TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG MẠNG 6KV MỎ LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ XUÂN THÀNH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG MẠNG 6KV MỎ LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH Ngành: Mã số: Kỹ thuật điện 62.52.02.02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội- Năm 2015 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn Điện khí hóa, Khoa Cơ-Điện, trường Đại học Mỏ-Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa Phản biện 1: TSKH Trần Kỳ Phúc …………………………………………………………… Phản biện 2: PGS.TS Trần Bách ………………………………………………………… Phản biện 3: PGS TS Lê Tòng …………………………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi… giờ… ngày … tháng … năm 2015 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Chất lượng điện quan tâm nghiên cứu từ đầu năm 1980 Những vi phạm chất lượng điện gây hậu nghiêm trọng lưới điện xí nghiệp cơng nghiệp gây thiệt hại nặng nề cho kinh tế Quốc dân Các thiệt hại chủ yếu do: hư hại thiết bị, gây gián đoạn cung cấp điện sụt áp, dao động điện áp vượt giới hạn cho phép, gián đoạn cung cấp điện thời gian ngắn thời gian dài, sóng hài, chớp điện Ở Việt Nam năm gần đây, chất lượng điện quan tâm tầm Quốc gia (Nghị định 45, nghị định 137) [15], [16] Với tầm quan trọng việc nghiên cứu số giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới 6kV mỏ lộ thiên Quảng Ninh mang tính cấp thiết thời Mục đích nghiên cứu luận án Luận án có mục đích nghiên cứu cụ thể sau: Nghiên cứu, đánh giá trạng lưới điện trung áp 6kV theo số tiêu chất lượng điện để từ đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới 6kV mỏ lộ thiên Quảng Ninh Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu luận án * Đối tượng nghiên cứu: Mạng 6kV mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh * Phạm vi nghiên cứu: Chất lượng điện áp lưới 6kV ảnh hưởng chất lượng điện áp tới thiết bị nhạy cảm với sóng hài Nội dung nghiên cứu - Tổng quan nghiên cứu chất lượng điện Việt Nam giới; - Nghiên cứu đánh giá trạng lưới điện trung áp 6kV mỏ lộ thiên Quảng Ninh theo số tiêu chất lượng điện - Xây dựng công cụ giám sát độ lệch điện áp đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng điện áp chế độ tĩnh - Nghiên cứu số giải pháp nhằm hạn chế ảnh hưởng sóng hài tới phần tử lưới điện - Kết luận kiến nghị Phương pháp nghiên cứu - Dùng phương pháp phân tích, tổng hợp cơng cụ tin học đánh giá lưới điện trung áp 6kV mỏ lộ thiên Quảng Ninh theo số tiêu chất lượng điện - Áp dụng phương pháp cấu trúc hệ thống, mơ hình tốn học, sử dụng cơng cụ tin học để mô hệ thống, nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng điện năng.mạng 6kV mỏ lộ thiên Quảng Ninh Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học: - Xây dựng công thức hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng máy xúc điện khởi hành 6kV giúp trình đánh giá chất lượng điện áp lưới điện chế độ tĩnh phù hợp với đặc điểm công nghệ khai thác; - Xây dựng thuật toán điều khiển fuzzy áp dụng cho lọc tích cực để hạn chế ảnh hưởng sóng hài, giảm độ méo sóng hài xuống mức an tồn theo tiêu chuẩn Việt Nam giới * Ý nghĩa thực tiễn: - Luận án nghiên cứu, đánh giá tác động sóng hài dịng điện tới tụ bù công suất phản kháng trường hợp có kể tới trạm biến áp khơng kể tới trạm biến áp chính, sở để xây dựng giới hạn vùng vận hành an toàn tụ bù giúp tránh tượng phá hủy cộng hưởng song song; - Nghiên cứu thuật toán lựa chọn tự động đầu phân áp đảm bảo độ lệch điện áp chế độ cực đại, tránh áp chế độ cực tiểu phục vụ công tác vận hành hiệu trạm biến áp 35/6kV mỏ lộ thiên; 35 -Họ đường cong tránh cộng hưởng song song giúp nhà quản lý lưới lựa chọn chế độ vận hành phù hợp nhằm hạn chế tối đa tác động tiêu cực sóng hài dịng điện tới tụ bù công suất phản kháng Những kết - Thành lập công cụ đại phản ánh đặc thù lưới dùng để tính tốn giám sát độ lệch điện áp chế độ tĩnh, đề xuất giải pháp cải thiện độ lệch điện áp không cần can thiệp vào cấu trúc lưới; - Thành lập công thức thực nghiệm phản ánh ảnh hưởng máy xúc điện tới tiêu chất lượng điện áp lưới 6kV; - Xây dựng giới hạn vùng vận hành an toàn tụ bù công suất phản kháng 6kV tránh tượng phá hủy cộng hưởng song song khơng kể có kể đến ảnh hưởng máy biến áp; - Xây dựng thuật toán điều khiển fuzzy áp dụng cho lọc tích cực giảm độ méo sóng hài tới mức an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam giới Những luận điểm bảo vệ - Vùng vận hành an toàn tụ bù xây dựng vào giới hạn điện áp, dòng điện, dung lượng công suất khả phát tụ, đảm bảo tụ không bị phá hủy lưới xuất sóng hài dịng điện tránh tượng cộng hưởng song song kể tới tổng trở trạm biến áp 35/6kV; -Sử dụng công thức hiệu chỉnh l xt = (0,0301n + 0,033) ± 0,00321 để kể tới đặc điểm xúc xả tải máy xúc điện 6kV tính tốn đánh giá chất lượng điện áp chế độ tĩnh cho kết phù hợp với công nghệ khai thác mỏ lộ thiên; - Thuật toán lựa chọn đầu phân áp tối ưu cho chế độ tải cực đại tải cực tiểu phù hợp với đặc điểm lưới, cải thiện hiệu độ lệch điện áp chế độ tĩnh mà không cần can thiệp vào cấu trúc lưới; - Thuật toán điều khiển fuzzy áp dụng cho lọc tích cực có nhiều thuộc tính ưu việt, đáp ứng đầy đủ yêu cầu đặt ra, kết đạt đảm bảo tiêu chuẩn Quốc gia Quốc tế Kết cấu luận án Luận án trình bày 141 trang thuyết minh có 126 hình vẽ, 36 bảng biểu Bao gồm: 04 chương, kết luận, kiến nghị phụ lục Chương 1: Tổng quan chất lượng điện Chương 2: Khảo sát chất lượng điện lưới 6kV mỏ lộ thiên Quảng Ninh Chương 3: Nghiên cứu xây dựng cơng cụ tính tốn độ lệch điện áp đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng điện áp chế độ tĩnh Chương 4: Nghiên cứu đề xuất giải pháp nhằm hạn chế ảnh hưởng sóng hài Chương TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 1.1 Khái quát chung chất lượng điện 1.1.1Những tiêu chuẩn yêu cầu chất lượng điện • Những tiêu chất lượng điện phân thành hai nhóm chính: Những tiêu thuộc tần số tiêu thuộc điện áp Với lưới trung áp Việt Nam, Điều 15 Nghị định 137/2013/NĐ-CP [16] Chính phủ quy định Trong điều kiện bình thường, độ lệch điện áp cho phép khoảng ± 5% so với điện áp danh định lưới điện xác định vị trí đặt thiết bị đo đếm điện vị trí khác hai bên thỏa thuận Đối với lưới điện chưa ổn định sau cố, độ lệch điện áp cho phép từ +5% đến -10%;” Về sóng hài Theo IEC 61000 [72], với lưới trung áp biến dạng riêng rẽ thành phần hài không vượt 3% tổng méo sóng hài khơng vượt q 5% 47 1.1.2 Những giải pháp để đánh giá cải thiện chất lượng điện 1.2 Tình hình nghiên cứu giới chất lượng điện 1.2.1 Những nghiên cứu độ lệch điện áp độ dao động điện áp Độ lệch điện áp, độ dao động điện áp tham số phụ thuộc vào: cấu trúc lưới, thông số phần tử khâu truyền tải (đường dây, máy biến áp), phụ thuộc điện áp nguồn, đặc điểm phụ tải [63], [105], [115] Những thiết bị xem quan trọng cần ổn định điện áp đầu vào, có điện áp cải thiện cách bù song song nối tiếp 1.2.2 Những nghiên cứu sóng hài Những nghiên cứu sóng hài dịng điện tập trung chủ yếu cấp điện áp trung hạ áp tập trung vào: + Nguồn phát sinh sóng hài lưới điện; + Ảnh hưởng sóng hài tới vận hành bình thường lưới điện phần tử lưới; + Biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng sóng hài tới hệ thống điện Những tác động tới hệ thống bảo vệ rơle Đối với hệ thống rơle kỹ thuật số, tổng hợp nhóm chuyên gia Steven A.Kunsman [47] rằng: Sự biến dạng dạng sóng điện áp dòng điện lưới điện trung áp có ảnh hưởng khác tới hệ thống bảo vệ rơle Với rơle kỹ thuật số áp dụng giải pháp kỹ thuật lọc sóng hài, chúng làm việc tin cậy lưới điện có sóng hài Các rơle kỹ thuật số sử dụng phương pháp lọc số miễn nhiễm với thành phần sóng hài bậc cao Những ảnh hưởng tới máy biến áp Tác động chủ yếu sóng hài bậc cao tới máy biến áp hiệu ứng phát nóng phụ cách điện lõi thép máy biến áp sinh nhiệt lượng làm giảm tuổi thọ máy biến áp 68 Hình 1.20: Hệ số suy giảm tương ứng với độ méo sóng hài [56] a) Theo O.E Gouda [64] b) Theo Mohammad Yazdani-Asrami [94] Hình 1.18: Sơ đồ mơ tính tốn độ tăng nhiệt độ lớp dầu bề mặt máy biến áp mang tải khơng sin Những ảnh hưởng sóng hài tới tụ bù tĩnh IEEE standard 18-1992 [71] quy định nghiêm ngặt vận hành tụ bù tĩnh trạm biến áp trung gian, cụ thể: - Đối với đại lượng định mức tụ bù: + Chỉ cho phép vận hành với điện áp cực đại 1,1Uđm; + Chỉ cho phép vận hành với điện áp cực đại 1,2 U đỉnh + Chỉ cho phép vận hành với dòng điện cực đại 180% Iđm; + Công suất phản kháng tối đa phát 135% Qđm; - Đối với giới hạn thời gian: + Điện áp cực đại chịu 2,2 lần Uđm 0,1s; + Điện áp cực đại chịu 2,0 lần Uđm 0,25s; + Điện áp cực đại chịu 1,7 lần Uđm 1s; + Điện áp cực đại chịu 1,4 lần Uđm 15s; + Điện áp cực đại chịu 1,3 lần Uđm phút; + Điện áp cực đại chịu 1,25 lần Uđm 30 phút; 1.3 Tình nghiên cứu nước chất lượng điện 1.4 Tổng kết chương Từ chương có số nhận xét sau: - Các cơng trình nghiên cứu chất lượng điện chủ yếu tập trung nghiên cứu tiêu thuộc độ lệch điện áp, độ dao động điện áp dạng không sin đường cong điện áp - Một số cơng trình nghiên cứu thành lập hệ số tải để đưa vào tính tốn độ lệch điện áp - Những ảnh hưởng sóng hài tới hệ thống điện nghiên cứu đầy đủ phong phú Sóng hài dịng điện gây phát nóng giảm tuổi thọ vận hành máy biến áp Những ảnh hưởng mang tính dài hạn Thứ ba, tượng cộng hưởng có mặt tụ bù cơng suất phản kháng lưới phá hủy tức khắc thiết bị thời gian ngắn Do cần có giải pháp để hạn chế triệt tiêu ảnh hưởng Chương KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG LƯỚI 6KV CÁC MỎ LỘ THIÊN QUẢNG NINH 2.1 Tổng quan lưới điện 6kV mỏ lộ thiên Quảng Ninh - Điện tiêu thụ mỏ lộ thiên chiếm tỷ trọng mức cao - Suất tiêu hao điện mỏ năm gần có thay đổi khơng lớn, phần sản lượng mỏ ổn định - Phụ tải tiêu thụ đáng kể điện mỏ hệ thống bơm thoát nước, máy xúc điện, máy khoan - Ở mỏ sử dụng phổ biến thiết bị biến đổi điện tử công suất làm ảnh hưởng tới chất lượng điện toàn lưới điện 10 2.2 Mơ hình hóa phần tử lưới để phục vụ công tác khảo sát đánh giá chất lượng điện 2.2.1 Mô hình hóa đường dây truyền tải điện Qua so sánh đáp ứng điện áp sơ đồ mô hình 2.5 kết thu hình 2.6, 2.7 lựa chọn sơ đồ thay hình π có đáp ứng tổng trở ổn định nhanh a) Khi khơng tải b) Khi có tải Hình 2.6: Đáp ứng điện áp pha hai loại sơ đồ thay ĐDK 2.2.2 Các máy biến áp ba pha 2.2.3 Mơ hình hóa động khơng đồng 6kV 2.2.4 Mơ hình hóa động đồng 6kV: Sơ đồ mơ động cho hình 2.18 2.20 Hình 2.18: Sơ đồ mơ khối rotor stator hệ trục dq0 2.2.5 Mô biến tần khởi động mềm 2.2.5.1 Mô biến tần 11 13 Các biến tần hạ áp, bố trí lọc lấy điện gián tiếp qua máy biến áp có cuộn hạ áp đấu tam giác sinh sóng hài có phổ hài bậc 5, 7, 9, 11 a) Phổ dòng điện hài b) Phổ điện áp hài Hình 2.39: Phổ sóng hài máy biến áp biến tần hạ áp mỏ Cao Sơn -Các kết đo thực nghiệm hình 2.36 tới 2.39 vào thời điểm khác lưới (từ 9h03 tới 9h35-hình 2.39) cho thấy có vi phạm sóng hài, địi hỏi cần đánh giá đầy đủ nguy hại ảnh hưởng chúng vận hành bình thường trang bị điện quan trọng Chương NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠNG CỤ TÍNH TỐN ĐỘ LỆCH ĐIỆN ÁP VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP Ở CHẾ ĐỘ TĨNH 3.1 Khái quát chung 3.2 Nghiên cứu xây dựng cơng cụ tính tốn độ lệch điện áp 3.2.1 Ứng dụng ma trận Jacobian xây dựng công cụ tính tốn độ lệch điện áp lưới trung áp 6kV mỏ lộ thiên Phương trình dạng ma trận để tính điện áp nút hệ thống điện 6kV gồm nút phương trình (3.12) Nghiệm phương trình dạng ma trận (3.12) giải nhờ q trình lặp vịng lặp lưu đồ thuật tốn hình 3.4 Ở dạng tổng qt, cơng thức tổng qt bước thứ k+1 dùng tính biên độ điện áp góc pha nút lưới 6kV là: 12 14 δ i( k +1) = δ i( k ) + Δδ i( k ) Δ | Vi |( k ) ⎞ ( k +1) (k ) (k ) (k ) ⎛ ⎜1 + ⎟ | Vi | =| Vi | + Δ | Vi | =| Vi | ⎜ | Vi |( k ) ⎟ ⎝ ⎠ (3.15) (3.16) (3.12) 3.2.2 Ứng dụng thuật tốn biến đổi ma trận Jacobian để tính toán lựa chọn đầu phân áp trạm biến áp 35/6kV mỏ nhằm cải thiện độ lệch điện áp Sơ đồ tổng quát lưới điện 6kV từ nguồn phụ tải xa cho hình 3.3 Hình 3.3: Sơ đồ tổng qt tính tốn lựa chọn đầu phân áp lưới 6kV Để đảm bảo chất lượng điện áp, độ lệch điện áp C D (ΔVC ΔVD) chế độ tải cực đại chế độ tải cực tiểu phải thỏa mãn hệ bất phương trình (3.33): + ⎧ − ⎪δVstd ≤ ΔVC ≤ δVstd ⎨ − + ⎪δVstd ≤ ΔVD ≤ δVstd ⎩ (3.33) Thay ΔVC ΔVD (3.33) giá trị (3.32) thực biến đổi toán học tương đương, điều kiện để lựa chọn đầu phân áp 13 15 trạm biến áp 35/6kV mỏ nhằm đáp ứng chất lượng điện áp hai chế độ cực đại, cực tiểu là: − + δVstd + ΔV35 kV + ΔV6 kV − δVITT ≤ δVM S ≤ δVstd + ΔV35 kV − δV ITT Kết hợp phương trình phương trình (3.23) đến (3.26) thu lưu đồ thuật tốn tính tốn lựa chọn đầu phân áp trạm biến áp 35/6kV hình 3.4 Minh họa chi tiết thư viện cơng cụ, tính độ lệch điện áp, kết lựa chọn đầu phân áp thể hình 3.6, 3.7 Hình 3.6: Thư viện đường Hình 3.7: Kết tính tốn lựa chọn đầu dây, kết tính toán phân áp dựa vào độ lệch điện áp tính tổn ΔU khởi hành mỏ Cọc Sáu 3.3 Một số kết tính tốn 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng số phụ tải đặc thù tới độ lệch điện áp lưới 6kV Dưới tiến hành mô so sánh kết mô với kết đo thực nghiệm để phản ánh ảnh hưởng chế độ làm việc máy xúc điện tới q trình tính tốn độ lệch điện áp khởi hành 6kV 3.4.1 Đặt vấn đề 3.4.2 Nghiên cứu xác định hệ số thực nghiệm phản ánh quan hệ phụ thuộc số lượng máy xúc độ lệch điện áp lưới 6kV 1416 Gọi n số máy xúc đấu vào khởi hành, thấy hệ số suy giảm kể tới ảnh hưởng máy xúc tuyến tính hóa dạng hàm theo phương pháp bình phương cực tiểu cho biểu thức 3.35 l xt = (0,0301 × n + 0,033) ± 0,00321 (3.35) Tính giá trị: * Pi(k)calcvà Qi(k)calc theo (3.2) (3.3) * Các hiệu chỉnh ∆Pi(k) ∆Qi(k) theo biểu thức (3.10), (3.11) (3.4), (3.5) Giải phương trình (3.13) (3.14) để tính hiệu chỉnh ∆δi(k) ∆|Ui|(k)/|Ui|(k) δ i( k +1) := δ i( k ) + Δδ i( k ) ⎛ ΔU i( k ) ⎞ ⎟ | U i | ( k +1) :=| U i | ( k ) ⎜1 + ⎜ | U |(k ) ⎟ ⎝ ⎠ i Tính δM.S = k×a% N≤M 15 17 Hình 3.4: Lưu đồ thuật tốn tính tốn lựa chọn đầu phân áp tối ưu cho lưới điện 6kV mỏ lộ thiên, nhằm cải thiện chất lượng điện áp Các đại lượng kiểm chứng tính phù hợp xác tốn học phương trình 3.35 cho phụ lục 12 Hệ số hiệu chỉnh tính tốn đưa vào cơng cụ phần mềm xây dựng trên, kết chi tiết thể hình 3.17 3.18 Hình 3.18: Kết tính tốn độ lệch điện áp chưa kể (a) có kể tới hệ số lxt(b) Hình 3.10: Kết mơ P Hình 3.11: Kết mô pha máy xúc mỏ Cao Sơn P ba pha máy xúc mỏ Cọc Sáu Active power metter real-tiem measument of PCC nodes in Coc Sau 1.500.000,00 P(kW) 1.000.000,00 Pa 500.000,00 Pb 0,00 Time -500.000,00 (s) Pc -1.000.000,00 time(s) Hình 3.13: Kết đo cơng suất tác dụng ba pha mỏ Cọc Sáu 16 18 3.5 Kết luận chương - Xây dựng hồn chỉnh mơ hình tổng dẫn Ybus có tính tới đặc điểm lưới điện 6kV mỏ lộ thiên như: bỏ qua dung dẫn ngang trục, mạng gồm nút phụ tải, khơng có nút slack, nút có máy phát điện đồng làm việc kích thích coi nguồn cục Dựa mô hình tổng dẫn xác định độ lệch điện áp tổn hao điện áp thuận lợi - Từ lưu đồ thuật tốn trình bày hình 3.3 xây dựng cơng cụ tính tốn tổn hao điện áp, độ lệch điện áp cách nhanh chóng Cơng cụ xây dựng đảm bảo tính tổng qt, tính tốn thuận tiện nhờ thư viện máy biến áp đường dây sẵn có Khi cấu trúc lưới thay đổi dễ dàng thành lập sơ đồ tính tốn lưới, khắc phục hạn chế phải khai báo nhiều tham số sử dụng Matlab-Simulink - Khắc phục vi phạm độ lệch điện áp tổn hao điện áp chế độ tĩnh không cần can thiệp sâu vào cấu trúc lưới nhờ thuật tốn lựa chọn đầu phân áp (hình 3.6) chế độ cực đại chế độ cực tiểu phụ tải, đưa độ lệch điện áp cuối khởi hành giới hạn cho phép ±5% - Xác định công thức thực nghiệm (công thức 3.35) thể quan hệ phụ thuộc hệ số suy giảm với số lượng máy xúc đấu vào khởi hành Công thức thực nghiệm “nhúng” vào công cụ tính tốn xây dựng, cho phép tính xác giá trị tổn hao điện áp mạng có tham gia phụ tải đặc thù máy xúc EKG Đây điểm khác biệt công cụ xây dựng so với công cụ tính tốn độ thơng số chế độ khác 17 19 Chương NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NHẰM HẠN CHẾ ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng sóng hài tới làm việc bình thường tụ bù công suất phản kháng lưới 6kV 4.2.1 Xây dựng vùng vận hành an toàn tụ bù công suất phản kháng 6kV trạm biến áp 35/6kV Giới hạn điện áp, dòng điện, dung lượng khả phát tụ trung áp 6kV cho ∞ Vrms = Vrms rated V12 + ∑Vh2 h=2 Vrms rated = V1 Vrms rated ⎛ ∞ ⎜ ∑ Vh + ⎜ h=2 ⎜ Vrms rated ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎛V ⎞ + ∑ (h − 1)⎜ h ⎟ = ⎜V ⎟ I rms rated f rated Vrms rated h=2 ⎝ rms ⎠ 2 ∞ ⎡ V V ⎤ f Q = rms ⎢1 + ∑ (h − 1) h ⎥ Qrated f rated Vrms rated ⎣ h =2 Vrms ⎦ I rms f1 Vrms ∞ (4.6) (4.7) (4.8) Sử dụng phương trình tốn học nói kết hợp với lập trình Matlab, thu kết hình 4.7 Giới hạn ứng dụng để đưa vào lập trình Matlab kết thu họ đặc tính biểu diễn vùng vận hành an tồn tụ bù công suất phản kháng hình 4.8 Vùng vận hành an tồn xây dựng dựa nguyên lý đảm bảo có sóng hài, điện áp ngược đặt vào điện môi, nhiệt độ cực đại (thể thông qua dung lượng khả phát tụ) dịng điện rị ngược khơng vượt giới hạn chịu tụ Trong trường hợp có sóng hài, tương ứng với bậc sóng hài đặc tính giúp đảm bảo an toàn vận hành nhờ xác định điện áp, dòng điện, dung lượng khả phát so với đại lượng định mức tụ 18 16 20 Hình 4.7b: Các kết tính tốn thời gian vận hành tụ có sóng hài lưới trung áp 6kV Hình 4.8: Vùng vận hành an tồn tụ điện có sóng hài lưới trung áp 6kV mỏ lộ thiên Việt Nam 4.2.2 Xây dựng đặc tính tránh cộng hưởng song song có sóng hài lưới trung áp 6kV Khi xảy cộng hưởng song song [55] xL0 = xC, dung lượng tụ liên hệ với công suất cắt máy cắt đầu nguồn Ssc theo biểu thức: Qcap ⎛ f ⎞ = 1000⎜ ⎟ S sc ⎜f ⎟ ⎝ r⎠ (4.21) - Các đường đặc tính xây dựng hình 4.15, 4.16, 4.17 đặc điểm đặc thù phụ tải mỏ có xét tới tất khả vận hành trạm biến áp nguồn: vận hành máy biến áp, vận hành hai máy biến áp độc lập hay vận hành hai máy biến áp song song theo sơ đồ cầu kín Cơng dụng họ đường đặc tính nghiệm lại nhờ mơ lưới 6kV mỏ điển hình (mỏ Đèo Nai), kết thể hình 4.18 4.19 19 21 Hình 12 Đặc tính tránh cộng hưởng song song tụ bù công suất phản kháng tương ứng với giá trị cắt ngắn mạch khác máy cắt đầu nguồn Hình 4.16c: Giới hạn dung lượng khả phát tụ bù công suất phản kháng tương ứng với chế độ vận hành máy biến áp mỏ Đèo Nai Hình 4.18: Sơ đồ mô lưới 6kV mỏ Đèo Nai có sóng hài a) 20 22 b) Hình 4.19: Điện áp cộng hưởng đặt vào tụ đóng máy cắt (a), mở máy cắt phân đoạn (b) 4.3 Ứng dụng lọc tích cực loại trừ sóng hài lưới 6kV Sơ đồ mơ lọc tích cực dựa nguyên lý lý thuyết công suất tức thời cho hình 4.24 Các kết mơ dịng điện lọc, dạng sóng sau lọc cho hình 4.29, 4.30, 4.31 Hình 4.24: Sơ đồ mơ lọc tích cực áp dụng điều khiển mờ Hình 4.29: Dịng bù mong muốn cần tạo để dòng điện tải sin 21 23 Hình 4.30: Dịng bù hài điều khiển fuzzy tạo (đường xanh) Hình 4.31: Dịng điện trước lọc (đường xanh) sau lọc (đường đỏ) 4.4 Kết luận chương Những kết thực chương gồm có: - Căn vào kết đo thực nghiệm thông số tụ bù công suất phản kháng, tiến hành mô đánh giá ảnh hưởng sóng hài tới tụ bù cơng suất phản kháng lắp đặt 6kV trạm biến áp mỏ Họ đường cong thực nghiệm xây dựng từ mơ hình 4.8 vùng vận hành an toàn giúp xác định giới hạn cho phép tụ bù công suất phản kháng dòng điện, điện áp dung lượng khả phát - Nghiên cứu tính tốn hậu cộng hưởng song song có kể tới máy biến áp 35/6kV trạm biến áp Những tính tốn mơ xây dựng đường đặc tính xét tới tất trạng thái vận hành trạm trạng thái vận hành phần tử trạm Các quan hệ Sđm BA = f(h) (hình 4.15a, 4.15b, 4.15c); Qcap = f(h) (hình 4.16a, 4.16b, 4.16c) Qcap = f(Stt) thành lập từ liệu thực tế sóng hài trạng thái vận hành lưới điện 6kV, 22 24 hữu ích giúp người vận hành định trạng thái vận hành phù hợp máy biến áp tụ bù công suất phản kháng trạm, nhằm tránh phá hủy hay hư hại tưởng cộng hưởng song song gây Một minh chứng cho công dụng họ đường cong kiểm nghiệm qua mơ AMTP hình 4.18 4.19 - Để giảm thiểu tồn sóng hài, thuật tốn điều khiển mờ đề xuất có cấu trúc phù hợp với đặc điểm lưới trung áp Bộ điều khiển thiết kế tạo dòng hài cần bù bám sát với dịng bù hài mong muốn Từ đưa dịng điện tải từ khơng sin (THD vượt xa giá trị 5% cho phép) dạng sin chuẩn có độ méo sóng hài THD = 1,86%, đảm bảo giới hạn chất lượng điện theo tiêu chuẩn IEC IEEE6100 series KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Trong lĩnh vực khai thác chế biến khống sản, luận án cơng trình nghiên cứu Việt Nam thực đánh giá nghiên cứu đề xuất số giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới trung áp Những kết thực luận án bao gồm: - Đánh giá tổng quan trạng lưới điện 6kV mỏ lộ thiên điển hình khu vực Đơng Bắc Quảng Ninh; - Khảo sát đánh giá tổng quan chất lượng điện lưới điện 6kV khai trường mỏ lộ thiên Qua khảo sát đánh giá thấy lưới điện 6kV gặp phải số vi phạm chất lượng điện áp gồm hai tiêu chất lượng điện áp lưới 6kV là: độ lệch điện áp độ dao động điện áp mạng làm việc chế độ xác lập sóng hài dịng điện gây thiết bị điện tử công suất vận hành lưới biến tần, khởi động mềm; - Xây dựng phần mềm giám sát giúp tính tốn nhanh độ lệch điện áp tổn hao điện áp lưới điện 6kV Công cụ thành lập phù hợp với điểm đặc thù lưới điện, đảm bảo tính tổng quát, 23 25 thuận tiện cập nhật liệu máy biến áp đường dây sẵn có thư viện Phần mềm tích hợp biến đổi ma trận Jacobian giúp lựa chọn xác đầu phân áp máy biến áp trạm biến áp 35/6kV để thiện chất lượng điện áp thuật tốn hình 3.4, khắc phục vi phạm độ lệch điện áp tổn hao điện áp chế độ tĩnh mà không cần can thiệp sâu vào cấu trúc lưới, đảm bảo độ lệch điện áp nút PCC cuối khởi hành nằm giới hạn cho phép ±5%, không gây áp cục chế độ phụ tải cực tiểu; - Xây dựng thành lập công thức thực nghiệm, phản ánh ảnh hưởng số lượng máy xúc tới q trình tính tốn chất lượng điện áp lưới điện 6kV, giúp tính xác tổn hao điện áp độ lệch điện áp khởi hành 6kV có trang bị máy xúc điện Cơng thức thực nghiệm sử dụng tích hợp với công cụ phần mềm xây dựng để xác định độ lệch điện áp tổn hao điện áp vận hành mạng điện thực tế mỏ; - Xác định vùng vận hành an toàn giới hạn cho phép tụ bù công suất phản kháng dòng điện, điện áp dung lượng khả phát có tồn sóng hài lưới điện - Nghiên cứu tính tốn ảnh hưởng sóng hài dòng điện đến điều kiện cộng hưởng song song có kể tới máy biến áp 35/6kV trạm biến áp Thành lập quan hệ Sđm BA = f(h) (hình 4.16a, 4.16b, 4.16c); Qcap = f(h) (hình 4.17a, 4.17b, 4.17c) Qcap = f(Stt) (hình 4.18) vào liệu thực tế sóng hài trạng thái vận hành lưới điện 6kV, hữu ích giúp người vận hành định trạng thái vận hành phù hợp máy biến áp tụ bù công suất phản kháng trạm, nhằm tránh hư hại tưởng cộng hưởng song song gây - Nghiên cứu đề xuất thuật tốn điều khiển mờ có cấu trúc phù hợp với đặc điểm lưới trung áp, nhằm giảm thiểu ảnh hưởng sóng hài đảm bảo theo tiêu chuẩn Việt Nam Quốc tế Căn vào dòng điện 24 26 hài thực tế tải phi tuyến lưới, điều khiển thiết kế tạo dòng hài cần bù bám sát với dòng bù hài mong muốn, từ lọc dịng điện tải từ không sin (THD vượt xa giá trị 5% cho phép) dạng sin chuẩn có độ méo sóng hài THD = 1,86%, đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEC IEEE6100 series Kiến nghị - Cần xây dựng hệ thống giám sát thường xuyên số tiêu chất lượng điện áp, liệu thu từ hệ thống giám sát cần kết hợp với họ đường cong thực nghiệm xây dựng chương để đưa chế độ vận hành hiệu an tồn lưới điện 6kV - Cần có đánh giá toàn diện đầy đủ hiệu kinh tế biến tần, khởi động mềm áp dụng lưới 6kV để đề xuất giải pháp phù hợp đưa lời khuyên hữu ích việc ứng dụng kỹ thuật điện tử công suất giải pháp làm giảm độ méo sóng hài cần thiết - Chất lượng điện vấn đề khơng mới, tính thời chất lượng điện lúc mang tính thời đại Vì cần đề xuất xây dựng tiêu chuẩn chất lượng điện làm để giám sát việc kinh doanh mua bán điện phụ tải công nghiệp 27 DANH MỤC CÁC CƠNG BỐ KHOA HỌC CĨ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN Le Xuan Thanh, Utilizing Jacobian Transformation in calculating static loadflow of 6kV grid in openpitch-mine for analyzing voltage quality, International conferrence of Advanced in Mining and Tunelling, sponsored by DAAD Germany 2011 Le Xuan Thanh, Nguyen Anh Nghia, Utilize Jacobian transformation to build up an Auto-voltage tap changer selection system for transformer substations in Vietnamese coal mines, MPES2013, Springer, Freiberg, Germany 2013 Lê Xuân Thành, Nguyễn Anh Nghĩa, Nghiên cứu phân tích chất lượng điện áp lưới 6kV mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh ứng dụng ma trận điện cảm mô động cao áp, Tạp chí khoa học cơng nghệ Mỏ, số năm 2014 Lê Xuân Thành, Ảnh hưởng biến tần trực tiếp tới chất lượng điện lưới trung áp 6kV mỏ lộ thiên, Tạp chí khoa học cơng nghệ Mỏ, số năm 2014 Lê Xuân Thành, Nguyễn Anh Nghĩa, Mô đánh giá số tiêu chất lượng điện áp lưới 6kV mỏ lộ thiên, Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ-Địa chất, số năm 2014 Le Xuan Thanh, Building up the power factor correction capacitors’ safety operation region to advoid the bad effect of power harmonics on QuangNinh’s 6kV open pit mines, International conferrence of Advanced in Mining and Tunelling, 2014 Le Xuan Thanh, Forming up the operation curves for power factor correction capacitor banks that help to advoid the the parallel resonance with power harmonics on QuangNinh’s 6kV open pit mines, International conferrence of Advanced in Mining and Tunelling, 2014 Nguyen Anh Nghia, Le Xuan Thanh, Calculating experiencied modyfiyng factor utilized to analyze the effect of 6kV excavators on power quality in QuangNinh’s open pit coal mines, International conferrence of Advanced in Mining and Tunelling, 2014