- Nghiên cứu thực tiễn
2.1.12. Xác định dung lượng bù
Khi đặt thiết bị bù sẽ giảm được tổn thất điện năng ∆A, nhưng tiêu tốn vốn đầu tư, đồng thời thiết bị bù cũng gây nên tổn thất ∆P ngay trong ở thiết bị và cần chi phí vận hành. Thiết lập quan hệ của 𝑄𝑏ù với 𝑍𝑡𝑡 từ đó tìm 𝑄𝑏ù để 𝑍𝑡𝑡
tối thiểu, ta gọi dung lượng đó là 𝑄𝑏ù kinh tế hoặc tối ưu.
Hình 2.4 Dung lượng bù CSPK
Tổng chi phí vận hành gồm 3 thành phần cơ bản:
𝑍 = 𝑍1 + 𝑍2+ 𝑍3 (3.8)
𝑍1- thành phần chi phí liên quan đến vốn đầu tư
𝑍1 = (𝑎𝑣ℎ+ 𝑎𝑡𝑐)𝑘0𝑄𝑏ù (3.9)
𝑎𝑣ℎ - hệ số hiệu quả kinh tế của việc thu hồi vốn đầu tư
𝐾0- giá tiền đơn vị công suất đặt thiết bị bù (đ/1kVAr)
𝑄𝑏ù- dung lượng bù (đang cần tìm) (kVAr)
Z2 - thành phần liên quan đến tổn thất điện năng do thiết bị bù
𝑍2 = ∆𝑃0𝑄𝑏ù𝑇. 𝐶 (3.10)
∆𝑃0- suất tổn hao công suất trong thiết bị bù (kW/1kVAr) T - thời gian làm việc của thiết bị bù (đóng tụ vào lưới) C - giá tiền điện năng tổn thất (đ/kWh).
𝑍3- thành phần tổn thất điện năng trong hệ thống (sau bù)
𝑍3 = (𝑄 − 𝑄𝑏ù)
2
𝑈2 𝑅. 𝜏. 𝐶 (3.11)
R - điện trở của mạng; U - điện áp của mạng;
Q - công suất phản kháng yêu cầu của hộ tiêu thụ; τ - Thời gian tổn thất công suất cực đại.
Hàm chi phí theo dung lượng bù: 𝑍 = 𝑓(𝑄𝑏ù)
𝑍 = (𝑎𝑣ℎ+ 𝑎𝑡𝑐)𝑘0𝑄𝑏ù + ∆𝑃0𝑄𝑏ù𝑇. 𝐶 +(𝑄 − 𝑄𝑏ù)2
𝑈2 𝑅. 𝜏. 𝐶 = 0 (3.12)
Tối thiểu hóa hàm chi phí → giá trị công suất phản kháng 𝑄𝑘𝑡 𝜕𝑍 𝜕𝑄𝑏ù = (𝑎𝑣ℎ + 𝑎𝑡𝑐𝑘0) + ∆𝑃0𝑇. 𝐶 + 2(𝑄 − 𝑄𝑏ù) 𝑈2 𝑅. 𝜏. 𝐶 = 0 (3.13) 𝑄𝑏ù.𝑘𝑡 = 𝑄 +(𝑎𝑣ℎ+ 𝑎𝑡𝑐)𝑘0+ ∆𝑃0𝑇. 𝐶 2𝑅. 𝜏. 𝐶 𝑈 2 (3.14)
Tương tự, hàm chi phí tính toán và tính dung lượng bù kinh tế cho mạng đường dây chính cung cấp cho một số phụ tải:
Hình 2.5 Sơ đồ bù CSPK 𝑍 = (𝑎𝑣ℎ + 𝑎𝑡𝑐)𝑘0(𝑄𝑏ù.1+ 𝑄𝑏ù.2 + ⋯ ) + ∆𝑃0(𝑄𝑏ù.1+ 𝑄𝑏ù.2 + ⋯ )𝑇. 𝐶 +𝜏. 𝐶 𝑈2 ∑ 𝑅𝑖𝑗(𝑄𝑖𝑗 − 𝑄𝑏ù.𝑖𝑗)2 (3.15) 𝑍 = 𝑓(𝑄𝑏ù.1, 𝑄𝑏ù.2) (3.16)
Để tìm được dung lượng bù kinh tế đặt tại từng hộ tiêu thụ ta lần lượt lấy đạo hàm riêng của chi phí tính toán theo 𝑄𝑏ù.1; 𝑄𝑏ù.2… và cho bằng không. Giải hệ phương trình đó ta tìm được dung lượng bù kinh tế đặt ở các điểm khác nhau. Trị số 𝑄𝑏ù tìm được có giá trị âm chứng tỏ việc đặt tụ điện bù tại hộ đó là không kinh tế, ta thay 𝑄𝑏ù = 0ở những phương trình còn lại và giải hệ (n-1) phương trình đó một lần nữa.
Ví dụ: Hai xí nghiệp 1 và 2 được cung cấp điện từ N. Giả sử đã tính được điện trở các đoạn đường dây 10 kV là 2 và 3 Ω. Hãy xác định dung lượng bù kinh tế tại thanh cái 10 kV của các xí nghiệp.
Hình 2.6 Xác định dung lượng bù
𝑍 = (𝑎𝑣ℎ + 𝑎𝑡𝑐)𝑘0(𝑄𝑏1+ 𝑄𝑏2) + ∆𝑃0(𝑄𝑏1+ 𝑄𝑏2)𝑇. 𝐶 +𝜏. 𝐶
𝑈2 𝑅12(𝑄𝑏1+ 𝑄𝑏2)2+𝜏. 𝐶
𝑈2 𝑅𝑁1(𝑄2+ 𝑄1 − 𝑄𝑏1 − 𝑄𝑏2)2
Đạo hàm Z theo 𝑄𝑏1và 𝑄𝑏2 rồi cho bằng không.
𝜕𝑍 𝜕𝑄𝑏1 = (𝑎𝑣ℎ + 𝑎𝑡𝑐)𝑘0+ ∆𝑃0𝑇. 𝐶 − 2(𝑄2+ 𝑄1 − 𝑄𝑏1− 𝑄𝑏2)2 𝑈2 𝑅𝑁1. 𝜏. 𝑇. 𝐶 = 0 𝜕𝑍 𝜕𝑄𝑏2 = (𝑎𝑣ℎ + 𝑎𝑡𝑐)𝑘0+ ∆𝑃0𝑇. 𝐶 − 2(𝑄2− 𝑄𝑏2) 𝑈2 𝑅12. 𝜏. 𝑇. 𝐶 − 2(𝑄2+ 𝑄1− 𝑄𝑏1 − 𝑄𝑏2)2 𝑈2 𝑅𝑁1. 𝜏. 𝑇. 𝐶 = 0
Nếu lấy 𝑘0 = 70 đ/kVAr ; ∆P0 = 0,005 kW/kVAr; 𝑎𝑣ℎ= 0,1 ; 𝑎𝑡𝑐= 0,125; C = 0,1 đ/kWh ; 𝜏 = 2500ℎ.
Giải hệ phương trình trên được: 𝑄𝑏1 = −200 kVAr ; 𝑄𝑏2 = 3000 kVAr Vì 𝑄𝑏1 < 0 → không nên đặt thiết bị bù tại xí nghiệp 1 thay 𝑄𝑏1 = 0 vào phương trình thứ hai, cuối cùng giải ra được 𝑄𝑏2 = 2900 kVAr. Vậy muốn mạng điện trên vận hành kinh tế chỉ nên đặt thiết bị bù.
Kết luận chương 2
Để thực hiện “Bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất” thì Chương 3 trình bày về công suất, hệ số công suất, ý nghĩa của hệ số công suất, bên cạnh việc đưa ra các khái niệm nêu trên, thì các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số công suất, lợi ích của việc bù công suất phản kháng cũng được làm rõ. Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng có thể kể đến như là: Giảm tổn thất công suất trong mạng điện; Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện; Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp, đồng thời đưa ra cơ sở lý thuyết thực hiện việc “bù công suất phản kháng kiểu tĩnh”. Chương này cũng trình bày chi tiết về bù công suất phản kháng với cấu trúc SVC, nguyên lý hoạt động của hệ thống, và cách tính toán các tham số của hệ thống.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙ CSPK
3.1 Hệ thống bù CSPK FC-TCR 3.1.1 Sơ đồ tổng quan