽ được Qbù b vàQbù d

Khi m ng có n trạ ạm đặt thi t b bù, thành lế ị ập hệ ố n phương trình, n ẩ s n sau

II.1.3.3 Xác định dung lượng nh ỏnhấ ủa máy bù đồng bột c và t ụ điện tĩnh

Xét mạng điện có sơ đồ như sau:

Dung lượng bù c n thiầ ết dùng để điề u chỉnh điện áp ph thuụ ộc vào điện áp

UA ở đầ u nguồn, điện áp Ub cuối đường dây và t n thổ ất điện áp trên đường dây t i ảđiện khi ph t i là l n nh t và nh nh t ụ ả ớ ấ ỏ ấ

giảm áp sao cho dung lượng của máy bù ần thiết để điều chỉnh điện áp là nhỏc

nh t ấ

Điện áp t i thanh cái h áp n quy v phía cao áp b ng: U’ạ ạ ề ằ b = kUb

Trong đó: Ub làđiện áp th c trên thanh góp h áp ự ạ

Trong tình tr ng ph t i cạ ụ ả ực đại và c c tiự ểu thì điện áp trên thanh góp h ạ

- Qbù là công su t cấ ủa máy bù đồng bộ lúc quá kích thích

- X1, X2 là điện kháng của mạng điệ ứn ng v i tình tr ng ph t i nh ớ ạ ụ ả ỏnhất và

-0,5Qbu = Ub1 ycX( )1 U0.1 (2.26)

Chia các vế ủ c a (2.26) và (2.25) cho nhau ta có:

-0,5= UU0.1Ub1( )ycX2

0.2Ub2( ) ycX1 Hay là:

2( ) 1 1( ) 2

Mà ta có l l i b ng: k = ạ ằ Upa

Ukt Nên d ễ dàng tính được đầu phân áp Upa = kUkt

Trong đó: Ukt Là đ ệi n áp không t i bên h ả ạ áp và thường Ukt = 1,1Uđm của

mạng Sau đó chọn đầu phân áp tiêu chuẩn gần nhất, rồi tính lại tỷ ố ến đổ s bi i

ta ph i chả ọn tỷ ố ến đổi k sao cho điệ s bi n áp t i thanh cái h áp cạ ạ ủa trạm áp phải

bằng điện áp yêu c u cầ ủa tải trong trường h p ph t i cợ ụ ả ực t ể , như vậi u y:

U0.1 = Ub1(yc) - Ub1 = Ub1(yc) - U'k b1= 0

T ừ đó ta có: k = Ub1

Ub1 yc ( ) (2.29)

Mà ta l i có k l i b ng: k= ạ ạ ằ Upa

Ukt Nên d ễ dàng tính được đầu phân áp: Upa = kUkt

Trong đó: Ukt là điện áp không t i bên h ả ạ áp và thường Ukt =1,1Un của mạng

Sau đó chọn đầu phân áp tiêu chu n g n nh t, r i tính lẩ ầ ấ ồ ại tỷ ố biến đổ s i thực

II.1.4 Bù công su t phấ ản kháng theo quan điểm kinh tế

II.1.4.1 Xác định dung lượng bù kinh t ế

1) Nguyên t ắc xác định

Lượng CSPK truy n tề ải trên đường dây và máy bi n áp càng l n thì t n th t ế ớ ổ ấCSTD càng lớn Do đó, vi c đ t tụ điệệ ặ n tại phụ ả t i làm gi m CSPK truyả ền tải trong m ng s ạ ẽ ảnh hưởng r t lấ ớn tới giá thành truyề ải điện năng n t

Trước h t ta không th ch d a trên tiêu chu n gi m b t t n thế ể ỉ ự ẩ ả ớ ổ ất điện năng

để quyết định dung lượng bù Qb

Để đả m b o ch tiêu kinh t c a mả ỉ ế ủ ạng điện, vi c quyệ ết định Qb phải dựa trên tiêu chu n phí tẩ ổn hằng năm nhỏ ất nh

Hình 2.9.Sơ đồ ạch tải điệ m n có dùng thi t b bù ế ị

G i ọ ZΣlà phí t n tính toán toàn b trong mổ ộ ột năm khi có đặ ộ ụ điệt b t n Qbù

tại trạm biến áp Giả thiết rằng công suất tụ điện bù không thay đổi trong suốt năm Phí tổn tính toán ZΣ g m 3 thành ph n: ồ ầ

- kbu là giá tr ị đầu tư một đơn vị dung lượng t ụ(kể ả c xây l pắ )(đ/kVAr)

b-Phí t ổn về ổn thấ t t đi n nă ệ ng do b ản thân tụ điệ n tiêu th ụ

Ta có: Z2= gp ∆ P Q tbu. bu. (2.31)

Trong đó:

- gp là giá tiền 1 kWh điện năng tổn thất

- ∆ Pbut n th t công suổ ấ ất tác dụng trong một đơn vị dung lượng bù, đối với tụđiện tĩnh có ể ấ th l y ∆ Pbu = 0,005 kWh/kVAr

- t là th i gian t n làm vi c, nờ ụ điệ ệ ếu đặ ụt t bù t i tr m biạ ạ ến áp khu vực thì T=8760 h/năm, còn nếu đặ ạt t i các xí nghi p khác thì T = (2500-ệ 7000)h/năm (2500h tương đương với ch làm viế độ ệc 1 ca còn 7000h tương đương chế độ làm vi c 3 ca 1 ngày) ệ

c - Chi phí v t ề ổn thấ t đi ện năng trong mạ ng đi ệ n (đường dây và tr m bi n áp) ạ ếsau khi đã đặt thi t b ế ịbù

Ta có: Z3=gp

2 2

n

Q Q U

U gần như không đổi trong những phương án bù khác nhau nên ta không đưa vào

Trong đó:

- R là điện tr cở ủa mạch điện

- t là th i gian t n th t công su t l n nh t ờ ổ ấ ấ ớ ấChi phí tính toán tổng của toàn mạng điện là:

Để xác định công su t Qấ bu ứng v i phí t n tính toán t ng c a toàn m ng là ớ ổ ổ ủ ạ

nh nh t, ta lỏ ấ ấy đạo hàm b c nh t cậ ấ ủa ZΣtheo Qbuvà ch ằo b ng không, ta có:

2 2

Trong phương pháp này, có thể áp dụng để tính dung lượng kinh t cho m t ế ộ

s ph tố ụ ải trên đường dây

- Qbu i : Công su t bù tấ ại điểm th i ứ

- Qi : Công su t ph n kháng chấ ả ạy trên đoạn th i sau khi bù ứ

- τ : Th i gian ch u t n th t công suờ ị ổ ấ ất lớn nh t (Tính trung bình cho c ấ ả

mạng) được xác định căn cứ vào Tmax tb (gi ) và ờ cosϕtb

- R i:điện tr cở ủa đoạn đường dây th i ứ

- Un :điện áp định mức của mạng

Hình 2.11 Sơ đồ tính toán dung lượng bù tại nhiều điểm

Để xác đ nh công su t t n ng v i phí t n tính toán nh nh t ta lị ấ ụ điệ ứ ớ ổ ỏ ấ ấy đạo hàm riêng b c nh t ậ ấ ZΣtheo Qbu i và cho b ng không, ta có h ằ ệ phương trình:

2

00

ZQ

Gi i h ả ệ phương trình này ta xác định được Qbu 1, Qbu 2, , Qbu n

Trị ố s Qbù i giải ra được là âm ch ng tứ ỏ việc đặt bù tại h tiêu thộ ụ đó là không hợp lý

về mặt kinh tế Nếu ta cho rằng ở h ộtiêu thụ đó không ầc n bù n a thì thay Qữ bù i đó bằng không vào hệ phương trình

bui

Z Q Σ

∂

∂ =0 và giả ạ ệi l i h phương trình

II.1.4.2 Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp và th c p c a máy bi p áp ứ ấ ủ ế

Vấn đề được đặt ra là khi đã biết dung lượng bù của một hánh nào đó, cần nxác định xem nên phân phối dung lượng bù đo về phía sơ cấp và th c p c a máy ứ ấ ủ

biến áp phân xưởng như thế nào để đạt được hiệu qu l n nh t ả ớ ấ

Chúng ta đều bi t r ng giá thành 1 kVAr t ế ằ ụ điện áp cao (6-22 kV) r hơn ẻgiá thành 1 kVAr tụ điện áp th p (220V ho c 380V), song viấ ặ ệc đặt tụ điện phía điện áp th p l i giấ ạ ảm đượ ổc t n th t công su t nhiấ ấ ều hơn so với vi c đ t t ệ ặ ụ điện phía điện áp cao Vì v y chúng ta c n ph i gi i bài toáậ ầ ả ả n tìm dung lượng bù t i ưu ốphí điện áp th p ấ

Gọi Qbu th là dung lượng bù phía điện áp th p Chênh l ch vấ ệ ốn đầu tư khi đặt

Qbu th ở phía điện áp th p so vấ ới khi đặt một dung lượng bù như vậ ở phía điệy n áp cao là:

V

∆ =(ath-ac)Qbu th (2.36)

Trong đó: ath, ac – giá thành 1 kVAr t n áp thụ điệ ấp và cao, đồng/kVAr

S ti n ti t kiố ề ế ệm được mỗi năm do đặ ụ điện ở phía điệt t n áp th p là: ấ

( ) (22 )

2

3 10

của MBA được quy đổi về phía điện áp thấp, Ω; Rtd – điệ ở tương đương của tr

mạng điện áp thấp, Ω; k ệ ố xét đến số ca làm việc trong ngày (1 ca, k = 0.3; 2 -h s

ca, k=0,55; 3 ca, k =0,75); gp – giá 1 kWh điện năng, đồng/kWh; t=8760h – s ố

gi làm viờ ệc trong năm; U điệ áp đị- n nh mức của mạng điện thấp, kV

Gọi n là thời gian thu hồi vốn đầu tư, tính bằng năm Sau thời gian đó số

tiền tiết kiệm được là nv Số ền này không bù đắp được chênh lệch vốn đầu từ ti

V mà còn lớn hơn một lượng b ng F; F chính là hi u qu kinh tằ ệ ả ế ủ c a vi c phân ệ

phối dung lượng Qbu th sang phía điện áp thấp của máy biến áp phân xưởng

2

2 2

Hiệu quả kinh tế ủa phương án là một hàm đối với Q c bu th B ng ằ cách lấy

đạo hàm chúng ta có th d ể ễ dàng tìm được Qbu th tối ưu để hàm F đạt cự ạc đ i Giá

tr Qị bu th,t.uu được xác định qua bi u th c sau: ể ứ

( )

2 3 ,

10

2.3Q

th c buth t uu

a a UQ

Thông thường vì chưa rõ sẽ đặt tụ đ ệ ở những nhánh nào của mạng điệ i n n áp

thấp cho nên người thi t k không có s ế ế ốliệu để tính Rtd

- Đố ới v i trạm ngoài phân xưởng λ = 0,8

Vậy dung lượng bù tối ưu phí điện áp th p c a máy bi n áp ấ ủ ế phân xưởng được tính theo bi u th c sau: ể ứ

B ng 1ả 1 Điện tr c a máy biở ủ ến áp được quy v phí U = 380V ề

RB,Ω 0,034 0,018 0,0088 0,0034 0,0031 0,0021 0,00106

II.1.5 Phương pháp tính toán lựa ch n công su t và v trí bù tọ ấ ị ối ưu

trong mạng điện phân ph i ố

II.1.5.1 Xác định v trí tị ối ưu của tụ bù

Hình (2-12) mô tả đường dây thực tế bao g m nhi u nhánh có phồ ề ụ ả t i tập trung và phân bối đều Dòng điện ph t i chụ ả ạy trên đường dây gây ra t n thổ ất trên mỗi pha là I 2 R Dòng điện đó gồm 2 thành phần: Thành phần cùng pha với điện áp U g i là thành ph n tác d ng và thành ph n vuông góc v i U g i là thành ọ ầ ụ ầ ớ ọphần phản kháng của dòng điện Việc bù không có ảnh hưởng gì tổn thất công

su t do thành phấ ần tác dụng của dòng điện gây ra

Khi có dòng điện c m ng chả ứ ạy trên đường dây có điện tr ph R, s gây ra ở ụ ẽ

Hình 2.12 Đường dây ph t i t p truụ ả ậ ng áp phân b u có m t b t ố đề ộ ộ ụ

D a theo s biự ự ến thiên dòng điện dọc theo đường dây, thì dòng điện tại m t ộđiểm b t k là hàm c a kho ng cách t ấ ỳ ủ ả ừ điểm đó đến đầu đường dây V y vi phân ậ

t n th t ổ ấ d P ∆ trên vi phân dx của đường dây t i khoạ ảng cách x được biểu th ị như sau:

- ∆ P là t n th t trên toàn b ổ ấ ộ đường dây trước khi bù

- I1 là dòng điện ph n kháng ả ở đầu đường dây

- I2 là dòng điện ph n kháng ả ởcuối đường dây

- R là điện tr cở ủa đường dây

- X là khoảng cách đường dây tính trong đơn v ị tương đối

1) Trường hợp sử ụng mộ ộ ụ bù d t b t

Đặt m t b t ộ ộ ụ bù vào đường dây chính, s làm nh y c p s bi n thiên liên ẽ ả ấ ự ế

tục của dòng điện ph n kháng và có tác d ng là giả ụ ảm được tổn thất như mô tảhình 2-13

Hình 2.13 Đường dây ph t i t p trung và phân b u có m t b t ụ ả ậ ố đề ộ ộ ụ

Bi u th c tính t n thể ứ ổ ất sau khi có đặt một tụ bù có th viể ết như sau:

G i ọ λ là tỷ ố ủa dòng điện phản kháng ở cuối đường dây với dòng điệ s c n

ph n kháng ả ở đầu đường dây: λ = 2

1

I