NGHIÊN cứu bù CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG để GIẢM tổn THẤT CÔNG SUẤT và điện NĂNG TRÊN lưới điện

BỘ GIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO BỘ QUỐCPHÒNG HỌCVIỆNKỸ THUẬTQUÂNSỰ NGUYỄN CÔNG CƯỜNG NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN LUẬNVĂNTHẠCSĨ Chuyênngành:Kỹthuật điềukhiểnvà tự độnghóa Hà Nội - Năm 2015 BỘ GIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO BỘ QUỐCPHÒNG HỌCVIỆNKỸ THUẬTQUÂNSỰ NGUYỄN CÔNG CƯỜNG NGHIÊNCỨUBÙ CÔNGSUẤTPHẢNKHÁNG ĐỂ GIẢMTỔNTHẤTCÔNGSUẤTVÀ ĐIỆNNĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN Chuyênngành:Kỹ thuật điều khiển tự độnghóa Mã số:60520216 CÁNBỘHƯỚNGDẪNKHOAHỌC Cánbộhướngdẫnchính:GVC, TS NguyễnNgọcHòa Hà Nội - Năm 2015 CÔNGTRÌNH ĐƯỢCHOÀNTHÀNHTẠI HỌCVIỆNKỸTHUẬTQUÂNSỰ Cánbộchấmphảnbiện 1: Cánbộchấmphảnbiện 2: Luậnvănthạcsĩ đượcbảovệtại: HỘI ĐỒNGCHẤMLUẬNVĂNTHẠCSĨ HỌCVIỆNKỸTHUẬTQUÂNSỰ Ngày tháng năm 2015 CỘNGHÒAXÃ HỘICHỦNGHĨAVIỆTNAM Độclập – Tựdo – Hạnhphúc BẢNXÁCNHẬNCHỈNHSỬALUẬNVĂNTHẠCSĨ Họvà têntácgiảluậnvăn: NguyễnCôngCường Đềtàiluậnvăn: “Nghiên cứu bù côngsuấtphảnkháng đểgiảmtổnthấtcôngsuấtvà điệnnăngtrênlưới điện” Chuyênngành:Kỹthuật điềukhiểnvà tự độnghóa Mã số: 60520216 Cánbộhướngdẫn:GVC, TS NguyễnNgọcHòa Tácgiả, cánbộhướngdẫnkhoahọcvà Hội đồngchấmluậnvănxácnhậntácgiả sửachữa, bổsungluậnvăntheobiênbảnhọpHội đồngngày… ………… vớicácnộidungsau: ………………………………………………………………………………… .……………… ………………………………………………………………………………… ………………… ……………………………………………………… Ngàythángnăm 2015 Cánbộhướngdẫn GVC, TS NguyễnNgọcHòaNguyễnCôngCường Tácgiảluậnvăn CHỦTỊCHHOẶCTHƯ KÝ HỘI ĐỒNG Tôixincam đoan: Nhữngkếtquảnghiêncứu đượctrìnhbàytrongluậnvănlà hoàntoàntrungthực, củatôi, khôngviphạmbấtcứ điềugì trongluậtsởhữutrí tuệvà phápluậtViệtNam Nếusai, tôihoàntoànchịutráchnhiệmtrướcphápluật TÁCGIẢLUẬNVĂN NguyễnCôngCường MỤCLỤC Trang TÓM TẮT LUẬN VĂN + Họ tên học viên:Nguyễn Công Cường + Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Khoá: 26 + Cán hướng dẫn:GVC, TS Nguyễn Ngọc Hòa + Tên đề tài:“Nghiên cứu bù công suất phản kháng để giảm tổn thất công suất điện lưới điện ” + Tóm tắt: Luận văn nghiên cứu tổng quan bù công suất phản kháng lưới điện phân phối, bước xác định tối ưu lắp đặt tụ bù cho lưới điện phân phối Dẫn sở lý thuyết việc xác định tối ưu việc lắp đặt tụ bù tải phân bố đều, tải cố định, tải thay đổi tải phụ thuộc điện áp Khai thác ứng dụng phần mền PSS/ADEPT để tính toán phân bổ dung lượng bù (CAPO) cho xuất tuyến 477E18.3 Điện lực huyện Kỳ Anh quản lý Chế độ vận hành lưới xét hai trường hợp: Chế độ tải cực tiểu chế độ tải cực đại Ba phương án thực đặt tụ bù chế độ thiết lập để tính toán: Chỉ bù hạ áp, bù trung áp, bù hai phía hạ áp trung áp với hai loại tụ bù có dung lượng cố định có chuyển mạch DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 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 TCR : Kháng điểu chỉnh Thyritor – Thyritor Cotrolled Reactor TSC: Bộ tụ đóng mở Thyritor – Thyritor Swiched Capacitor TSR: Kháng đóng mở Thyritor - Thyritor Swiched Reactor SVC: ( Static Var Compensator ) Thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ CSPK điều chỉnh cách tăng hay giảm góc mở Thyritor HA: Hạ áp TA: Trung áp DANH MỤC HÌNH VẼ Trang : Bảng phụ tải cực tải nút 10 MỞ ĐẦU Với phát triển nhanh chóng kinh tế khoa học kỹ thuật, nguồn điện phải đáp ứng đòi hỏi công suất chất lượng điện cho hộ tiêu thụ.Vấn đề công suất phát phải đưa đến tận dụng cách hiệu nhất, không để lãng phí nhiều ảnh hưởng đến kinh tế toán nhiều đề tài nghiên cứu Tổn hao công suất vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện tính kinh tế.Để giảm nó, biện pháp hiệu bù công suất phản kháng cho lưới điện Một số hệ thống lưới điện tỉnh thành nước ta hệ thống bù công suất phản kháng chí không quan tâm đến vấn đề Do hệ số công suất cosφ có giá trị nhỏ điều ảnh hưởng lớn đến tham số kinh tế kỹ thuật mạng điện như: giảm chất lượng điện áp, tăng tổn thất công suất phát nóng dây dẫn, tăng tiết diện dây dẫn, hạn chế khả truyền tải công suất tác dụng, không sử dụng hết khả động sơ cấp, giảm chất lượng điện, tăng giá thành điện Ở số tỉnh quan tâm đến vấn đề như: Nghệ An, Hà Tĩnh, Ninh Bình…nhưng việc thực thi có hạn chế Nếu có công suất hệ thống bù công suất phản kháng bù tĩnh, thiết bị bù cấu tự động điều chỉnh mang lại hệ số công suất cosφ lớn cỡ 0,9 điều dẫn đến ảnh hưởng đáng kể vào thấp điểm có tượng dòng công suất phản kháng chạy ngược, làm tăng tổn thất áp cục bộ, điều gây hậu nghiêm trọng đến thiết bị điện Vị trí đặt thiết bị bù thường chọn cho dễ vận hành không xét đến hiệu kinh tế 10 100 3.2.4.5 Cách chạy toán tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu: Để chạy toán phân tích vị trí đặt tụ bù tối ưu ta thực 2cách sau: - Chọn Analysis>CAPO từ trình đơn - Nhấp chuột vào nút CAPO công cụ Analysis Nếu ta quyền phần CAPO nút không tồn Trong trình tối ưu hoá, thông báo viết cửa sổ “ProgressView” cho ta biết độ lớn loại dải tụ đặt nút tương ứng tổn thấthệ thống Khi trình tối ưu hóa thực xong, sơ đồ mạng điện với tụ bùcần đặt lên lưới vẽ lại với độ lớn dải tụ ký hiệu “FX” cho tụ bù cố địnhvà “SW” cho tụ bù ứng động cần đặt lên lưới Hình biểu diễn sơ đồ lưới điệnmẫu cửa sổ “Progress View” sau thực xong tối ưu hoá Hình 3.11: Cửa sổ hiển thị kết tính toán CAPO 100 101 3.2.4.6Report sau phân tích tính toán: Để có bảng báo cáo kết dạng bảng chứa tham số đầu kết phântích, chọn Report>Capacitor Placement Optimization từ trình đơn 3.3 Xác định phương án bù tối ưu tải cực tiểu Ở chế độ vận hành phụ tải tất nút lấy mức cực tiểu (30%) đưa hình 3.13 Hình 3.12: Sơ đồ lưới điện xây dựng PSS/Adept Ta sử dụng phần mềm để tính toán phân bổ tụ bù ba phương án khác nhau: bù hạ áp (HA) trạm biến áp, bù trung áp (TA) trạm biến áp, phép bù hai phía hạ áp trung áp (HA&TA) Trong ba phương án giả định nút bù cho phép đặt hai loại tụ bù cố định mức có thay đổi mức (có điều chỉnh dung lượng bù) Phương án có công suất tiết kiệm lớn lựa chọn để thực bù chế độ tải cực tiểu 101 102 Hình 3.13: Bảng phụ tải cực tiểu nút Hình 3.14: Hiển thị kết phân tích dòng công suất chế độ tải cực tiểu + Phương án 1: Chỉ cho phép đặt tụ bù hạ áp trạm biến áp 102 103 Snapshot: "Base" Solving load flow Load flow solution converged after iterations Beginning CAPO analysis Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placed 10 fixed capacitor bank(s) Placed switched capacitor bank(s) Initial system loss: 80.10 kW -0.33 kvar Final system loss: 70.39 kW -13.94 kvar Power savings: 9.71 kW 13.61 kvar CAPO analysis completed; Scroll up to view messages Updating network + Phương án 2: Chỉ cho phép đặt tụ bù trung áp trạm biến áp Snapshot: "Base" Solving load flow Load flow solution converged after iterations Beginning CAPO analysis Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 103 104 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/4 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/4 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 24/1 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/4 Placed 10 fixed capacitor bank(s) Placed switched capacitor bank(s) Initial system loss: 80.10 kW -0.33 kvar Final system loss: 71.63 kW -9.46 kvar Power savings: 8.47 kW 9.13 kvar CAPO analysis completed; Scroll up to view messages Updating network + Phương án 3: Cho phép đặt tụ bù trung áp hạ áp trạm biến áp Kết tính toán CAPO: Solving load flow Load flow solution converged after iterations Snapshot: "Base" Solving load flow Load flow solution converged after iterations Beginning CAPO analysis Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placed 10 fixed capacitor bank(s) Placed switched capacitor bank(s) Initial system loss: 104 80.10 kW -0.33 kvar 105 Final system loss: 70.39 kW -13.94 kvar Power savings: 9.71 kW 13.61 kvar CAPO analysis completed; Scroll up to view messages Updating network Kết tính toán cho thấy phương án có lượng tiết kiệm công suất tác dụng phản kháng lớn phương án Vậy lưới điện vận hành với phụ tải cực tiểu ta chọn phương án phân bổ tụ bù phương án 3.4 Xác định phương án bù tối ưu tải cực đại Nội dung thực mục tương tự mục Trước hết ta nhập công suất trạm biến áp mức tải cực đại (70%) Sau dùng phần mềm tính toán phân bổ lượng công suất bù cho ba phương án: bù hạ áp, bù trung áp cho phép bù hạ áp trung áp Ở trường hợp sử dụng tụ bù cố định tụ bù có chuyển mạch Phương án có lượng tiết kiệm công suất lớn lựa chọn để lắp đặt tụ bù Độ lớn phụ tải cực đại nút phụ tải lưới điện tổng hợp bảng 3.14 với hai thành phần công suất tác dụng phản kháng Kết phân tích dòng công suất chế độ tải cực đại lưới điện hiển thị hình 3.15 Lưu ý đưa phần nội dung bảng 3.14 hình 3.15 105 106 Hình 3.14: Bảng phụ tải cực đại nút Hình 3.15: Hiển thị kết phân tích dòng công suất chế độ tải cực tiểu 106 107 + Phương án 1: Chỉ cho phép đặt tụ bù hạ áp trạm biến áp Snapshot: "Base" Solving load flow Load flow solution converged after iterations Beginning CAPO analysis Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/6 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placed 10 fixed capacitor bank(s) Placed 10 switched capacitor bank(s) Initial system loss: 528.18 kW 610.37 kvar Final system loss: 474.30 kW 537.16 kvar Power savings: 53.87 kW 73.21 kvar CAPO analysis completed; Scroll up to view messages Updating network + Phương án 2: Chỉ cho phép đặt tụ bù trung áp trạm biến áp Snapshot: "Base" Solving load flow Load flow solution converged after iterations Beginning CAPO analysis Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 25/1 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 26/1 107 108 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 26/1 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 27/1 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/5 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/4 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/4 Placed 10 fixed capacitor bank(s) Placed 10 switched capacitor bank(s) Initial system loss: 528.18 kW 610.37 kvar Final system loss: 480.97 kW 560.44 kvar Power savings: 47.21 kW 49.93 kvar CAPO analysis completed; Scroll up to view messages Updating network + Phương án 3: Cho phép đặt tụ bù hạ áp trung áp trạm biến áp Snapshot: "Base" Solving load flow Load flow solution converged after iterations Beginning CAPO analysis Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/8 108 109 Placing 100.00 kvar fixed capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/6 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/7 Placing 100.00 kvar switched capacitor bank at node 21/8 Placed 10 fixed capacitor bank(s) Placed 10 switched capacitor bank(s) Initial system loss: 528.18 kW 610.37 kvar Final system loss: 474.30 kW 537.16 kvar Power savings: 53.87 kW 73.21 kvar CAPO analysis completed; Scroll up to view messages Updating network Kết tính toán cho thấy lời giải phương án nhau, có nút đặt tụ bù phía hạ áp Phương án cho lượng công suất tiết kiệm lớn phương án 2, cụ thể là: ∆P1 = 53,87 > ∆P2 = 47,21 kW; ∆Q1 = 73,21 > ∆Q2 = 49,93 kVAr Vậy ta chọn phương án để thực lắp đặt vận hành tụ bù chế độ tải cực đại 3.5 Kết luận chương Chương trình bày nội dung khai thác ứng dụng phần mềm PSS/ADEP để tính toán phân bổ dung lượng tụ bù (CAPO) cho đối tượng cụ thể Các số liệu nguồn, đoạn đường dây trạm biến áp tiêu thụ xuất tuyến 477E18.3 Điện lực huyện Kỳ Anh – Hà Tĩnh quản lý dùng làm liệu tính toán Chế độ vận hành lưới xét hai trường hợp: phụ tải cực tiểu phụ tải cực đại Ba phương án thực đặt tụ bù chế độ thiết 109 110 lập để tính toán: bù hạ áp, bù trung áp bù hai phía với hai loại tụ bù có dung lượng cố định có chuyển mạch Kết tính toán cho thấy với lưới điện cụ thể phương án đặt tụ bù phía hạ áp số nút phụ tải hai loại tụ bù hợp lý KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Các kết đạt luận văn là: + Tìm hiểu tổng quan bù công suất phản kháng cho lưới điện phân phối: vai trò đặc điểm lưới điện phân phối, tiêu thụ nguồn công suất phản kháng, ý nghĩa việc bù công suất phản kháng, bước xác định lắp đặt tụ bù tối ưu cho lưới điện + Nghiên cứu sở lý thuyết xác định tối ưu lắp đặt tụ bù cho trường hợp: tải phân bố đều, tải cố định, tải thay đổi lắp đặt tụ bù có xét phụ thuộc điện áp + Khai thác tính ứng dụng phần mềm PSS/ADEP để tính toán bù tối ưu cho lưới điện xuất tuyến 477E18.3 Điện lực huyện Kỳ Anh – Hà Tĩnh quản lý Việc tính toán thực cho hai chế độ: phụ tải cực đại phụ tải cực tiểu Khuyến nghị Các nội dung nghiên cứu luận văn tiếp tục hoàn thiện theo số hướng sau: + Các giải pháp đại thực bù công suất phản kháng + Tính toán bù công suất phản kháng lưới điện thông minh + Tính toán bù công suất phản kháng có xét đến đồ thị phụ tải ngày 110 111 111 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch, (2001), Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp, đô thị nhà cao tầng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê, (1998), Cung cấp điện Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Bùi Ngọc Thư, (2002), Mạng cung cấp &Phân phối điện Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá Minh, (2001) Bù công suất phản kháng lưới cung cấp phân phối điện Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tài liệu tập huấn (2007) Áp dụng PSS/ADEPT 5.0 lưới điện phân phối Đại học Điện lực, Hà Nội Tiếng Anh: Shaw Power Technologies, Inc (2004) PSS/ADEPT™ Users manual 112 113 LÝ LỊCHTRÍCHNGANG Họvà tên:NGUYỄNCÔNGCƯỜNG Ngàythángnămsinh: 25/07/1989 Nơisinh:NghiLộc - NghệAn Địachỉliênlạc:PhúcThọ - NghiLộc - NghệAn Quá trình đàotạo: + Từ 2007 – 2012: Sinhviêntạitrường ĐạiHọcSư PhạmKỹThuậtVinh Quá trìnhcôngtác: + Từ 2013 – nay: CôngtáctạitrườngTrungCấpKT – CN – TCN NghệAn 113 114 XÁCNHẬNQUYỂNLUẬNVĂN ĐỦ ĐIỆUKIỆNBẢOVỆ Họvà têntácgiảluậnvăn: NguyễnCôngCường Đềtàiluậnvăn: “Nghiêncứubù côngsuấtphảnkháng đểgiảmtổnthấtcôngsuấtvà điệnnăngtrênlưới điệnphânphối” Chuyênngành:Tự độnghóa Mã số:… Cánbộhướngdẫn:GVC, TS NguyễnNgọcHòa Đã đủ điềukiệnbảovệtrướcHội đồngchấmluậnvăn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC (Ký ghirõ họtên) CHỦNHIỆMKHOA (BỘMÔN) QUẢNLÝ CHUYÊNNGÀNH (Ký ghirõ họtên) 114 HỌCVIÊN (Ký ghirõ họtên) CÁNBỘKIỂMTRA (Ký ghirõ họtên)