Nghiên cứu ảnh hưởng của lò hồ quang điện đến chất lượng điện năng ở các khu công nghiệp và tính toán lựa chọn thiết bị khắc phục

- Trang: - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan thuyết minh luận văn thực Các số liệu sử dụng thuyết minh, kết phân tích tính tốn hồn tồn trung thực Toàn nội dung thuyết minh luận văn chưa cơng bố Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: MỤC LỤC Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Lời nói đầu Chƣơng I: Tổng quan chất lƣợng điện lƣới điện có thiết bị lị hồ quang điện hoạt động I.1 Tổng quan chất lượng điện I.2 Các thông số chất lượng điện .7 I.21 Chất lượng điện chất lượng điện áp .7 I.2.2 Quá độ .8 I.2.3 Độ lệch điện áp thời gian dài I.2.4 Độ lệch điện áp thời gian ngắn 10 I.2.5 Mất cân điện áp 11 I.2.6 Độ méo dạng sóng 12 I.2.7 Dao động điện áp 14 I.2.8 Độ lệch tần số 14 I.3 Lưới điện có lị hồ quang hoạt động 14 I.3.1 Lò hồ quang 14 I.3.2 Ảnh hưởng lò hồ quang điện đến lưới điện 15 I.4 Hiện trạng sử dụng lị hồ quang khu cơng nghiệp Thái Nguyên 20 I.4.1 Tóm tắt chung 20 I.4.2 Hiện trạng sử dụng lò hồ quang lưới điện tỉnh Thái Nguyên 21 I.4.3 Khảo sát đặc tính lị hồ quang điện 22 I.4.4 Các ảnh hưởng đến lưới điện lò hồ quang điện hoạt động 23 Chƣơng II: Khảo sát, mô lƣới điện có lị hồ quang điện hoạt động 28 II.1 Giới thệu chương trình mơ ATM- EMTP 28 II.2 Nguyên tắc, khả modul chương trình ATP 29 II.2.1 Nguyên tắc chung 29 II.2.2 Khả ứng dụng chương trình 29 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: II.3 Các phần tử ATPDraw phục vụ nghiên cứu 33 II.4 Mơ lị hồ quang hệ thống điện 38 Chƣơng III: Lựa chọn giải pháp nâng cao chất lƣợng điện 43 III.1 Nguyên lý bù SVC 43 III.2 Tính tốn thơng số SVC hệ thống điện 61 III.2.1 Hiện trạng hệ thống cung cấp điện Công ty Diezen 61 III.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sử dụng SVC 62 III.2.3 Tính tốn thơng số SVC hệ thống điện 64 Chƣơng IV: Đánh giá hiệu sau thực biện pháp nâng cao chất lƣợng điện 82 IV.1 Đánh giá mơ hình SVC chế độ xác lập 82 IV.2 Mơ hình SVC chế độ xác lập 86 IV.3 Khả ứng dụng hiệu SVC 88 IV.4 Đánh giá mơ hình tốn bù SVC theo phân tích kinh tế 92 Kết luận 96 Hƣớng phát triển đề tài 98 Tài liệu tham khảo 99 Phụ lục Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa Chú thích CLĐN Chất lượng điện EAF Electric Arc Furnace Lò hồ quang điện EMTP Electro Magnetic Transients Chương trình nghiên cứu độ Program điện từ IEEE LHQĐ p.u Istitute of Electrical and Electronic Engineers Bộ tiêu chuẩn điện Lò hồ quang điện Per unit Đơn vị tính theo phần trăm PCC Poin of Common Coupling Điểm đấu nối công cộng SVC Static Var Compensator Bù SVC TCR Thyristor Controlled Reactor Điện kháng có điều khiển 10 THD Total Harmonic Distortion Tổng độ méo 11 V_A Đặc tính Vơn-Ampe 12 V-S Đặc tính Vơn-Giây Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: LỜI NÓI ĐẦU Vài thập năm trở lại đây, Việt Nam quốc gia thường nhắc đến tượng phát triển khu vực Đông Nam Á với tốc độ tăng trưởng liên tục mức cao giữ ổn định Sự phát triển trở nên mạnh mẽ nước ta nhập Tổ chức Kinh tế giới WTO thúc đẩy ngành kinh tế, văn hố, giáo dục nói chung ngành cơng nghiệp nói riêng phát triển Đặc biệt, nhu cầu điện phục vụ cho đất nước phát triển nhanh, yêu cầu đặt cho ngành điện lực đáp ứng đủ nhu cầu điện cho khách hàng mà đảm bảo chất lượng điện theo tiêu chuẩn hành Bên cạnh việc nghiên cứu tính toán phương án cấp điện tối ưu, giảm suất cố lưới điện để cung cấp điện cho khách hàng liên tục, ổn định cơng tác nghiên cứu, tìm tịi giải pháp nâng cao chất lượng điện tác động t phụ tải có tính chất điển hình ảnh hưởng đến tiêu chất lượng điện nhiệm vụ quan trọng Trên sở thực tế với đề tài: ”Nghiên cứu ảnh hưởng lò hồ quang điện đến chất lượng điện khu cơng nghiệp tính tốn lựa chọn thiết bị khắc phục” đề cập đến tiêu chuẩn chất lượng điện ảnh hưởng từ lị hồ quang điện đến thơng số lưới điện Tác giả xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn thầy giáo T.S Trần Văn Tớp Bộ môn hệ thống điện-Trường ĐHBK Hà Nội tận tình hướng dẫn suốt thời gian qua Xin trân trọng cảm ơn Thầy, Cô Bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Các thầy cô Khoa Điện-Trường Đại học Công Ngiệp Thái Nguyên gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Vì thời gian nghiên cứu có hạn, lĩnh vực nghiên cứu mẻ nên thuyết minh khơng tránh khỏi thiếu sót, nên mong Thầy, Cơ bạn góp ý để nội dung đề tài hoàn thiện Thái Nguyên, ngày 01 tháng 05 năm 2008 Tác giả Hà Trung Hƣng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: Chƣơng I TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ LƢỚI ĐIỆN CÓ LÕ HỒ QUANG ĐIỆN HOẠT ĐỘNG I.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG Mấy thập niên trở lại đây, thuật ngữ “chất lượng điện năng” nhà hoạch định sách lượng, cơng ty điện lực khách hàng sử dụng điện quan tâm hàng đầu đặt vấn đề liên quan đến sản xuất, truyền tải, phân phối điện sử dụng điện Thuật ngữ “Chất lượng điện năng” nhắc đến nghiên cứu U.S Navy xuất năm 1968 Cuốn sách đưa nhìn tổng quan chất lượng điện năng, cách sử dụng thiết bị giám sát tượng sản xuất truyền tải điện Sau vài nhà xuất khác xuất tiếp tục sử dụng định nghĩa chất lượng điện mối tương quan tượng với truyền tải hệ thống điện Các định nghĩa chất lượng điện giải thích theo nhiều cách khó cho định nghĩa đầu định nghĩa Các nguyên nhân cho ngày sử dụng định nghĩa chất lượng điện rộng rãi với lý sau: Nhu cầu sử dụng liên tục tăng cao, quan hệ cung cầu ngày trở nên gay gắt đồng thời khách hàng sử dụng điện đòi hỏi ngày cao số lượng chất lượng điện Sự phát triển thiết bị kèm theo công nghệ tiên tiến đưa vào sử dụng bù cos cho động cơ, hệ thống biến đổi điện từ chiều thành xoay chiều ngược lại, hệ thống sử dụng công nghệ biến tần để nâng hiệu suất thiết bị sử dụng điện phát sinh nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng điện Công nghệ bán dẫn phát triển mạnh làm thay đổi tính chất phụ tải truyền thống Các thiết bị điện điện tử bị ảnh hưởng cân điện áp nhiều so với trước Quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối điện kết hợp với nhiều nguồn phát điện đóng đồng vào lưới địi hỏi cơng ty điện lực phải nâng cao chất lượng điện đồng ngng có tiêu chuẩn chất lượng điện tiết kiệm chi phí vận hành, giảm cố để cấp điện liên tục thiết kế hệ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: thống với độ tin cậy cung cấp điện với giá thành tới hạn nhiệm vụ kỹ thuật yêu cầu ngành công nghiệp Chất lượng điện có khả đo lường Nhờ vào phát triển thiết bị đo lường số thiết bị đo tham số chất lượng điện thể dạng sóng làm tăng quan tâm đến chất lượng điện Với nước có công nghiệp lượng phát triển giới (Mỹ , Nhật, Anh, khối Liên xơ cũ ) tiêu chuẩn chất lượng điện ban h ành sớm Đối với nước ta chất lượng điện điện bắt đầu trọng yêu cầu nguồn với hệ thống cung cấp điện ngày tăng yêu cầu vận hành thiết bị điện nhập vào nước ta phải tuân thủ theo tiêu chuẩn chất lượng điện lưu hành giới tiêu chuẩn IEE519 -1992 quy định sóng hài Số lượng tạp chí sử dụng Hình 1.1: Thống kê tần suất sử dụng định nghĩa chất lượng điện từ sở liệu INSPEC từ năm 1968 đến 2004 I.2 CÁC THÔNG SỐ VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG I.2.1 Chất lƣợng điện năng- Chất lƣợng điện áp Chất lượng điện hầu hết trường hợp chất lượng điện áp mặt kỹ thuật, cơng suất định mức lượng cung cấp tích số dịng điện điện áp Thơng thường, hệ thống cung cấp cơng suất điều chỉnh chất lượng điện áp cung cấp cho tải tiêu chuẩn nâng cao chất lượng điện chủ yếu giành cho điều chỉnh điện áp giới hạn cho phép Hệ thống điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: xoay chiều thiết kế cho điện áp hình sin có tần số 50Hz 60Hz Do vậy, độ lệch biên độ, dạng sóng hay tần số điện áp ảnh hưởng đến chất lượng điện Khi tính tốn thiết kế hệ thống điện, người ta thường tính tốn máy phát điện làm việc chế độ xác lập hình sin dịng điện qua tải với nhiều thành phần tải điện trở, tải điện kháng, tải phi tuyến nhiều nguyên nhân khác làm thay đổi dạng sóng dịng điện Một ngun nhân khác q trình đóng cắt tải, tụ bù, sóng sét làm biến dạng sóng sin dịng điện Với lý đồng thời với hỗ trợ thiết bị ngày xác để đo thông số chất lượng điện năng, người ta đưa khái niêm, thuật ngữ để để đánh giá chất lượng điện sau: I.2.2 Quá độ (Transient) Quá độ thuật ngữ thường xuyên sử dụng tốn phân tích hệ thống điện Đó chuyển tiếp từ trạng thái ổn định điện sang trạng thái ổn định khác Trong vấn đề chất lượng điện định nghĩa dùng miêu tả trạng t hái bất bình thường xảy hệ thống điện độ xung qua độ dao động Quá độ xung ( Impulsive Transient) Quá độ xung thường thay đổi đột ngột tần số điện áp áp hay dòng điện theo hai hướng cực(hoặc cực âm cực dương) Hình 1.2: Quá độ xung sét Đặc trưng độ xung độ dốc xung và thời gian tắt, ví dụ điện áp hệ thống điện đột ngột tăng cao từ vài chục vơn đến hàng nghìn vơn thời gian vài mili giây sau giảm dần biên độ tắt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: Nguyên nhân thường sét trực tiếp tác động hệ thống điện giảm biên độ dọc theo đường dây Quá độ xung thường kích thích tần số hệ thống điện gây độ dao động Quá độ dao động (Oscillatory Transient) Quá độ dao động thường xảy thay đổi đột ngột tần số điện áp, tần số dòng điện hai theo hai cực dương âm nguồn điện Khi độ dao động xảy ra, điên áp dòng điện có giá trị tức thời theo cực xảy nhanh Hình 1.3: Xung dịng q độ dao động đóng cắt giàn tụ - Quá độ tần số cao: Q độ mà dao động có thành phần cao 500kHz coi độ tần số cao Các độ thường kết đáp ứng hệ thống cục với xung độ - Quá độ tần trung bình: Quá độ mà thành phần tần số 5kHz 500kHz định nghĩa độ tần số trung bình Các độ thường kết đáp ứng hệ thống với xung độ - Quá độ tần thấp: Quá độ mà thành phần tần số nhỏ 5kHz đến 500kHz thường gặp truyền tải phân phối gây nhiều ngun nhân - Ngồi cịn độ dao động nhỏ tần số 300kHz tượng cộng hưởng sắt từ, dàn tụ mắc nối tiếp vv sinh I.2.3 Độ lệch điện áp thời gian dài (Long-duration Vontage Varitions) Độ lệch điện áp thời gian dài thấp điện áp điện áp Các tượng thường nhiều nguyên nhân gây cố lưới điện tăng giảm tải hệ thống, đơi người ta cịn thấy phục hồi cố hệ thống điện Độ lệch điện áp thời gian dài thường chia dạngsau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 10 - Hình 1.4:Độ lệch điện áp thời gian dài Quá điện áp (Over Voltage) Điện áp điểm khảo sát đột ngột tăng 110% điên áp định mức thời gian lớn phút Quá điện áp thường đóng tụ lớn vào hệ thống hay sa thải phụ tải lớn khỏi hệ thống làm cho điện áp hệ thống dâng lên điện áp định mức -Thấp điện áp (Under Voltage) Điện áp điểm khảo sát đột ngột giảm nhỏ 90% điên áp định mức tần số công nghiệp thời gian lớn phút Các nguyên nhân dẫn đến tượng ngược với nguyên nhân gây nên điện áp Gián đoạn trì (Sustained Interruptions) Điện áp giảm giá trị không thời gian lớn phút Nguyên nhân thường cố hệ thống lưới điện theờng phục hồi lại tình trạng lưới điện I.2.4 Độ lệch điện áp thời gian ngắn ( Sort – duration Voltage Variations) Độ lệch điện áp thời gian ngắn tình trạng khởi động phụ tải lớn, yêu cầu cung cấp dịng điện lớn từ hệ thống hay đơi tình trạng hệ thống bị cố ví dụ: ngắn mạch thống qua Đặc trưng độ lệch điện áp dạng sau: Mất điện áp (Interruptions) Hiện tượng coi điện áp dòng tải nguồn cung cấp giảm thấp 10% giá trị định mức thời gian không phút Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 85 - P P0 P P0 U - P P0 A0 A0 A1 U U0 U A1 U U U A2 U U U0 U U U U 02 U U0 U U U0 U U U AP, Q U 02 (4.5) Ta có đặc tính P theo P0, Q0 U U, hình 4.2 Tương tự ta có đường đặc tính Q Hình 4.2 U U U0 U U U Hình 4.2 Đặc tính cơng suất theo điện áp đặc tính chuẩn phụ tải phản kháng nút có MBA điều áp tải Với U0 điện áp đặt (điện áp cần giữ cho trạm phía hạ áp, qui phía cao áp); U phạm vi điều chỉnh đầu phân áp b Xét nguồn cơng suất phản kháng có điều chỉnh Trong hệ thống điện nguồn cơng suất phản kháng có điều chỉnh thường máy phát giữ nguyên điện áp Mỗi máy phát có đường đặc tính cơng suất phản kháng theo điện áp (Hình 4.3) Trong phạm vi công suất phản kháng U = const Qmax dao động từ Qmin đến Qmax , máy phát có khả U0 U giữ điện áp nút nơi đặt máy phát Q không đổi Với Qmin Máy phát Hình 4.3 Qmax điểm giới hạn điều chỉnh cơng suất phản kháng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 86 IV Mơ hình SVC Đường đặc tính SVC Q cấu tạo từ đường đặc tính chuẩn đường đặc Qtmax DU tính tĩnh phụ tải đường đặc Qtmin tính máy phát giữ nguyên điện áp DU (hình 4-4) U 01 Dựa vào phần tử U0 U02 U - Q Fmin (tải nguồn) nêu trên, tiến hành phân tích - Q Fmax đường đặc tính SVC phần sau: Hình 4-4 : Đặc tính máy phát - Hình 4.5a đường đặc tính SVC kháng, nhận cơng suất phản kháng - Hình 4.5b đường đặc tính SVC có kết hợp thêm thành phần tụ tĩnh SVC loại thay đổi công suất phản kháng từ phát đến nhận - Máy phát tương đương cần giữ điện áp không đổi U phạm vi Qkmin , Qkmax tính tốn Để có đường đặc tính tổng hợp phản ảnh hoạt động SVC, thông số đường cong cần xác định theo giá trị tới hạn kháng điện Cụ thể trường hợp đường cong 4.5a 4.5b : Đối với nguồn phát cơng suất phản kháng (đường hình 4.4) : U0 điện áp đặt SVC Q F max U 02 X k Q k max Q F U 02 X k max Q k (4.6) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 87 - Q Q U - Q U Q Qtmin Qtmax U U Q Q U Qtmax Qtmin U Q Q QFmin QFmin U QFmax QFmax Hình 4.5b Hình 4.5a - Đối với đường đặc tính tĩnh phụ tải phản kháng (đường hình 4.4): A0 = A1 = 0, A2 = B0 = B1 = 0, B2 = Qtmax = Qkmax , Qtmin = Qkmin U1 = U0 - U1, U2 = U02 - U0 Trong đó: Các trị số U01 U02 lựa chọn tuỳ ý cho phạm vi làm việc đặc tính phù hợp với SVC đủ rộng (hình 4.4) U trị số điện áp cần giữ (cho trước) Như sơ đồ thay tương đương SVC có dạng hình 4.6 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 88 - U U B B U0 U0 (a) (b) BU SVC Q1 Hình 4.6 Q2 QF a) sơ đồ ngun lý; b) sơ đồ tính tốn IV Khả ứng dụng hiệu SVC IV.3.1 Kháng bù ngang có điều khiển thƣờng đƣợc dùng - Tại vị trí đường dây siêu cao áp cách xa nguồn điều chỉnh (máy phát, máy bù ) - Tại trung tâm phụ tải lớn, biến động công suất tác dụng công suất phản kháng liên tục thường xuyên lò hồ quang điện khu công nghiệp luyện thép - Tại đầu hai phía đường dây dài nối hệ thống có luồng cơng suất dao động lớn Các SVC thường làm nhiệm vụ ổn định công suất tình cố Tụ bù dọc có điều khiển thường sử dụng mục đích bù thơng số đường dây tải điện xa (công suất nhỏ), hoạt động điều chỉnh chủ yếu chế độ cố, nhằm nâng cao tính ổn định động hệ thống, giảm dao động công suất IV.3.2 Nguyên lý đấu dây SVC (kiểu TCR + FC) đƣ ợc áp dụng cho Công ty Diezen Sông Công Khi sử dụng hệ thống SVC kết thu sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 89 - P,U(%) Khi lịcó SVC hoạt động dP 100 Khi lị khơng có SVC 100 50 150 I(%) Hình 4-7: Thay đổi cơng suất lị sử dụng SVC Khả thu hồi vốn khẳng định được, chương trình ta xét vấn đề thu hồi vốn khách hành sử dụng điện đơn vị phải đầu tư thiết bị nâng cao chất lượng điên IV.4 Đánh giá mơ hình tốn bù SVC theo phân tích kinh tế: Xét lưới điện phân phối gồm n +1 nút đánh số 0, 1, 2,…, n Các nút có phụ tải P i+jQi đặt bù công suất phản kháng Q Bi Các nguồn phát công suất phản kháng đặt nút phụ tải tụ điện tĩnh không điều khiển có thang cơng suất rời rạc Giả sử nút lưới điện có đặt tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng, công suất đặt bù nút Q Bi ; i=1 N Khi tổn thất cơng suất tồn lưới là: n P Pi Qi QBj j Ji i 10 U Ri (4.7) Ji: theo chiều công suất tác dụng, tập nút j nằm sau nút i xét Biểu thức chứng tỏ sau đặt tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng nút phụ tải tổn thất cơng suất lưới điện giảm, chi phí cho tổn thất cơng suất giảm Nhưng thay vào cần đầu tư cho xây dựng trạm bù, giá tiền mua tụ điện tĩnh, chi phí cho tổn thất cơng suất tụ điện tĩnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 90 Vấn đề đặt cần so sánh hai chi phí: trước bù sau bù để tìm phương án tối ưu với tổng chi phí mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Để tìm lời giải tối ưu trước hết phải xây dựng hàm mục tiêu toán Hàm mục tiêu hàm tổng chi phí tính tốn, trình bày phần sau Giải tốn bù kinh tế cơng suất phản kháng tức tìm lời giải để hàm tổng chi phí tính tốn cực tiểu với ràng buộc mặt kỹ thuật Sau thành lập mơ hình tốn bù cơng suất phản kháng lưới điện phân phối gồm hàm mục tiêu ràng buộc IV.4.1 Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu hàm tổng chi phí tính tốn bao gồm chi phí tổn thất điện đường dây, chi phí tổn thất tụ bù chi phí lắp đăt thiết bị bù Cụ thể: Z Z1 Z2 Z3 Min (4.8) Trong : Z – Tổng chi phí tính tốn quy năm(đồng); Z1 – Vốn đầu tư quy đổi năm cho thiết bị bù; Z2– Chi phí tổn thất điện thiết bị bù; Z3– Chi phí tổn thất điện đường dây - Vốn đầu tư quy đổi năm thiết bị bù: N Z1 vh tc K0 K B i QB i (4.9) i Trong đó: KBi - vốn đầu tư cho đơn vị công suất thiết bị bù nút i, (đồng/kVAr) K0 – Chi phí cố định lắp đặt thiết bị bù (đồng) QBi- dung lượng thiết bị bù nút i, kVAr; vh - hệ số chi phí vận hành hàng năm; tc - hệ số khấu hao; - Chi phí tổn thất điện thiết bị bù: N Z2 P0 B QBi (4.10) i Trong đó: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 91 p0 – tổn hao công suất tác dụng cho đơn vị dung lượng bù,kW/kVAr; B - thời gian tổn thất công suất cực đại thiết bị bù, giờ/năm; (có thể lấy thời gian làm việc thiết bị bù) - giá thành điện năng, đ/kWh - Chi phí tổn thất điện đường dây: Z3 N Ri Qnhi 3.10 U i (4.11) Trong đó: - thời gian tổn thất công suất cực đại lưới, giờ/năm; ( cần lưu ý B ) Ri - điện trở dây dẫn nhánh i, ; U - điện áp định mức lưới, kV; Qnhi- công suất phản kháng tải nhánh i có bù cơng suất phản kháng nút Công suất phản kháng nhánh xét đến công suất bù nút tính tương tự tính dịng nhánh, cụ thể : Q nh A Q QB (4.12) Trong : Qnh - ma trân cột công suất phản kháng truyền nhánh; A = Z C - ma trận hệ số, ma trận vuông NxN; Q - Q B - ma trận cột hiệu công suất phản kháng phụ tải công suất bù Hay viết dạng đại số: N Qnhi Aij Q j QBj (4.13) j Trong đó: Qjnh - công suất phản kháng truyền tải nhánh j; Aij - phần tử ma trận A (Nếu nút i khơng nối với nút j Aij = 0); Qj - công suất phản kháng phụ tải nút j; QBi - cơng suất bù nút i Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 92 Ghi chú: Z3 tính đầy đủ phải có thành phần tổn thất cơng suất công suất tác dụng P gây ra, tốn xét Min hàm chi phí tính toấn bổ phần tổn thất khơng ảnh hưởng chúng số không phụ thuộc vào Q B Từ (2.3), (2.4) (2.5) ta thấy trị số Z 1, Z2, Z3 phụ thuộc vào trị số QBi Như yêu cầu toán xác định giá trị công suất phản kháng thiết bị bù (QBi) đặt nút lưới điện cho tổng chi phí tính tốn Z nhỏ IV.4.2 Các ràng buộc - Tổng công suất bù nút khơng vượt q giá trị bù tổng tồn lưới: N QBi QB (4.14 ) i - Công suất bù nút không vượt khỏi phạm vi cho phép: QBiMin QBi QBiMax ; i N (4.15) - Bù để cho hệ số công suất Cos nút phía cao áp nằm phạm vi cho phép: Cos Trong : Min Cos Cos Cos i Max ;i n (4.16) Pi i Pi Qi QBi (4.17) IV.5 Lựa chọn phƣơng án đầu tƣ : Điện Công ty Diezen- Sông Công sử dụng qua lộ cấp điện 6kV Các lộ 674, 676 nối song song từ Trạm biến áp 110kV Công ty chiều dài cáp 1km cung cấp cho phụ tải bình thường lị tluyện thép trung tần công suất nhỏ Các lộ 673, 675 nối song song từ Trạm biến áp 110kV Công ty chiều dài cáp 1km cung cấp cho phụ tải luyện thép sử dụng lò hồ quang điện thiết bị phụ trợ cho lò hồ quang điện Do phụ tải hồ quang điện gây dao động điện áp méo dạng sóng điện áp nên tạm thời Điện lực Thái Nguyên cấp điện riêng cho cơng ty Diezen Sơng Cơng để sử dụng lị hồ quang từ máy biến áp T1-25MVA -115/23/6,6kV lộ 677 khơng có phụ tải cơng nghiệp Các phụ tải cịn cơng ty phụ tải khác ngồi Công ty Diezen cấp từ máy 10,5MVA -38,5/6,3kV nối từ máy T2-63MVA -115/38,5/23kV Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 93 Như vậy, Máy T1-25MVA gần cấp riêng cho lò hồ quang điện gây dao động điện áp méo dạng sóng điện áp Trong trường hợp máy biến áp T2-63MVA tải cố, máy 10,5MVA q tải Cơng ty Diezen buộc phải ngừng sản xuất 2lị hồ quang với tổng cơng suất 8MVA Có nghĩa tồn hoạt động lò hồ quang điện + lò tinh luyện ngừng sản xuất Tổng số công nhân dây chuyền sản xuất luyên thép gồm 130 công nhân Lựa chọn phương án để tiếp tục hoạt động lò hồ quang điện lộ 673 675 trạm 110kV Gò Đầm trường hợp, Công ty Diezen –Sông Công phải lựa chọn giải pháp sau Phƣơng án : Công ty Diezen-Sông Công đầu tư trạm biến áp trung gian khu vực công ty : Pđm = 2máy x =12MVA Uđm=22/6kV (Điểm đấu nối từ 22kV máy T1-25MVA T2- 63MVA) Tổng số tiền đầu tư cho dự án xây dựng trạm biến áp : Ztrung_gian = 6.10 đồng ( tỷ đồng) Phƣơng án : Công ty Diezen-Sông Công đầu tư thêm hệ thống SVC : Số tiền đầu tư cho trạm SVC : Zsvc =2,3.10 đồng (2,3 tỷ đồng) Hiệu kinh tế a - Chênh lệch giá trị đầu tư phương án phương án Z đt = Ztrung_gian - Z svc = tỷ đồng - 2,3 tỷ đồng = 3,7 tỷ đồng Nếu công ty đầu tư cho hệ thống SVC cần đầu tư 2,3 tỷ đồng b - Hiệu đầu tư hệ thống SVC Khi công ty đầu tư hệ thống SVC tồn phụ tải liên quan đến dây chuyền luyện thép lò hồ quang điện ngừng hoạt động Mặt khác, giải cơng ăn việc làm cho 130 cơng nhân có ý nghĩa vô lớn mặt xã hội Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 94 phần lớn công nhân có tay nghề bậc cao, có nhiều kinh nghiệm nấu luyện thép, giữ vững ổn định sản xuất hiệu kinh tế vơ lớn so với chi phí đầu tư lắp đặt hệ thống SVC Mặt khác, vào khối lượng sản phẩm thép thỏi có từ q trình nấu luyện lò hồ quang sản lượng điện tiêu thu năm 2007 công ty Diezen Sông công cho ta thấy: Bảng 4-1: Điện tiêu thụ Công ty Diezen Sông Công năm 2007 STT Danh mục Đơn vị tính Năm 2007 A SẢN PHẨM 1: Thép thỏi Số lượng sản phẩm Sản lượng điện Suất tiêu hao ĐN/ĐVSP Tấn 8.088 KWh 9.554.246 KWh 1.181,28 B SẢN PHẨM 2: Cơ khí Số lượng sản phẩm Sản lượng điện suất tiêu hao ĐN/ĐVSP Tổng sản lƣợng điện: Tỷ đồng 65,50 KWh 8.348.630 KWh 127.460 17.902.876 KWh Sản lượng điện sử dụng cho luyện thép (mặt hàng thép thỏi) 9.554.246kWh Chiếm 53,36% tổng sản lượng điện cho tồn cơng ty Thực tế cho thấy đơn vị đưa hệ thống SVC (Công ty Gang thép Thái Nguyên) vào vận hành lượng điện tiết kiệm tới 4% tổng sản lượng điện Đối chiếu với kế hoạch sản xuất nhu cầu tiêu thụ điện công ty Diezen Sơng Cơng năm 2008, bảng (4-2) ta có: Điện sử dụng cho luyện thép với mặt hàng thép thỏi mặt hàng khí tương đương Để đạt kế hoạch năm 2008 cần tiêu thụ 13.375.633 kWh chiếm 49% nhu cầu tổng sản sản lượng điện tồn Cơng ty Điezen Sơng Cơng 2008 Từ phân tích số liệu trên, cho ta thấy hệ thống SVC lắp đặt Công ty Diezen Sông Công, tiết kiệm số lượng điện tương đối lớn, mẻ nấu luyện thép không đạt chất lượng giảm, thời gian nấu mẻ thép ổn định giảm hơ chưa vận hành hệ thống SVC Bảng 4-2: Kế hoạch điện Cơng ty Diezen Sơng Cơng năm 2008 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 95 STT Danh mục Đơn vị tính Năm 2008 A SẢN PHẨM 1: Thép thỏi Số lượng sản phẩm Sản lượng điện Suất tiêu hao ĐN/ĐVSP Tấn 11.323 KWh 13.375.633 KWh 1.181,28 B SẢN PHẨM 2: Cơ khí Số lượng sản phẩm Sản lượng điện suất tiêu hao ĐN/ĐVSP Tổng sản lƣợng điện: Tỷ đồng 109 KWh 13.893.140 KWh 127.460 27.268.773 KWh Kết luận: Qua phân tích, tính tốn đánh giá hiệu kinh tế đưa hệ thống SVC vào hoạt động hệ thống điện Công ty Diezen Sông Công đem lại hiệu to lớn mặt kỹ thuật ổn định dao động công suất tác dụng công suất phản kháng lưới điện, giảm độ méo điện áp dao động điện áp 6kV cơng ty nói riêng tồn hệ thống điện khu vực Thị xã Sông Công cấp điện qua trạm trung gian 110 kV Gị Đầm nói chung Việc nghiên cứu, đầu tư hệ thống SVC thời gian sớm mang lại hiệu lớn tiết kiệm lượng điện tương đối lớn với phương thức vận hành cấp điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 96 KẾT LUẬN Trong luận văn bước đầu tim hiểu xem xét vấn đề liên quan đến chất lượng điện Đã nêu lên thuật ngữ có liên quan đến chất lượng điện vấn đề vấn đề sụt giảm điện áp, điện áp, vấn đề sóng hài biện pháp nâng cao chất lượng điện Sự sụt giảm điện áp, điện áp điên áp có nguyê n nhân từ cố loại trừ cố Các nguyên nhân nàg tăng nhu cầu phát triển phụ tải tăng cao nhiều so với đầu tư, cải tạo hệ thống cung câps điện ngành điện lực Khi nghiên cứu, nắm rõ chất tượng ta lập phương án cung cấp điện tối ưu khác tuỳ theo yêu cầu phụ tải nhu khả cung cấp điện hệ thống Phương án tối ưu các đặc điểm tổn hao công suất, tổn hao điện năng, đáp ứng thông số tiêu chất lượng điện cuối đường dây cung đầu nguồn hệ thống cung cấp điện Sóng hài đặc điểm phụ tải phi tuyến Ở hệ thống truyền tải, cung cấp điện tồn sóng hài vấn đề liên quan đến sóng hài Sóng hài tác động ngược trở lại phần tử hệ thống điện thiết bị tụ bù, máy biến áp, động hệ thống cáp gây tổn thất phụ, nhiệt tải mong muốn Khi nắm rõ chất sóng hài đo thơng số sóng hài, ta điều hồ tính chất phụ tải, sử dụng thiết bị có tính chất lọc sóng hài, cảm điện để đem lại hiệu tối đa với giá thành thấp Ảnh hưởng lò hồ quang hệ thống điện có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Luật điện lực có hiệu lực Trong thời gian tới, hợp đồng mua bán điện cơng ty Điện lực khách hàng có sử dụng lị hồ quang điện cần có phụ lục thơng số sóng hài độ méo dịng điện, độ dao động điện áp lò hồ quang gây điểm đấu nói với hệ thống điện Hệ thống bù SVC nghiên cứu sử dụng nhiều, nhiên hệ thống SVC nước ta sử dụng hầu hết hãng, tập đoàn thiết bị nước sản xuất chuyển giao công nghệ Việc nghiên cứu hệ thống SVC giúp cho ta chọn chế độ vận hành tối ưu hệ thống SVC có tiến tới nghiên cứu chế tạo nước để hạ giá thành tính đơn vị sản phẩm Phần mềm ATP-EMTP có khả ứng dụng lớn thực tiễn Chương trình phổ biến giới nhiên nước ta chưa sử dụng rộng rãi đang dừng mức độ nghiên cứu Để phát triển hệ thống điện cách có hệ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 97 thống, từ khâu khảo sát, thiết kế xây dựng vận hành việc mơ trạng thái hệ thống điện cần thiết chương trình ATP-EMTP hỗ trợ phần lớn thiết bị có hệ thống điện Hạn chế lớn vấn đề giá thành quyền phần mềm cao Trong tương lai, phần mềm phổ cập tính thực tiễn phần mềm số lượng đơn vị sử dụng tăng cao giảm chi phí chuyển giao cơng nghệ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 98 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Hướng phát triển đề tài tiếp tục nghiên cứu tiêu chất lượng điện nước ta tương đương với giới khu vực, đặc biệt vấn đề sóng hài giải pháp lọc sóng hài để nâng cao chất lượng điện Các tượng dao động điện áp yếu tố quan trọng tiêu liê quan đến chất lượng điện chưa quan tâm mức hệ thống điện nước ta Tuy nhiên, trình phát triển quan hệ mua bán điện phát sinh yêu cầu đòi hỏi phải chỉnh sửa văn hành giải pháp nâng cao chất lượng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Trang: 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Văn Tớp, “Kỹ thuật điện cao áp: Quá điện áp & bảo vệ chống áp” Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật, 2004; [2] Lã Văn Út, “Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001; [3] Đặng Ngọc Dinh, Nguyễn Hữu Khái, Trần Bách, Nguyễn Hồng Quang, Trịnh Hùng Thám, Hệ thống điện tập I, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1981 [4] Nguyễn Thanh Liêm, “Ứng dụng chương trình EMTP tính tốn hệ thống điện”, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội, Hà Nội-1993 [5] Trần Bách, “Lưới điện hệ thống điện ”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2004 [6] Phan Đăng Khải,“Bù công suất phản kháng”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2004 Tiếng Anh [7] R C Dugan, M F McGr anahan, S Santoso, H W Beaty, “Electrical Power Systems Quality Second”, Edition, McGraw-Hill, NewYork-1996 [8] Marius Peens, “Modelling and control of an Electroder System for a ThreePhase Electric Arc Furnace” University of Pretoria, December 2006 [9] Muhammad H Rashid, “Power Electronics Handbook ”, Copyrights â 2001 by Academic Press, 2001 [10] E Acha, V.G Agelidis, O.Anaya, T.J.E Miller, “Power Electronic Control in Electrical Systems ”, Newnes-2002 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... có tính chất điển hình ảnh hưởng đến tiêu chất lượng điện nhiệm vụ quan trọng Trên sở thực tế với đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng lò hồ quang điện đến chất lượng điện khu cơng nghiệp tính tốn lựa. .. chung Để nghiên cứu ảnh hưởng ta tìm hiểu đặc tính dịng - áp hồ quang điện. Thơng số đặc trưng lò hồ quang sau Trở kháng dòng hồ quang Điện áp, dòng điện dòng hồ quang Công suất hữu công công suất... điểm chất liệu vào lò: Lò chất liệu từ đỉnh xuống nhờ gầu chất liệu Lò chất liệu vào bên sườn lị, thủ cơng, máng hay bán tự động I.3.2 Ảnh hƣởng lò hồ quang điện đến lƣới điện Phần lớn lò hồ quang