Nghiên cứu bù công suất phàn kháng cho lưới chung áp và áp dụng phần mềm PSS/ADEPT đế tính toán cho lộ 479 Văn Lâm Hưng Yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGÔ QUANG ƯỚC NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI TRUNG ÁP VÀ ÁP DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH TOÁN CHO LỘ 479 VĂN LÂM HƯNG YÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ĐIỆN Mã số ngành: Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Quang Khánh Hà Nội - 2010 i MỤC LỤC LỜI CẢM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ix MỞ ĐẦU 1 2.2.2.2. Khảo sát các thành phần chi phí bù CSPK 51 Chi phí khi chưa có cơ cấu bù 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 PHỤ LỤC 126 i DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng số Tên bảng Trang Bảng 4-1 Giá thành đường dây trên không 1 mạch điện áp 110kV 82 Bảng 4-2 Giá trị biên độ xung áp và dòng 88 Bảng 4-3 Giá trị biên độ xung áp và dòng 90 Bảng 4-4 Giá trị biên độ xung áp và dòng 91 Bảng 4-5 Giá trị biên độ xung áp và dòng 92 Bảng 5-1 Các thông số kinh tế cho lặp đặt tụ bù [4] 113 Bảng 5-2 Kết quả tính toán trên lưới khi điện áp thanh cái lưới trung áp đặt 22kV 116 Bảng 5-3 Kết quả tính toán trên lưới khi điện áp thanh cái lưới trung áp đặt 23 kV (bù tự nhiên) 116 Bảng 5-4 Vị trí và dung lượng bù cố định ở lưới trung áp 117 Bảng 5-5 Vị trí và dung lượng bù đóng cắt ở lưới trung áp 118 Bảng 5-6 Vị trí và dung lượng bù cố định ở phía thanh cái hạ áp 118 Bảng 5-7 Vị trí và dung lượng bù đóng cắt ở phía thanh cái hạ áp 119 Bảng 5-8 Kết quả tính toán trên lưới sau khi bù trung áp 119 Bảng 5-9 Kết quả tính toán trên lưới sau khi bù hạ áp 120 Bảng 5-10 Kết quả lượng tổn thất công suất giảm được so với bù tụ nhiên 121 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình số Tên hình Trang Hình 1-1 Mạch điện đơn giản RL 3 Hình 1-2 Quan hệ giữa công suất P và Q 3 Hình 2-1 Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia 20 Hình 2-2 Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh 22 Hình 2-3 Sơ đồ mạng điện dùng máy bù đồng bộ để điều chỉnh điện áp 22 Hình 2-4 Sơ đồ mạng điện có phân nhánh 25 Hình 2-5 Sơ đồ mạng điện kín: a, Sơ đồ nối dây; b, Sơ đồ thay thế 26 Hình 2-6 Mạng điện có đặt bù tụ điện tại hai trạm biến áp T b và T c 26 Hình 2-7 Điều chỉnh điện áp trong mạng điện kín bằng tụ điện 28 Hình 2-8 Sơ đồ mạng điện 1 phụ tải 29 Hình 2-9 Sơ đồ mạch tải điện có đặt thiết bị tù 33 Hình 2-10 Đồ thi phụ tải phản kháng năm 35 Hình 2-11 Sơ đồ tính toán dung lượng bù tại nhiều điểm 35 Hình 2-12 Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung 39 Hình 2-13 Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có một bộ tụ 40 Hình 2-14 Các đường biểu thị độ giảm tổn thất công suất ứng với các độ bù và các vị trí trên đường dây có phụ tải phân bố đều ( λ = 0) 42 Hình 2-15 Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 2 bộ tụ 43 Hình 2-16 Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 3 bộ tụ 44 Hình 2-17 Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 4 bộ tụ 44 Hình 2-18 So sánh độ giảm tổn thất đạt được khi số tụ bù n = 1,2,3 và ∞ trên đường dây có phụ tải phân bố đều (λ = 0) 47 Hình 2-19 Sự phụ thuộc của tổn thất công suất tác dụng vào hệ số cosφ 48 Hình 2-20 Ảnh hưởng của cosϕ và T m đến ΔA trong mạng điện 49 Hình 2-21 Ảnh hưởng của cosϕ và T m đến % ΔA trong mạng điện 49 Hình 2-22 Sự phụ thuộc giữa vốn đầu tư đường dây với hệ số cosϕ và T m 50 Hình 2-23 Sự phụ thuộc giữa chi phí tính toán với hệ số cosϕ và T m 50 iii Hình 2-24 a) Sự phụ thuộc của hiệu quả bù CSPK vào CSPK đường dây b) Sự phụ thuộc của hiệu quả bù CSPK vào cấp điện áp 51 Hình 2-25 a) Sự phụ thuộc của các thành phần chi phí vào công suất bù b) Sự phụ thuộc của các thành phần chi phí vào cosϕ bù 52 Hình 2-26 Sự phụ thuộc của hiệu quả kinh tế vào công suất bù 53 Hình 2-27 Sự phụ thuộc của hiệu quả kinh tế vào hệ số công suất bù 53 Hình 2-28 Sự phụ thuộc suất lợi nhuận bù tính trên một đồng vốn đầu tư với dung lượng bù E = f(Q b ) 54 Hình 2-29 Sự phụ thuộc của suất lợi nhuận bù tính trên một đồng vốn đầu tư với hệ số công suất E = f(cosφ) 54 Hình 3-1 Tụ đấu tam giác 56 Hình 3-2 Tụ đấu sao 56 Hình 3-3 Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp cao 58 Hình 3-4 Sơ đồ đấu dây của tụ điện điện áp cao bù riêng cho động cơ 58 Hình 3-5 Sơ đồ đấu dây tụ điện điện áp thấp 59 Hình 3-6 Bù nhóm 61 Hình 3-7 Bù tập trung 62 Hình 3-8 Sự phân bố CSPK theo thời gian 62 Hình 3-9 Ví dụ về điều chỉnh dung lượng bù 63 Hình 3-10 Sơ đồ điều chỉnh tự động dung lượng bù theo điện áp 65 Hình 3-11 Sơ đồ điều chỉnh tự động dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian 66 Hình 3-12 Nguyên lý cấu tạo SVC 67 Hình 3-13 Sơ đồ giải thích nguyên lý làm việc của SVC 68 Hình 3-14 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của Thyristor 69 Hình 3-15 Sơ đồ biểu diễn đặc tính làm việc của SVC 70 Hình 3-16 Đặc tính điều chỉnh của SVC 70 Hình 3-17 Sơ đồ tính toán chế độ xác lập 71 Hình 3-18 Đặc tính của CSTD 75 Hình 3-19 Đặc tính CSPK của máy phát 75 Hình 3-20 Mô hình SVC 75 Hình 3-21 Các dạng đặc tính của SVC 76 Hình 3-22 a. Sơ đồ nguyên lý b. sơ đồ tính toán 77 iv Hình 4-1 Sơ đồ mạch tải điện 79 Hình 4-2 Phân tính các dung lượng bù 83 Hình 4-3 Lưới phân phối có phụ tải phân bố đều 86 Hình 4-4a Sơ đồ mô phỏng 88 Hình 3-4b Sóng điện áp và dòng điện trên tụ khi U C (0) = 0, t = 5ms 89 Hình 4-5a Sơ đồ mô phỏng quá độ đóng điện vào trạm tụ làm việc song song 90 Hình 4-5b Sóng điện áp và dòng điện trên tụ khi U C (0) = 0 và t = 5ms 90 Hình 4-6a Sơ đồ mô phỏng quá độ với hiện tượng phóng điện trước 91 Hình 4-6b Dạng sóng điện áp và dòng điện trên tụ khi U C (0) = 0 91 Hình 4-7a Sơ đồ mô phỏng quá độ với hiện tượng phóng điện trở lại 92 Hình 4-7b Dạng sóng điện áp và dòng điện trên tụ khi U C (0) = 0 92 Hình 4-8 Quá độ trên lưới phân phối khi đóng tụ bù [5] 93 Hình 4-9a Sóng cơ bản và sóng hài bậc ba đồng pha 94 Hình 4-9b Sóng cơ bản và sóng hài bậc ba lệch pha 94 Hình 4-10 Mạch cộng hưởng LC 101 Hình 5-1 Sơ đồ lộ 479 E28.4 105 Hình 5-2 Sơ đồ lộ 479 E28.4 trên nền PSS/ADEPT 106 Hình 5-3 Giao diện phần mềm PSS/ADEPT 5.0 108 Hình 5-4 Thư viện thiết lập 112 Hình 5-5 Thẻ thiết lập thông số đường dây 112 Hình 5-6 Thẻ thiết lập thông số MBA 112 Hình 5-7 Thẻ nhập thông số kinh tế 112 Hình 5-8 Thông số kinh tế cho bù hạ áp giờ thấp điểm 114 Hình 5-9 Thông số kinh tế cho bù trung áp giờ thấp điểm 114 Hình 5-10 Đồ thị phụ tải những ngày điển hình năm 2010 của lộ 479 E28.4 114 Hình 5-11 Thẻ phân loại phụ tải 115 Hình 5-12 Thẻ xây dụng đồ thị phụ tải 115 Hình 5-13 Cách xác định hao tổn của lộ 116 Hình 5-14 Thẻ tính toán dung lượng bù 117 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v CĐXL: Chế độ xác lập CSPK: Công suất phản kháng CSTD: Công suất tác dụng GTO: Các cửa đóng mở - Gate Turn Off HTĐ: Hệ thống điện MBA: Máy biến áp LPP: Lưới phân phối SVC: (Static Var Compensator) Thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ CSPK có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor TCR: Kháng điều chỉnh bằng thyristor – Thyristor Controlled Reactor TSC: Bộ tụ đóng mở bằng thyristor – Thyristor Switched Capacitor TSR: Kháng đóng mở bằng thyristor – Thyristor Switched Reactor vi LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, nguồn điện cũng phải đáp được những đòi hỏi về công suất và chất lượng. Vấn đề công suất phát ra phải được đưa đến và tận dụng một cách hiệu quả nhất, không để lảng phí quá nhiều ảnh hưởng đến kinh tế là một bài toán được rất nhiều đề tài nghiên cứu. Tổn hao công suất là vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện và kinh tế, để giảm nó một trong nhưng biện pháp khá hiệu quả là bù công suất phản khảng cho lưới điện. Một số các hệ thống lưới điện trên các tỉnh thành của nước ta không có hệ thống bù công suất phản kháng thậm chí còn không quan tâm đến vấn đề này. Do đó hệ số công suất cosφ có giá trị nhỏ điều này ảnh hưởng rất lớn đến các tham số kinh tế kỹ thuật của mạng điện như: Giảm chất lượng điện áp, tăng tổn thất công suất và tăng đốt nóng dây dẫn, tăng tiết diện dây dẫn, hạn chế khả năng truyền tải công suất tác dụng, không sử dụng hết khả năng của động cơ sơ cấp, giảm chất lượng điện, tăng giá thành điện năng. Ở một số tỉnh đã quan tâm đến vẫn đề này như Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Ninh Bình…. nhưng việc thực thi thì rất ít. Nếu có hệ thống bù công suất phản kháng thì chỉ là bù tĩnh, thiết bị bù không có cơ cấu tự động điều chỉnh mang lại hệ số công suất cosφ lớn cỡ trên 0,9 điều này cũng dẫn đến những ảnh hưởng đáng kể như vào giờ thấp điểm có hiện tượng dòng công suất phản kháng chạy ngược, làm tăng tổn thất và quá áp cục bộ điều này gây hậu quả nghiêm trọng đến các thiết bị điện. Vị trí đặt thiết bị bù thường được chọn sao cho dễ vận hành chứ không xét đến hiệu quả kinh tế của thiết bị, vì vậy chưa tận dụng được hiệu quả làm việc của thiết bị, dẫn đến sự lãng phí. Để khắc phục những nhược điểm đó đề tài đi nghiên cứu các phương pháp bù công suất phản kháng, để xác định dung lượng và vị trí bù tối ưu cho lưới phân phối, đồng thời luận văn cũng đi nghiên cứu phần mền PSS/ADEPT để tính toán dung lượng và vị trí bù cho một lưới điện cụ thể. 1 Với sự nổ lực của bản thân, sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn TS Trần Quang Khánh, tập thể giảng viên Bộ môn Cung Cấp Điện –Khao Cơ Điện Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội và Trường đại học Điện Lực. Luận văn đã hoàn thành gồm các chương sau: Chương 1. Tổng quan về bù công suất phản kháng trên lưới phân phối Chương 2. Tính toán dung lượng - xác định vị trí bù công suất phản kháng trên lưới phân phối và đánh giá hiệu quả bù Chương 3. Sơ đồ đấu nối tụ và phương thức điều khiển tụ bù trong lưới điện phân phối Chương 4. Ảnh hưởng của thiết bị bù đến thông số thiết kế và vận hành của lưới điện phân phối Chương 5. Tính toán bù công suất phản kháng cho lộ 479 Văn Lâm - Hưng Yên với phần mềm PSS/ADEPT Chương 6. Kết luận và kiến nghị 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. SỰ TIÊU THỤ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1.1. Khái niệm về CSPK Xét sự tiêu thụ năng lượng trong một mạch điện đơn giản có tải là điện trở và điện kháng (hình 1-1) sau: Mạch điện được cung cấp bởi điện áp u = U m . sinωt Dòng điện i lệch pha với điện áp u một góc φ: Hình 1-1. Mạch điện đơn giản RL i = I m . sin(ωt – φ) hay i = I m . (sinωt.cos φ – sinφ.cosωt) Có thể coi: i = i’ + i’’ với i’ = I m .cos φ. sinωt i’’ = I m . sinφ.cosωt = I m . sinφ.sin(ωt –π/2) Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần: i’ có biên độ I m .cos φ cùng pha với điện áp u i’’ có biên độ I m . sinφ chậm pha với điện áp một góc π/2 Công suất tương ứng với hai thành phần i’ và i’’ là: P = U.I.cosφ gọi là công suất tác dụng Q = U.I.sinφ gọi là công suất phản kháng Từ công thức trên ta có thể viết: P = U.I.cosφ = Z.I(I.cosφ) = Z.I 2 . Z R = R.I 2 (1.1) Q = U.I.sinφ = Z.I(I.sinφ) = Z.I 2 . Z X = X.I 2 (1.2) Hình 1-2. Quan hệ giữa công suất P và Q R X I U 0 U.I.sinφ U.I.cosφ S = U.I P Q 3 [...]... trong tụ bù Trong đó vốn đầu tư là thành phần chủ yếu của chi phí tổng Khi đặt tụ bù còn có nguy cơ quá áp khi phụ tải min hoặc không tải và nguy cơ xảy ra cộng hưởng và tự kích thích ở phụ tải Các nguy cơ này ảnh hưởng đến vị trí và công suất bù Giải bài toán bù CSPK là xác định: Số lượng trạm bù, vị trí đặt của chúng trên lưới phân phối, công suất bù ở mỗi trạm và chế độ làm việc của tụ bù sao cho đạt... mục tiêu đặt ra và các quan điểm khác nhau về các yếu tố ảnh hưởng đến lời giải bài toán như sự biến thiên theo thời gian của phụ tải, về kết cấu hình dáng lưới điện, về điện áp lưới điện, về tính chất các loại thiết bị bù nên các phương pháp và thuật toán giải bài toán bù CSPK trong lưới điện đều có dạng và hiệu quả khác nhau Sau đây trình bày một số phương pháp tính toán bù CSPK cho lưới phân phối... cao điện áp vận hành có nhiều phương pháp: -Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp - Nâng cao điện áp của máy phát điện - Làm giảm hao tổn điện áp bằng các thiết bị bù Phương pháp thứ hai rất ít dùng, vì ràng buộc về điện áp cực đại đối với lưới điện Từ công thức ta cũng thấy nếu giảm Q thì ∆P và ∆A sẽ giảm từ đó một trong nhưng biện pháp hiệu quả làm giảm tổn thất công suất là bù công suất phản kháng 1.4.2... hạn cho phép Và bù kinh tế nhằm giảm hao tổn điện năng trên đường dây từ đó sẽ đưa đến lợi kích kinh tế Tuy nhiên trong quá trình thực hiện bù, không thể cách bạch 2 phương pháp này mà nó hổ trợ lẫn nhau 17 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG - XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BÙ Để giải bài toán bù CSPK trong lưới điện, hiện nay đã có hàng loạt phương pháp... sao cho hàm mục tiêu theo chi phí đạt giá trị min Có hai cách đặt bù: Cách 1: Bù tập trung ở một số điểm trên trục chính trung áp Cách 2: Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp Bù theo cách 1 công suất bù có thể lớn, dễ thực hiện việc điều khiển, giá thành đơn vị bù rẻ, việc quản lý và vận hành dễ dàng Bù theo cách 2 giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng nhiều hơn vì bù sâu hơn Nhưng bù. .. bù và cách điều khiển tụ bù rồi mới lập bài toán để tìm số lượng trạm bù, vị trí đặt và công suất mỗi trạm Hàm mục tiêu của bài toán bù là tổng đại số của các yếu tố lợi ích và chi phí nói trên đã được lượng hóa về một thứ nguyên chung là tiền Các yếu tố không thể lượng hóa được và các tiêu chuẩn kỹ thuật thì được thể hiện bằng các ràng buộc và hạn chế Để giải bài toán bù cần biết rõ cấu trúc của lưới. .. LƯỢNG VÀ VỊ TRÍ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.1.1 Xác định dung lượng bù CSPK để nâng cao hệ số công suất cosφ Giả sử hộ tiêu thụ điện có hệ số công suất là cos ϕ1 , muốn nâng hệ số công suất này lên cos ϕ 2 (cos ϕ 2 > cos ϕ1 ), thì phải đặt dung lượng bù là bao nhiêu? Với dạng bài toán này thì dung lượng bù được xác định theo công thức sau: Qbu = P(tg ϕ1 - tg ϕ 2 ) α kVAr (2.1) Trong đó: P – phụ tải tính toán. .. hưởng và tụ kích thích ở phụ tải cao, để giảm nguy cơ này phải hạn chế công suất bù sao cho ở chế độ min công suất bù không lớn hơn yêu cầu của phụ tải Nếu bù nhiều hơn thì phải cắt một phần bù ở chế độ min Để có thể thực hiện hiệu quả phải có hệ thống điều khiển tự động hoặc điều khiển từ xa, việc này làm tăng thêm chi phí cho các trạm bù Như vậy trước khi lập bài toán bù, người ta thiết kế hệ thống bù. .. 1.3 Ý NGHĨA CỦA VIỆC BÙ CSPK TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI Hầu hết các thiết bị sử dụng điện đều tiêu thụ CSTD (P) và CSPK (Q) Sự tiêu thụ CSPK này sẽ được truyền tải trên lưới điện về phía nguồn cung cấp CSPK, sự truyền tải công suất này trên đường dây sẽ làm tổn hao một lượng công suất và làm cho hao tổn điện áp tăng lên đồng thời cũng làm cho lượng công suất biểu kiến (S) tăng, dẫn đến chi phí để xây dựng... của lưới điện, điện áp trên mọi nút của hệ thống phải nằm trong giới hạn cho phép nguy cơ mất ổn định điện áp đến mức thấp nhất và làm sao cho tổn thất công suất là thấp nhất Cùng cần nhấn mạnh bù kinh tế không thể tách rời hoàn toàn bù kỹ thuật Vì bù kinh tế làm giảm nhẹ bù kỹ thuật Phải kết hợp hai loại bù này hợp lý tạo thành một thể thống nhất có lợi cho hệ thống Kết luận Qua quá trình tìm hiểu, nghiên . Cấp Điện –Khao Cơ Điện Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội và Trường đại học Điện Lực. Luận văn đã hoàn thành gồm các chương sau: Chương 1. Tổng quan về bù công suất phản kháng trên lưới phân phối Chương. số công suất trong các hệ thống phân phối điện như: hệ thống phân phối điện công nghiệp, thành phố, khu đông dân cư và nông thôn. Một số các tụ bù tĩnh cũng được đặt ở các trạm truyền tải. Tụ điện. vị trí bù công suất phản kháng trên lưới phân phối và đánh giá hiệu quả bù Chương 3. Sơ đồ đấu nối tụ và phương thức điều khiển tụ bù trong lưới điện phân phối Chương 4. Ảnh hưởng của thiết