Nghiên cứu chất lượng điện trong lưới điện phân phối

luận văn

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut i Trờng đại học nông nghiệp hà nội Viện đào tạo sau đại học -------------o0o------------- đào xuân tiến Nghiên cứu chất lợng điện trong lới điện phân phối Chuyên ngành: Điện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn Mã số ngành : 60.52.54 Giáo viên hớng 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 đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, có sử dụng những kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học lớn. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả ðào Xuân Tiến Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân thành cảm ơn TS. Trần Quang Khánh về sự quan tâm, trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này. Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Cung cấp và Sử dụng Điện, Khoa Cơ Điện, Viện đào tạo Sau Đại Học – Đại học Nông nghiệp Hà Nội. Các thầy cô Bộ môn Hệ thống Điện - Đại học Bách Khoa Hà Nội, Điện lực Hưng Yên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài này. Nhân dịp này tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Tác giả Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ix MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG 1: LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ CÁC VẤN ðỀ CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG 3 1.1 Tổng quan về lưới phân phối 3 1.1.1 Khái niệm chung 3 1.1.2. Cấu trúc lưới phân phối 3 1.2 Các vấn đề chung về chất lượng điện năng 5 CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 9 2.1 Tần số 9 2.1.1 Độ lệch tần số: 9 2.1.2 Độ dao động tần số: 9 2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số: 9 2.2 Điện áp nút phụ tải 10 2.2.1 Dao động điện áp 10 2.2.2 Độ lệch điện áp 12 2.2.3 Độ không đối xứng 19 2.2.4 Độ không sin 23 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iv CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ðIỆN 34 3.1 Đánh giá chất lượng điện theo mô hình xác xuất thống kê 34 3.2 Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch điện áp 36 3.3 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn đối xứng 36 3.4 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn tích phân điện áp 40 3.5 Đánh giá chất lượng điện theo tương quan giữa công suất và điện áp 41 3.6 Đánh giá chất lượng điện theo độ không sin của điện áp 42 CHƯƠNG 4 : CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 44 4.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành 44 4.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật 45 4.3 Điều chỉnh điện áp 46 4.4 Bù công suất phản kháng 47 4.5 Các phương pháp khử sóng hài 75 4.6 Đối xứng hóa lưới điện 84 CHƯƠNG 5 : SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ðIỆN LỘ 371 E28.2 98 5.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm PSS/ADEPT 98 5.1 Đánh giá chất lượng điện năng lộ 371 E28.2 lưới điện Hưng Yên 107 KẾT LUẬN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHỤ LỤC 121 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 Công suất bù ứng với bậc cộng hưởng 77 Bảng 5.2 Nút có điện áp không nằm trong giới hạn cho phép khi tải cực đại khi (U TC = 35 kV). 110 Bảng 5.3 Nút có điện áp không nằm trong giới hạn cho phép khi tải cực đại (U TC = 37 kV). 113 Bảng 5.4 Kết quả bù CSPK theo yêu cầu kỹ thuật. 115 Bảng 5.5 Các thông số thiết đặt để tính toán bù kinh tế trong PSS/ADEPT. 116 Bảng 5.6 Kết quả bù kinh tế khi tải cực tiểu. 116 Bảng 5.7 Kết quả bù kinh tế khi tải cực đại. 117 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình số Tên bảng Trang Hình 1.1 Lưới phân phối hình tia không phân đoạn. 4 Hình 1.2 Lưới phân phối hình tia có phân đoạn. 4 Hình 1.3 Lưới điện kín vận hành hở. 5 Hình 1.4 Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện. 6 Hình 1.5 Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày. 8 Hình 2.3 Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối. 15 Hình 2.6 Đặc tính của đèn sợi đốt. 17 Hình 2.7 Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp. 18 Hình 2.8 Sự phụ thuộc của tổn thất điện năng vào các hệ số KĐX. 22 Hình 2.9 Các bậc sóng hài. 23 Hình 2.10 Hiện tượng từ trễ và bão hòa mạch từ làm méo dạng sóng dòng điện. 25 Hình 2.11 Sự phụ thuộc của tổn thất công suất ∆P d và giá trị hiệu dụng của dòng điện I e vào độ méo. 28 Hình 2.12 Sự suy giảm công suất máy biến áp phụ thuộc vào tỷ phần phụ tải phi tuyến trong mạng. 30 Hình 3.1 Sơ đồ phân tích các thành phần đối xứng. 36 Hình 4.1 Hiệu quả của bù dọc. 50 Hình 4.2 Các chức năng cơ bản của SVC. 56 Hình 4.3 Cấu tạo chung của SVC. 57 Hình 4.4 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR. 58 Hình 4.5 Ảnh hưởng của giá trị góc cắt α đến dòng điện của TCR. 59 Hình 4.6 Dạng sóng tín hiệu dòng điện của TCR. 60 Hình 4.7 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC. 60 Hình 4.8 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR. 61 Hình 4.9 Hệ điều khiển các van của SVC. 62 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vii Hình 4.10 Đặc tính hoạt động của SVC. 63 Hình 4.11 Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp. 63 Hình 4.12 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của S TATCOM. 65 Hình 4.13 SSSC dựa trên bộ biến đổi nguồn áp và SSSC có nguồn dự trữ. 67 Hình 4.14 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC. 68 Hình 4.15 Cấu tạo của TSSC. 69 Hình 4.16 Cấu tạo chung của TCSR và TSSR. 70 Hình 4.17 Nguyên lý hoạt động của UPFC. 71 Hình 4.18 Cấu tạo chung của TCPST. 72 Hình 4.19 TVCL. 72 Hình 4.20 TCVR loại dựa trên đầu phân áp và loại dựa trên sự đưa thêm điện áp vào đường dây. 73 Hình 4.21 Sơ đồ đơn tuyến và sơ đồ tương đương LC. 75 Hình 4.22 Tổng trở của mạng điện khi lắp cuộn cảm triệt hài. 76 Hình 4.23 Mạch lọc thụ động. 78 Hình 4.24 Sơ đồ mô phỏng bộ lọc sóng hài bậc 5. 79 Hình 4.25 Dạng sóng điện áp trên lưới khi có nguồn phát sóng hài không có bộ lọc. 79 Hình 4.26 Dạng sóng điện áp trên lưới khi có bộ lọc hài bậc 5. 79 Hình 4.27 Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc tích cực. 80 Hình 4.30 Mô hình hóa phụ tải 3 pha không đối xứng bất kỳ. 88 Hình 5.1 Giao diện chính của chương trình PSS/ADEPT 5.0. 99 Hình 5.2 Các nút và thiết bị vẽ sơ đồ lưới điện. 100 Hình 5.3 Chu trình triển khai chương trình PSS/ADEPT. 100 Hình 5.4 Cửa sổ khai báo tham số lưới điện. 101 Hình 5.6 Giao diện hiển thị trào lưu công suất. 102 Hình 5.7 Hộp thoại thiết đặt thông số trong CAPO. 103 Hình 5.8 Cửa sổ tùy chọn CAPO trong bài toán bù kinh tế. 103 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật viii Hình 5.9 Lưu đồ thuật toán tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù. 106 Hình 5.10 Đồ thị phụ tải ngày mùa hè điển hình lộ 371-E28.2. 108 Hình 5.11 Đồ thị phụ tải ngày mùa đông điển hình lộ 371-E28.2. 108 Hình 5.12 Đồ thị phụ tải năm điển hình lộ 371-E28.2. 108 Hình 5.13 Thẻ nhập mã dây cho đường dây. 109 Hình 5.14 Thẻ nhập công suất cho MBA. 109 Hình 5.15 Thẻ thiết lập thông số cho phụ tải. 110 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng MBA Máy biến áp CLĐN Chất lượng điện năng ĐADT Điều áp dưới tải HTĐ Hệ thống điện STATCOM Thiết bị bù tĩnh SVC Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor TSC Tụ đóng mở bằng thyristor TCR Kháng điều chỉnh bằng Thyristor TSR Kháng đóng mở bằng thyristor SSSC Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh IPFC Bộ điều khiển dòng công suất lien đường dây TCSC Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor TSSC Tụ điện nối tiếp đóng mở bằng thyristor TCSR Điện kháng nối tiếp điều khiển bằng thyristor TSSR Kháng điện nối tiếp đóng mở bằng thyristor UPFC Thiết bị điều khiển dòng công suất TCPST Biến áp dịch pha điều khiển bằng thyristor TCVL Bộ giới hạn điện áp điều chỉnh bằng thyristor TCVR Bộ điều chỉnh điện áp điều chỉnh bằng thyristor [...]... trên lư i phân ph i 5 Lư i phân ph i tr c ti p cung c p ñi n cho các thi t b ñi n nên nó nh hư ng tr c ti p ñ n tu i th , công su t và hi u qu c a các thi t b ñi n 1.1.2 C u trúc lư i phân ph i Lư i phân ph i g m lư i phân ph i trung áp và lư i phân ph i h áp Lư i phân ph i trung áp có c p ñi n áp trung bình t 6-35 kV, ñưa ñi n năng t các tr m trung gian t i các tr m phân ph i h áp Lư i phân ph i h... 2 CHƯƠNG 1 LƯ I PHÂN PH I VÀ CÁC V N ð CHUNG V CH T LƯ NG ðI N NĂNG 1.1 T ng quan v lư i phân ph i 1.1.1 Khái ni m chung Lư i phân ph i là m t b ph n c a h th ng ñi n làm nhi m v phân ph i ñi n năng t các tr m bi n áp trung gian cho các ph t i Lư i phân ph i nói chung g m 2 thành ph n ñó là lư i phân ph i ñi n trung áp 6-35kV và lư i phân ph i ñi n h áp 380/220 V hay 220/110 V Lư i phân ph i có t m... 4 (5) Pmax4 5 Pmax5 Hình 1.1 - Lư i phân ph i hình tia không phân ño n Lư i phân ph i hình tia có phân ño n, Hình 1.2, là lư i phân ph i hình tia ñư c chia làm nhi u ño n nh thi t b phân ño n là các dao cách ly, c u dao ph t i, hay máy c t phân ño n… các thi t b này có th thao tác t i ch ho c ñi u khi n t xa Lư i này có ñ tin c y cao hay th p ph thu c vào thi t b phân ño n và thi t b ñi u khi n chúng... i m t h th ng lân c n Trong Eropean Communities - C ng ñ ng Châu Âu t n s danh ñ nh c a ñi n áp cung c p quy ñ nh là 50 Hz Theo EN50160 giá tr trung bình c a t n s cơ b n ño ñư c trong th i gian hơn 10 s v i h th ng phân ph i n i li n ñ ng b v i m t h th ng lân c n là 50 Hz ± 1 % trong su t 95 % th i gian trong tu n và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % th i gian trong tu n H th ng phân ph i không n i li... ng là ∆UTA làm ñi n áp thanh cái ñ u vào máy bi n áp phân ph i gi m xu ng (ñư ng 1) nhưng t i máy bi n áp phân ph i có các ñ u phân áp c ñ nh nên ñi n áp có th tăng lên ho c gi m, tuỳ theo v trí ñ u phân áp ñ n ñi n áp Ep1 ñ u ra c a máy bi n áp phân ph i ñi n áp gi m xu ng do t n th t ñi n áp ∆UB1 trong máy bi n áp phân ph i ð n ñi m A cu i lư i phân ph i h áp ñi n áp gi m xu ng th p hơn n a do t n... ñ ng b trong ch ñ không ñ i x ng có th gi m xu ng ñ n hai l n 3 ð i v i ñư ng dây các ph n t tĩnh khác Có th th y r ng trong ch ñ không ñ i x ng t n th t trên ñư ng dây và các ph n t tĩnh khác tăng lên Ví d trong ch ñ ñ i x ng t n th t ba pha ñư ng dây có dòng ñi n I và ñi n tr R là 3I2R Còn trong ch ñ không ñ i x ng, n u dòng trong pha này gi m ñi ∆I, dòng trong pha kia tăng lên ∆I, còn dòng trong. .. t i T n s n m trong gi i h n nguy hi m là t (45 ÷ 46) Hz, t n s này năng su t c a các thi t b dung ñi n gi m, h th ng m t n ñ nh, xu t hi n s c ng hư ng làm cho các máy phát, ñ ng cơ b rung m nh và có th b phá h ng Ngoài ra s bi n ñ i c a t n s còn phá ho i s phân b công su t, kinh t trong h th ng ñi n Các nh hư ng c a t n s trong h th ng ñi n ñ n ch t lư ng ñi n ta th y r t rõ trong phân tích trên... có th cao hơn ho c th p hơn các giá tr ñư c ban hành 2.2.2.2 ð l ch ñi n áp trong lư i h áp Lư i phân ph i h áp c p ñi n tr c ti p cho h u h t các thi t b ñi n Trong lư i phân ph i h áp các thi t b ñi n ñ u có th ñư c n i v i nó c v không gian và th i gian (t i b t kỳ v trí nào, b t kỳ th i gian nào) Vì v y trong toàn b lư i phân ph i h áp ñi n áp ph i th a mãn tiêu chu n: ν- ≤ ν- ≤ ν+ Tr¹m ph©n phèi... Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 14 2.2.2.3 Di n bi n c a ñi n áp trong lư i phân ph i Phân tích lư i phân ph i v i c u trúc như hình v sau: MBA nguån MBA PP §D trung ¸p ∆UTA E Εp ∆UB ∆UTA1 Ε1 Εp 1 Ε2 0 B νB L−íi h¹ ¸p ∆UH ∆UB1 νA ν+ ∆UB1 ∆UH1 2 ∆UTA2 A ∆UH2 ν− Hình 2.3 - Di n bi n c a ñi n áp trong lư i phân ph i ch ñ max, nh b ñi u áp dư i t i các tr m 110 kV nên ñi n áp ñ u ngu n ñ... 4 Pmax4 (5) 5 Pmax5 Hình 1.2 - Lư i phân ph i hình tia có phân ño n Lư i ñi n kín v n hành h , Hình 1.3, lư i này có c u trúc m ch vòng kín ho c 2 ngu n, có các thi t b phân ño n trong m ch vòng Bình thư ng lư i v n hành h , khi có s c ho c s a ch a ñư ng dây ngư i ta s d ng các thi t b ñóng c t ñ ñi u ch nh h sơ c p ñi n, lúc ñó phân ño n s a ch a b m t ñi n, các phân ño n còn l i v n ñư c c p ñi n . thiết bị điện. 1.1.2. Cấu trúc lưới phân phối Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp. Lưới phân phối trung áp có cấp điện áp. Chương 1: Lưới phân phối và các vấn đề chung về chất lượng điện năng. Chương 2: Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng điện năng trong lưới phân phối. Chương