Ứng dụng phần mềm etap trong bù công suất phản kháng cho lưới điện

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN SINH VIÊN : PHAN TRỌNG PHÚ MSSV : 15031201 LỚP : DHDI11A GVHD : THS NGUYỄN HUY KHIÊM TP HCM, NĂM 2019 i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - ii GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI BÁO CÁO TỐT NGHIỆP NĂM HỌC 2018-2019 Sinh viên thực hiện: Phan Trọng Phú (MSSV: 15031201) Lớp: Kỹ Thuật điện 11A- DHDI11A Họ tên giảng viên hướng dẫn: THS Nguyễn Huy Khiêm Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm Etap bù công suất phản kháng Địa điểm thực hiện: Mục đích đề tài: Tìm hiểu ứng dụng phần mềm Etap bù công suất phản kháng lưới điện thực tế Và tạo điều kiện cho sinh viên ôn lại kiến thức để chuẩn bị trường Nội dung giới hạn đề tài  Tìm hiểu phần mềm cách sử dụng cơng cụ Tính tốn tổn thất điện áp dịng điện ngắn mạch theo lí thuyết  Xây dựng mơ hình hóa phần tử hệ thống: đường dây, máy biến áp, để giải tốn  Tìm hiểu ứng dụng phần mềm Etap hệ thống điện  Kiểm tra lại kết tính tay phần mềm kiểm tra kiểm tra tổn thất có thỏa với điều kiện hay khơng  Giới hạn đề tài: phần mềm đa dạng nội dung chương trình tính tốn khác phần báo cáo tơi thực tốn kinh tế bù công suất phản kháng iii NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Cán hướng dẫn: Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm Etap Trong Bù Công Suất Phản Kháng Sinh viên thực hiện: Phan Trọng Phú (MSSV: 15031201) Lớp: Kỹ Thuật điện 11A- DHDI11A Nội dung nhận xét: a Nhận xét hình thức LVTN: b Nhận xét nội dung LVTN (Đề nghị ghi chi tiết đầy đủ): * Đánh giá nội dung thực đề tài: -* Những vấn đề hạn chế: -c Kết luận, đề nghị: -6 Điểm đánh giá: iv NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 Cán phản biện: Ts Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm Etap Trong Bù Công Suất Phản Kháng Sinh viên thực hiện: Phan Trọng Phú Lớp: Kỹ thuật điện 11A-DHDI11A Nội dung nhận xét: a Nhận xét hình thức LVTN b Nhận xét nội dung LVTN * Đánh giá nội dung thực đề tài: -* Những vấn đề hạn chế: -c Kết luận, đề nghị điểm: v NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Cán phản biện: Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm Etap Trong Bù Công Suất Phản Kháng Sinh viên thực hiện: Phan Trọng Phú Lớp: Kỹ thuật điện 11A-DHDI11A Nội dung nhận xét: a Nhận xét hình thức LVTN b Nhận xét nội dung LVTN * Đánh giá nội dung thực đề tài: * Những vấn đề hạn chế: -c Kết luận, đề nghị điểm: vi KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ MỤC LỤC NỘI DUNG CHÍNH 1.1 Etap gì? 1.2 Ứng dụng phần mềm Etap 1.3 Môi trường làm việc Etap 1.4 CÁC KHẢ NĂNG TÍNH TỐN CỦA ETAP Chương GIỚI THIỆU CÁC THANH CÔNG CỤ 2.1 Giao diện phần mềm Etap 2.2 Giới thiệu công cụ 2.2.1 Thanh công cụ File Menu 2.2.2 Thanh công cụ Edit 2.2.3 Thanh công cụ View 2.2.4 Thanh công cụ Project 2.2.5 Thanh công cụ Tool 10 GIỚI THIỆU CÁC PHẦN TỬ AC 12 Nguồn (hệ thống) 12 3.1 Bus 15 3.2 Máy biến áp 17 3.2.1 Máy biến áp cuộn dây 17 3.2.2 Máy biến áp cuộn dây 19 3.3 Cable .21 3.4 Đường dây .26 3.5 Máy phát 30 3.6 Động 33 3.6.1 Động đồng .33 3.6.2 Động không đồng 34 3.7 Tải 35 3.7.1 Lumped Load 35 3.7.2 Static Load 36 3.8 Thiết bị bảo vệ .37 3.8.1 Fuse 37 3.8.2 Contactor 38 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ 3.8.3 High Voltage Circuit Breaker 39 3.8.4 Low Voltage Circuit Breaker 39 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH TỐN .41 THƯ VIỆN THIẾT BỊ 44 Chương 45 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 45 4.1 TỔNG QUAN 45 4.2 MODULE BÙ KINH TẾ TRONG ETAP .50 KẾT LUẬN .65 LỜI CẢM ƠN 67 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 1: Cửa sổ Hình 2.1 Các chức tính tốn Hình 2.2 1: Thanh công cụ File Hình 2.2 2: Thanh cơng cụ edit Hình 2.2 3: Thanh cơng cụ view Hình 2.2 4: Thanh cơng cụ Project Hình 2.2 5: Thanh công cụ Tool 10 Hình 1: Nguồn( hệ thống) 12 Hình 3.1 1: trang Rating nguồn 13 Hình 3.1 2: Trang Hamonic nguồn 14 Hình 3.1 3: Trang reliability nguồn 14 Hình 2: Bus 15 Hình 3.2 1: Máy biến áp cuộn dây 17 Hình 3.2 2: Trang information máy biến áp cuộn dây 18 Hình 3.2 3: Trang rating máy biến áp cuộn dây 19 Hình 3.2 4: Máy biến áp cuộn dây 20 Hình 3: Cáp 21 Hình 3.3 1: Trang information cáp 22 Hình 3.3 2: Trang impedance cáp 23 Hình 3.3 3: Trang physical cáp 24 Hình 3.3 4: Trang loading cáp 25 Hình 4: Đường dây 26 Hình 3.4 1: Trang parameter đường dây 27 Hình 3.4 2: Trang configuration đường dây 28 Hình 3.4 3: Trang impedance đường dây 29 Hình 5: Máy phát 30 Hình 3.5 1: Trang Rating máy phát 31 Hình 3.5 2: Trang Imp/Mode máy phát 32 Hình 3.6 1: Động đồng 33 Hình 3.6 2: Động không đồng 34 Hình 3.7 1: Lumped Load 35 Hình 3.7 2: Static Load 36 Hình 3.8 1: Fuse 37 Hình 3.8 2: Contactor 38 Hình 3.8 3: High Voltage Circuit Breaker 39 Hình 3.8 4: Low Voltage Circuit Breaker 40 Hình 3.9 1: Tạo dự án 41 Hình 3.9 2: Cửa sổ sau khởi tạo dự án 41 Hình 3.9 3: Kết nối phần tử 42 Hình 3.9 4: Thao tác xoay phần tử 42 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Hình 3.9 5: Thay đổi màu phần tử 43 Hình 3.9 6: Thay đổi thơng tin hiển thị 43 Hình 3.9 7: Thư viện cáp lực 44 Hình 1: Thanh công cụ 51 Hình 2: Trang info modun bù kinh tế 51 Hình 3: Trang Loading modun bù kinh tế 53 Hình 4: Trang Voltage Constraint modun bù kinh tế 53 Hình 5: Trang capacitor modun bù kinh tế 54 Hình 6: Trang Adjusment modun bù kinh tế 54 Hình 7: Thông số bus 58 Hình 8: thơng số ngồn 59 Hình 9: Thơng số cáp 60 Hình 10: Thơng số tải 61 Hình 11: thơng số CB 61 Hình 12: Mơ hình đường dây hồn chỉnh 62 Hình 13: Kết bù 62 Hình 14: Report bù kinh tế 63 Hình 15: Report bù tối ưu ( tổng) 64 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Hình 3: Trang Loading modun bù kinh tế - Load Diversity Factor: hệ số tải bus - Time Distribution Of Load: thời gian vận hành mức tải khác Trang Voltage Constraint: Hình 4: Trang Voltage Constraint modun bù kinh tế - Global Constraint: giới hạn điện áp chung tất bus - Individual Constraint: bus cần giữ điện áp giới hạn cần thiết (bus đặc biệt) 53 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Trang Power Factor Constraint tương tự trang Voltage Constraint giữ hệ số công suất Trang capacitor : Thông tin tụ điện như: cấp điện áp, giá mua thiết bị, giá lắp đặt, chi phí vận hành, số tụ tối đa nhóm Có thể thêm, xóa bớt thay đổi thơng số tụ điện có danh sách Hình 5: Trang capacitor modun bù kinh tế - Candidates: bus xét có đặt tụ hay khơng Hình 6: Trang Adjusment modun bù kinh tế 54 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ TÍNH TOÁN BÙ KINH TẾ CHO MẠNG ĐIỆN 110KV Cho sơ đồ đường dây phân phối 110kV AC-185,30km AC-95,20km AC-95,10km 110kV B2 B1 22kV (20+j15) MVA 22kV (15+j15) MVA 55 B3 22kV (10+j15) MVA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ - Đoạn 1,2 dây dẫn AC-185 mm2 dài 30km Với thông số r0=0.17 Ω/km, x0=0.41Ω/km - Đoạn 2,3 dây dẫn AC-95 mm2 dài 20km Với thông số r0=0.33 Ω/km, x0=0.8Ω/km - Đoạn 3,4 dây dẫn AC-95 mm2 dài 20km Với thông số r0=0.33 Ω/km, x0=0.8Ω/km - Máy biến áp B1 110/22kv, 31.5MVA, ∆PN=200kW, có cơng suất tải: S=20+j15 MVA - Máy biến áp B2 110/22kv, 20 MVA, ∆PN=163kW, có cơng suất tải: S=15+j15 MVA - Máy biến áp B3 110/22kv, 16MVA, ∆PN=145kW, có cơng suất tải: S=10+j15 MVA - Thời gian tổn thất công suất lớn 𝜏=5500h/năm Tiền đầu tư tụ bù 22kV 5000 $/MVAr, tiền điện tổn thất 50 $/MWh, tổn thất công suất tương đối tụ bù ∆P*=0.005, hệ số (ahv + atc)=0.225 Giả thuyết đóng tụ bù suốt năm (T=8760 giờ) Ta tính thông số điện trở điện kháng Bus theo công thức: X=𝑥0 *l=0.41*30=12.3 Ω R=𝑟0 *l=0.17*3=5.1Ω 𝑍1 =𝑍2 =R + jX=5.1+12.3j(Ω) Với điện áp pha: Upha= 110000 √3 = 63508.53V Sơ đồ thay thế: 5.1Ω 6.6 Ω 2.44Ω 6.6 Ω 6.85Ω 4.93Ω 22kV 22kV Q6-Qb6 Q5-Qb5 56 22kV Q7-Qb7 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Hàm chi phí: Z=Z1=Z2+Z3 Z1=(avh+atc)*K0*(Qb5+Qb6+Qb7) =0.225*5000*( Qb5+Qb6+Qb7)=1125*(Qb5+Qb6+Qb7) Z2=c*∆P*Qb*T=50*0.005*8760*( Qb5+Qb6+Qb7) =2190*( Qb5+Qb6+Qb7) 𝜏𝐶0 Z3 = 𝑈2 *[(Q5-Qb5)2*Rb1+(Q6-Qb6)2*(R23+Rb2)+(Q7-Qb7)2 *(R34+Rb4)+(Q5+Q6+Q7-Qb5- Qb6-Qb7)2 * R12] = 50∗5500 110 *[(15-Qb5)2 * 2.44+(15-Qb6)2 * (6.6+4.93)+(15-Qb7)2 * (6.6+6.85)+ (45-Qb5-Qb6-Qb7)*5.1 =22.727*[(15-Qb5)2 * 2.44+(15-Qb6)2 * 11.53+(15-Qb7)2 * 13.45+ (45-Qb5-Qb6Qb7)*5.1] Các đạo hàm riêng: 𝛛𝐙 𝛛𝐐𝐛𝟓 = 1125+4980+22.727*[-2*2.44+(15-𝑄𝑏5)-2*5.1*(45-𝑄𝑏5 − 𝑄𝑏6 − 𝑄𝑏7 )]=0 = 342.727𝑄𝑏5+231.8𝑄𝑏6+231.8𝑄𝑏7=5805.1 Tương tự: 𝛛𝐙 𝛛𝐐𝐛𝟔 𝛛𝐙 𝛛𝐐𝐛𝟔 = 231.8𝑄𝑏5+755.9𝑄𝑏6+231.8𝑄𝑏7= 8740.6 = 231.8𝑄𝑏5+231.8𝑄𝑏6+843.19𝑄𝑏7= 10040.6 Giải hệ phương trình ta được: 𝑄𝑏5 = 6.68 MVAr 𝑄𝑏6 =7.01 MVAr 𝑄𝑏7 =8.14 MVAr 57 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Mơ hình hóa đường dây 110kV Từ mơ hình thực tế ta mơ hình hóa phần tử hệ thống thành mạch điện gồm phần tử như: nguồn, cái, dây dẫn, phụ tải thiết bị bảo vệ Để chọn Bus ta vào View-> AC Mode Toolbar, sau ta nhấp vào biểu tượng ta nhập tên bus, giá trị điện áp loại kết nối như:  Bus: Trụ  Điện áp Bus: 110kV  Loại kết nối: pha Hình 7: Thơng số bus Chọn nguồn ta nhấp vào biểu tượng Mode Toolbar, ta nhập thông số cho nguồn cung cấp như: điện áp, %V (phần trăm hoạt động điện áp), góc lệch pha công suất  Điện áp: 110 kV  % V : 100%  Góc lệch pha: 0o 58 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Hình 8: thông số ngồn Chọn dây dẫn truyền tải cho hệ thống nhấp vào biểu tượng , sau ta nhập thông số cho đường dây như: chiều dài, loại kết nối, khoảng cách pha, điện trở dây, điện kháng dây, chọn loại dây dẫn, bán kính hình học, đường kính dây chiều cao cột  Chiều dài tuyến đơn vị km  Loại kết nối pha  Điện trở đường dây: 0.17Ω/km  Điện kháng đường dây: 0.41 Ω/km  Loại dây dẫn: dây nhơm lõi thép AC 59 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Hình 9: Thơng số cáp Tiếp tục để cài thông số cho tải ta nhấp vào biểu tượng Sau ta nhập thơng số: Status, loại kết nối, điện áp, công suất, hiệu suất tải cách đấu dây tải  Status: chọn continuous  Loại kết nối pha  Điện áp 110 kV  Công suất phụ thuộc vào phụ tải đơn vị kVA MVA  Hiệu suất phụ thuộc vào loại tải chiếu sáng hay động có hiệu suất khác  Cách đấu tải dạng  Số lượng:3 60 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Hình 10: Thơng số tải Sau ta tiếp tục ta chọn thiết bị bảo vệ cho tải cách nhấp vào biểu tượng , tiếp tục ta nhập thông cho thiết bị bảo vệ như: điện áp, dòng điện định mức dòng cắt định mức Các số liệu thiết bị bảo vệ nằm thư viện etap.lib ta chọn dòng điện tương ứng với phụ tải Hình 11: thơng số CB 61 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Từ việc thiết lập phần tử ta thiết lập sơ đồ hệ thống điện Hình 12: Mơ hình đường dây hồn chỉnh Run so sánh số liệu Sau thiết lập sơ đồ, ta dùng công cụ để chạy lấy số liệu phần mềm Etap mô cách vào View-> Mode Toolbar Sau lập bảng so sánh số liệu lí thuyết phần mềm Hình 13: Kết bù 62 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ So sánh kết thực tính toán lý thuyết sử dụng phần mềm Etap: Lý thuyết Sử dụng Etap 𝑄𝑏5 = 6.69 MVAr 𝑄𝑏5 = 6.723 MVAr 𝑄𝑏6 =7.01 MVAr 𝑄𝑏6 = 7.191 MVAr 𝑄𝑏7 =8.14 MVAr 𝑄𝑏7 = 8.143 MVAr Kết đặt tụ bù là: Hình 14: Report bù kinh tế - Số tụ bù cần đặt là: 46 Tổng dung lượng bù: 25790KVAr Chi phí lắp đặt: 3000$ Tổng chi phí mua tụ bù: 772800$ Tổng chi phí vận hành năm: 13800$ 63 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ Kết tổng chi phí bù tối ưu: Hình 15: Report bù tối ưu ( tổng) - Năm tốn chi phí lắp đặt là: 775800$ vận hành 13800$ Các năm sau tốn chi phí vận hành 13800$ Lợi ích thu giảm tổn hao năm là: 303432.9$ Đến năm thứ lợi nhuận tích lũy dương 64 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ KẾT LUẬN Sau gần tháng thực đề tài tốt nghiệp, tơi có nhiều điều kiện ôn lại kiến thức tham khảo tài liệu có liên quan kiến thức anh văn chuyên ngành tài liệu môn học khác, Phần mềm Etap phiên 4.0 có khả phân tích hệ thống tương đối xác ứng dụng thực tiễn Hiện với phiên 12.6 với tính vượt trội Tuy nhiên bên cạnh báo cáo vài hạn chế như: Đối với hệ thống điện có nguồn cơng suất nhỏ chiều dài hệ thống khoảng vài trăm mét báo cáo kết tổn thất điện áp nhỏ, tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng hệ thống khơng xác Ngun nhân đơn vị tổn thất phần mềm kW kVAr Tài liệu làm đề tài đa phần anh văn, dịch khơng thể xác nghĩa từ Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế nên nội dung đề tài chủ yếu dừng lại mức độ tìm hiểu Load Flow Analysis Short Circuit Analysis Các phần Motor Stating Analysis, Transient Stability Analysis, Harmonic Analysis, Optimal Power Analysis, Relay Coordination, Reliability Analysis, DC Load Flow Analysis, DC Short Circuit Analysis Battery Sizing and Discharge.Hi vọng đề tài sau khai thác sâu hướng dẫn sử dụng phần mềm Etap phiên Cuối mong sinh viên khóa sau hồn thành tốt Tơi xin chân thành cảm ơn 65 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồ Văn Hiến HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố HỒ CHÍ MINH 2005 Nguyễn Hồng Việt – Phan Thị Thanh Bình NGẮN MẠCH VÀ ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố HỒ CHÍ MINH 2005 Phan Thị Thanh Bình - Hồ Văn Hiến - Nguyễn Hoàng Việt THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố HỒ CHÍ MINH 2004 Nguyễn Hồng Việt BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố HỒ CHÍ MINH 2009 ETAP VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố HỒ CHÍ MINH Trường Đại Học Quốc Gia 66 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN TRỌNG PHÚ LỜI CẢM ƠN Suốt thời gian năm học tập trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM, học hỏi nhiều kiến thức học tập sống thơng qua giúp đỡ tận tình q Thầy (cơ) việc truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quí báu kiến thức chuyên ngành kinh nghiệm sống giúp tảng sau trường định hướng tương lai Tôi xin chân thành cảm ơn: - Ban giám hiệu Trường Đại Học Công Nhiệp TP.HCM - Ban Chủ nhiệm Khoa Công Nghệ Điện - Thầy Nguyễn Huy Khiêm hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi hồn thành tốt luận văn - Các q Thầy (cơ) Khoa Công Nghệ Điện - Cảm ơn đến tất bạn lớp Kỹ thuật điện 11A bạn bè xung quanh tơi gắn bó, giúp đỡ động viên suốt thời gian học tập Trường Tôi xin chân thành cảm ơn TP.HCM, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực hiện: Phan Trọng Phú 67 ... Thuật điện 11A- DHDI11A Họ tên giảng viên hướng dẫn: THS Nguyễn Huy Khiêm Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm Etap bù công suất phản kháng Địa điểm thực hiện: Mục đích đề tài: Tìm hiểu ứng dụng phần mềm. .. XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 Cán phản biện: Ts Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm Etap Trong Bù Công Suất Phản Kháng Sinh viên thực hiện: Phan Trọng Phú Lớp: Kỹ thuật điện 11A-DHDI11A Nội dung... XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Cán phản biện: Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm Etap Trong Bù Công Suất Phản Kháng Sinh viên thực hiện: Phan Trọng Phú Lớp: Kỹ thuật điện 11A-DHDI11A Nội dung nhận