luận văn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGÔ QUANG ƯỚC NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG ðIỆN PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ðiện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn Mã số ngành : 60.52.54 Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Quang Khánh Hà Nội - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam đoan rằng, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Ngô Quang Ước Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thực hiện luận văn, đến nay đề tài “Nghiên cứu các giải pháp bù công suất phản kháng trong mạng ñiện phân phối” đã được hoàn thành. Trong thời gian thực hiện đề tài, Tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngoài trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn Ts. Trần Quang Khánh về sự quan tâm, giúp đỡ tôi rất tận tình trong phương pháp và các nội dung của luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong bộ môn Cung cấp và Sử dụng điện Khoa Cơ Điện – Trường Đại học Nông Nghiệp – Hà Nội, Các cán bộ khoa tin học – Trường Đại học Điện Lực, Các cán bộ chi nhánh điện lực Văn Lâm- Hưng Yên, đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .iii MỤC LỤC LỜI CẢM ðOAN 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 ðẦU 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐ I 3 1.1. Sự tiêu thụ công suất phản kháng 3 1.2. Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới điện 5 1.3. Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng trong lưới phân phối 11 1.4. Các tiêu chí bù công suất phản kháng trên lưới phân phối 12 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG - XÁC ðỊNH VỊ TRÍ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ ðÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BÙ 20 2.1. Xác định dung lượng và vị trí bù công suất phản kháng 20 2.2. Đánh giá hiệu quả của bù công suất phản kháng 48 CHƯƠNG 3. SƠ ðỒ ðẤU NỐI TỤ VÀ PHƯƠNG THỨC ðIỀU KHIỂN TỤ BÙ TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI 57 3.1. Sơ đồ đấu nối tụ bù tĩnh 57 3.2. Sơ đồ nối dây và điện trở phóng điện 59 3.3. Nguyên lý điều khiển các thiết bị bù sử dụng tụ điện tĩnh 63 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .iv 3.4. Thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC) 67 CHƯƠNG 4. ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ BÙ ðẾN THỐNG SỐ THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐ I 79 4.1. Ảnh hưởng của thiết bị bù đến thông số thiết kế 79 4.2. Ảnh hưởng của thiết bị bù đến tổn thất công suất và điện năng 84 4.3. Ảnh hưởng của thiết bị bù đến chế độ điện áp của lưới phân phối 89 CHƯƠNG 5. TÍNH TOÀN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LỘ 479 VĂN LÂM –HƯNG YÊN VỚI PHẦN MỀM PSS/ADEPT 105 5.1. Đặc điểm của lưới điện nghiên cứu 105 5.2. Tính toán bù công suất phản kháng cho lộ 479 E28.4 110 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126 6.1. Kết luận 126 6.2. Kiến nghị 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 PHỤ LỤC 126 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .v 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .vi 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 ∆A trong mạng điện 49 Hình 2-21 Ảnh hưởng của cosϕ và T m đến % ∆A 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .vii 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .viii Hình 3-21 Các dạng đặc tính của SVC 76 Hình 3-22 a. Sơ đồ nguyên lý b. sơ đồ tính toán 77 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 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 [...]... chúng trên lư i phân ph i, công su t bù m i tr m và ch ñ làm vi c c a t bù sao cho ñ t hi u qu kinh t cao nh t, nói cách khác là làm sao cho hàm m c tiêu theo chi phí ñ t giá tr min Có hai cách ñ t bù: Cách 1: Bù t p trung m t s ñi m trên tr c chính trung áp Cách 2: Bù phân tán các tr m phân ph i h áp Bù theo cách 1 công su t bù có th l n, d th c hi n vi c ñi u khi n, giá thành ñơn v bù r , vi c qu... thành g m các chương sau: Chương 1 T ng quan v bù công su t ph n kháng trên lư i phân ph i Chương 2 Tính toán dung lư ng - xác ñ nh v trí bù công su t ph n kháng trên lư i phân ph i và ñánh giá hi u qu bù Chương 3 Sơ ñ ñ u n i t và phương th c ñi u khi n t bù trong lư i ñi n phân ph i Chương 4 nh hư ng c a thi t b bù ñ n thông s thi t k và v n hành c a lư i ñi n phân ph i Chương 5 Tính toán bù công su... chính trong lư i phân ph i v n là t ñi n, ñ ng cơ ñ ng b và máy bù 1.2.1 Các ngu n phát công su t ph n kháng trên lư i 1) Máy bù ñ ng b Máy bù ñ ng b là lo i máy ñi n ñ ng b ch y không t i dùng ñ phát ho c tiêu th CSPK Máy bù ñ ng b là phương pháp c truy n ñ ñi u ch nh liên t c CSPK Các máy bù ñ ng b thư ng ñư c dùng trong h th ng truy n t i, ch ng h n ñ u vào các ñư ng dây t i ñi n dài, trong các tr... các lo i thi t b bù nên các phương pháp và thu t toán gi i bài toán bù CSPK trong lư i ñi n ñ u có d ng và hi u qu khác nhau Sau ñây trình bày m t s phương pháp tính toán bù CSPK cho lư i phân ph i 2.1 XÁC ð NH DUNG LƯ NG VÀ V TRÍ BÙ CÔNG SU T PH N KHÁNG 2.1.1 Xác ñ nh dung lư ng bù CSPK ñ nâng cao h s công su t cosφ Gi s h tiêu th ñi n có h s công su t là cos ϕ1 , mu n nâng h s công su t này lên cos... nhi u phương pháp: -Thay ñ i ñ u phân áp c a máy bi n áp - Nâng cao ñi n áp c a máy phát ñi n - Làm gi m hao t n ñi n áp b ng các thi t b bù Phương pháp th hai r t ít dùng, vì ràng bu c v ñi n áp c c ñ i ñ i v i lư i ñi n T công th c ta cũng th y n u gi m Q thì ∆P và ∆A s gi m t ñó m t trong nhưng bi n pháp hi u qu làm gi m t n th t công su t là bù công su t ph n kháng 1.4.2 Tiêu chí kinh t Trong nhưng... TRÍ BÙ CÔNG SU T PH N KHÁNG TRÊN LƯ I PHÂN PH I VÀ ðÁNH GIÁ HI U QU BÙ ð gi i bài toán bù CSPK trong lư i ñi n, hi n nay ñã có hàng lo t phương pháp ñư c ñ c p Tuy nhiên do cách ñ t v n ñ , m c tiêu ñ t ra và các quan ñi m khác nhau v các y u t nh hư ng ñ n l i gi i bài toán như s bi n thiên theo th i gian c a ph t i, v k t c u hình dáng lư i ñi n, v ñi n áp lư i ñi n, v tính ch t các lo i thi t b bù nên... áp trong lư i phân ph i 2) Chi phí khi ñ t bù - V n ñ u tư và chi phí v n hành cho tr m bù - T n th t ñi n năng trong t bù Trong ñó v n ñ u tư là thành ph n ch y u c a chi phí t ng Khi ñ t t bù còn có nguy cơ quá áp khi ph t i min ho c không t i và nguy cơ x y ra c ng hư ng và t kích thích ph t i Các nguy cơ này nh hư ng ñ n v trí và công su t bù Gi i bài toán bù CSPK là xác ñ nh: S lư ng tr m bù, ... còn cách thay ñ i CSPK Q ch y trên ñư ng dây ñ thay ñ i t n th t ñi n áp ∆U, nghĩa là ñi u ch nh ñư c ñi n áp t i ph t i Có th thay ñ i s phân b CSPK trên lư i, b ng cách ñ t các máy bù ñ ng b hay t ñi n tĩnh, và cũng có th th c hi n ñư c b ng cách phân b l i CSPK phát ra gi a các nhà máy ñi n trong h th ng 1.4.1.3 Gi m t n th t công su t ñ n gi i h n cho phép Ta có công th c tính toán t n th t công. .. t xa, vi c này làm tăng thêm chi phí cho các tr m bù Như v y trư c khi l p bài toán bù, ngư i ta thi t k h th ng bù ph i d a ch n trư c cách ñ t bù và cách ñi u khi n t bù r i m i l p bài toán ñ tìm s lư ng tr m bù, v trí ñ t và công su t m i tr m Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 17 Hàm m c tiêu c a bài toán bù là t ng ñ i s c a các y u t l i ích và chi phí nói trên ñã... n ñ n tăng chi phí xây l p…, Vì v y ph i có nh ng bi n pháp ñ gi m lư ng công su t này M t trong nhưng bi n pháp ñơn gi n và hi u qu nh t ñó là bù CSPK, sau khi bù s làm c i thi n ñư c các như c ñi m trên Vi c bù CSPK có th ñư c th c hi n b ng các ngu n bù khác nhau, tuy nhiên qua phân tích và v i s ng d ng c a khoa h c k thu t thì vi c s d ng t bù tĩnh là hi u qu hơn, vì v y mà nó ñư c ng d ng r ng . 1.2. Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới điện 5 1.3. Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng trong lưới phân phối 11 1.4. Các tiêu chí bù công suất. hiện luận văn, đến nay đề tài Nghiên cứu các giải pháp bù công suất phản kháng trong mạng ñiện phân phối đã được hoàn thành. Trong thời gian thực hiện đề