3.2.2. Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính bù kinh tế cho mạng điện hệ thống sàng. thống sàng.
a) Phương pháp xác định vị trí bù tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT 5.0
- CAPO đặt tụ bù trên lưới sao cho kinh tế nhất (nghĩa là sao cho số tiền tiết kiệm được từ việc đặt tụ bù lớn hơn số tiền phải bỏ ra để lắp đặt tụ bù).
Thiết lập các thông số kinh tế lưới điện cho CAPO
Các thông số kinh tế lưới điện được sử dụng trong q trình tính tốn vị trí đặt tụ bù tối ưu. Để thiết lập các thông số kinh tế này, chọn
Network>Economics từ trình đơn chính. Bảng các thơng số kinh tế sẽ hiện ra
trên màn hình.
Hình 3.9. Thiết lập thơng số tụ bù
Giá điện năng tiêu thụ, cP, tính bằng đơn vị /kWh. Nhìn vào đơn vị ta có thể thấy đây là năng lượng “thực”. PSS/ADEPT và CAPO đều không bắt buộc đơn vị tiền tệ phải sử dụng, chúng ta có thể sử dụng bất cứ đơn vị tiền tệ nào miễn sao đảm bảo tính nhất quán giữa các biến số.
Giá điện năng phản kháng tiêu thụ, cQ, cũng có đơn vị tuỳ chọn giống với giá điện năng tiêu thụ. Giá trị này (cũng như các giá trị khác) sẽ được đặt là 0 nếu khơng có giá trị trên thực tế.
Giá công suất thực lắp đặt, dP, là giá của công suất phát phải trả để thay thế tổn hao hệ thống. Hiện tại CAPO không sử dụng giá trị này.
Giá công suất phản kháng lắp đặt, dQ, giống với giá công suất thực lắp đặt. Hiện tại CAPO cũng không sử dụng giá trị này.
Tỷ số trượt giá, r, được sử dụng để quy đổi số tiền tiết kiệm được và chi phí từ tương lai về thời điểm hiện tại. Nếu nguồn tài chính của việc mua và
lắp đặt tụ bù được vay từ ngân hàng thì tỷ số trượt giá sẽ bằng hoặc gần bằng lãi suất cho vay của ngân hàng. Khi đã sử dụng tỷ số trượt giá CAPO khơng tính đến thuế và những yếu tố khác. Sau khi các thông số kinh tế đã được giải thích, ta sẽ biết các phương trình được CAPO sử dụng để tính tốn.
Tỷ số lạm phát, i, là sự tăng giá điện năng và tiền bảo trì tụ bù hàng năm. Lưu ý là tỷ số này tính bằng đơn vị tương đối (pu) chứ không phải phần trăm (%). Thông thường giá trị này trong khoảng 0.02 đến 0.08 cho 1 năm.
Thời gian tính tốn, N, là khoảng thời gian mà tiền tiết kiệm được từ việc lắp tụ bù bằng với tiền lắp đặt và bảo trì tụ bù (nghĩa là thời gian hồn vốn). Nếu thực tế có chính sách là đầu tư phải hồn vốn trong 5 năm thì giá trị này được đặt là 5.
Giá lắp đặt tụ bù cố định, cF, có đơn vị là /kVAr của kích cỡ tụ bù; giá trị này cần được tính để phù hợp với thực tế của người sử dụng. Có thể nó sẽ bao gồm cả tiền vỏ bọc tụ bù, tiền vận chuyển, tiền công lao động, v.v…
Giá lắp đặt tụ bù ứng động, cQ, giống với tụ bù cố định, tuy nhiên có thể tụ bù ứng động sẽ có giá cao hơn, vì vậy nó được để thành giá trị riêng.
Tỷ giá bảo trì tụ bù cố định, mF, là tiền để duy trì hoạt động của tụ bù hàng năm. Tỷ giá này tính bằng /kVAr-yr. Tiền bảo trì tăng theo tỷ số lạm phát.
Tỷ giá bảo trì tụ bù ứng động, mS, giống với tụ bù cố định. Vì tiền bảo trì này cao hơn nên nó được để riêng.
Thiết lập các tùy chọn cho phép phân tích CAPO
PSS/ADEPT cho phép chúng ta sửa đổi các tuỳ chọn trong phần tìm vị trí tụ bù tối ưu.
Các bước để sửa các tùy chọn cho CAPO:
- Bước 1: Chọn Analysis>Options từ trình đơn chính. Bảng các tuỳ chọn sẽ hiện ra.
Hình 3.10. Hộp thoại thẻ CAPO
- Buớc 3: Chọn tuỳ chọn mà chúng ta muốn cho phép phân tích CAPO: Loại đấu nối: chọn tụ có loại đấu nối phù hợp: sao hoặc tam giác. Loại đấu nối có thể chọn cho cả 2 loại tụ cố định và ứng động trên tất cả các nút trong lưới điện.
Vì phép phân tích CAPO dựa trên thời gian là từng năm nên khoảng thời gian dùng để tính tốn là phân số của năm trên đồ thị phụ tải. Thường thì tổng thời gian tính tốn của tất cả đồ thị phụ tải mà chúng ta sử dụng trong CAPO là 1.0; tuy nhiên điều này không phải là bắt buộc.
Số dải tụ cho phép: đây là số tụ cố định và ứng động mà chúng ta có thể có để đặt lên lưới.
Kích thước tụ 3 pha: là tổng độ lớn dải tụ 3 pha tính bằng kVAr cho cả 2 loại tụ cố định và ứng động đặt trên lưới. Ví dụ: nếu thiết lập là đăt 1 dải tụ cố định 10 kVAr thì chương trình sẽ đặt các tụ cố định 10 kVAr cho đến khi
tìm được điều kiện tối ưu. Tương tự như vậy cho tụ bù ứng động.
Các nút hợp lệ: chọn các nút hợp lệ tại đó có thể đặt tụ cố định và ứng động bằng cách đánh dấu vào ô trước tên của nút.
Đánh dấu chọn hoặc bỏ chọn các nút đặt tụ bù.
b) Cách chạy bài tốn tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu
Để chạy bài tốn phân tích vị trí đặt tụ bù tối ưu ta có thể thực hiện một trong 2 cách sau:
- Chọn Analysis>CAPO từ trình đơn chính.
- Nhấp chuột vào nút CAPO trên thanh cơng cụ Analysis.
Trong q trình tối ưu hố, các thơng báo được viết ra trong cửa sổ “Progress View” cho ta biết độ lớn và loại dải tụ được đặt cũng như nút tương ứng và tổn thất hệ thống. Khi q trình tối ưu hóa thực hiện xong, sơ đồ mạng điện với các tụ bù cần đặt lên lưới được vẽ lại với độ lớn của dải tụ và ký hiệu “FX” cho tụ bù cố định và “SW” cho tụ bù ứng động cần đặt lên lưới.
Report sau khi phân tích và tính tốn
Để có bảng báo cáo kết quả dạng bảng chứa các tham số đầu và kết quả phân tích, chọn Report>Capacitor Placement Optimization từ trình đơn
chính.
Kết quả tính tốn bù tối ưu cho cụm sàng khơ như trên hình 3.12 và 3.13 và Bảng 3.2.
Bảng 3.5. Tổng hợp kết quả bù kinh tế công suất phản kháng
Dây chuyền ∆P tiết kiệm (kW)
Chi phí tiết kiệm trong 5 năm
(tr.đồng)
Chi phí tiết kiệm từng năm (tr.đồng) Cụm sàng khô 10,63 181294,65 36258,93 Nhà điều khiển trung tâm 11,32 193062,6 38612,52 Băng tải B800x380M 9,36 159634,8 31926,96 Tổng 31,31 533.992,05 106.798,41 Nhận xét:
- Sau khi lắp đặt các bộ tụ bù, theo tính tốn của phần mềm PSS/ADEPT, tổng tổn thất công suất tiết kiệm được là 31,31 (kW), chi phí tiết kiệm được do giảm tổn thất điện năng trong 5 năm (tuổi thọ bộ tụ) là: 533.992,05 đồng.
3.3. Sử dụng biến tần điều chỉnh tốc độ cho các băng tải
Trong các giải pháp trên thì việc đầu tư ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật đặc biệt là sử dụng các biến tần vào công nghệ sản xuất có ý nghĩa vơ cùng to lớn, vì dây chuyền sàng tuyển than Cơng ty than Quang Hanh - TKV hiện nay sử dụng đa dạng các thiết bị điện như các tuyến băng, sàng, …
Trong đó, các thiết bị điện có cơng suất lớn, quyết định chủ yếu đến điện năng tiêu thụ của các dây chuyền sàng tuyển đó là: các hệ truyền động cho băng tải;
Do đó việc sử dụng biến tần cho các hệ truyền động của các thiết bị này có tác dụng đáng kể nhằm giảm chi phí đầu tư vào giá thành tấn than. Sau đây tác giả chỉ đề cập đến việc ứng dụng biến tần vào việc giảm thiểu chi phí điện năng của các hệ truyền động cho máy nghiền, băng tải.
3.3.1. Tổng quan chung về điều khiển động cơ bằng biến tần
Biến tần là bộ biến đổi tần số của điện áp xoay chiều nhằm mục đích điều khiển tốc độ động cơ thông qua thay đổi tần số.
Cơ sở lý thuyết của sự thay đổi tần số vào trong điều khiển động cơ điện dựa vào biểu thức:
1 0 2 f p = (1-s) trong đó: s - hệ số trượt;
f1 - tần số của nguồn điện cấp vào stato; - tốc độ góc của động cơ;
0 - tốc độ góc của từ trường quay ; p - số đơi cực của động cơ.
Từ đó nhận thấy khi thay đổi tần số của điện áp cấp vào stato sẽ làm cho tốc độ 0 và thay đổi.
Xét ảnh hưởng của tần số đến đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ (ĐCKĐB), nếu bỏ qua tổn hao điện áp U1 0 thì lúc đó:
U1 E1=kf1
Từ đó có thể nhận thấy rằng, nếu thay đổi tần số f1 mà vẫn giữ nguyên điện áp U1 thì từ thơng của động cơ thay đổi:
+ Nếu giảm f1 so với định mức thì từ thơng phải tăng lên, mạch từ bị bão hồ, dịng I0 quá lớn, các chỉ tiêu năng lượng của động cơ bị xấu đi và nhiều khi động cơ sẽ bị nóng quá mức.
+ Nếu tăng tần số f1 thì từ thông sẽ giảm xuống, lúc đó mạch từ khơng bão hồ, cịn dịng I2 có thể tăng lên nếu mômen của động cơ không đổi, do vậy trong trường hợp này cuộn dây bị nóng, cịn lõi thép bị non tải
làm cho khả năng quá tải của động cơ bị giảm xuống.
Để tận dụng động cơ một cách tốt nhất khi thay đổi tần số f1 phải làm
cho từ thông của động cơ không thay đổi và bằng từ thông định mức của động cơ. Muốn đạt được điều đó, khi điều chỉnh f1 cần phải thay đổi cả U1 theo các luật điều khiển.
Luật biến thiên của U1 theo tần số thường được dựa trên điều kiện đảm bảo khả năng quá tải của ĐCKĐB không thay đổi:
Khi bỏ qua tổn hao điện áp thì:
Trong đó:
U1 - điện áp pha đặt trên stato; xnm - điện kháng ngắn mạch. Mặt khác lại có: 1 0 2 f p 1 2 nm nm x f L Từ đó có: trong đó: 32 8 nm p C L
Từ đó nhận thấy nếu bỏ qua U1 thì mơmen tới hạn tỷ lệ thuận với bình phương điện áp U1 và tỷ lệ nghịch với bình phương với tần số dịng stato f1. Ứng với tần số f1i, động cơ sẽ quay với tốc độ i tương ứng với hệ số quá tải là:
2 1 2 1 thi i ci i ci M U C i M f M const M M c th nm th x U M 0 2 1 2 3 2 1 2 1 f CU Mth
trong đó: U1i - điện áp pha ứng với tần số f1i; Mc(i) - mômen cản ứng với tốc độ i. Ứng với trạng thái định mức f1=f1đm thì hệ số quá tải:
2 1 2 1 th dm dm c dm cdm M U C M f M
Để giữ hệ số quá tải của động cơ không đổi khi thay đổi f1 thì:
2 2 1 1 2 2 1 1 i dm i dm i ci dm cdm U U f M f M Hay: 2 2 1 1 2 2 1 1 i i ci dm dm cdm U f M U f M
Từ đây sẽ tìm được luật biến đổi của điện áp theo tần số: 1 1 1 1 c dm dm cdm M U f U f M trong đó:
U1, Mc - giá trị điện áp và mômen ứng với tần số f1 đã được điều chỉnh; U1dm, Mcdm - giá trị điện áp và mômen ứng với tần số fdm của lưới điện đấu vào động cơ.
Trong hệ tương đối:
Mômen cản của máy sản xuất được biểu diễn bởi công thức thực nghiệm:
trong đó: a - hệ số đặc trưng cho phụ tải. Trong hệ tương đối:
Thay vào trên ta có:
* * 1 * 1 f Mc U a dm co dm co c M M M M ) ( * 1 * * * ) 1 ( M f M Mc co co a co co M f M f U1* 1* * (1 * ) 1*
Cấu trúc kinh điển của một hệ truyền động điện dùng biến tần điều khiển động cơ.
Hình 3.17. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bằng biến tần
trong đó: Z - tiến hiệu đặt;
R - bộ điều chỉnh tốc độ; RI - bộ điều chỉnh dòng điện; BT - biến tần.
Có thể phân ra 3 loại biến tần:
- Biến tần trực tiếp: là biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số f1
của lưới thường dùng cho hệ truyền động công suất lớn.
- Biến tần gián tiếp (trung gian): thường dùng cho hệ điều khiển nhiều
động cơ.
- Biến tần có nghịch lưu độc lập nguồn dịng: thích hợp cho điều khiển
có đảo chiều, cơng suất lớn.
Hiện nay ở các công ty than để điều khiển tốc độ cho động cơ bằng biến tần thì loại biến tần phù hợp nhất là biến tần trung gian với nguyên lý làm việc chung khá đơn giản: nguồn điện xoay chiều 3 pha được chỉnh lưu thành nguồn điện một chiều, sau đó điện áp một chiều này được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thơng qua hệ IGBT bằng phương
R RI SI Z KI K BT FT §C
pháp điều chế độ rộng xung PWM.
Sơ đồ cấu trúc của biến tần trung gian được thể hiện ở hình 3.19.
Hình 3.18. Sơ đồ cấu trúc biến tần trung gian
Hình 3.19. Sơ đồ điều khiển biến tần trung gian
Yêu cầu chung của hệ điều chỉnh tần số là giữ cho khả năng quá tải và độ cứng cơ khơng đổi suốt trong tồn bộ giải điều chỉnh tốc độ. Để đảm bảo
điều kiện động cơ không bị quá tải về mạch điện cũng như mạch từ thì khi điều chỉnh tần số phải tuân theo một số luật nhất định và thường có có 3 luật chính để điều chỉnh tần số của động cơ như sau:
- Luật điều chỉnh tần số - điện áp theo khả năng quá tải; - Luật điều chỉnh từ thông không đổi;
- Luật điều chỉnh tần số nguồn dòng.
Khi sử dụng biến tần vào trong mỏ để điều chỉnh tốc độ của động cơ, tuỳ thuộc vào tính chất của mômen cản (mômen cản thay đổi theo tốc độ hoặc không đổi theo tốc độ) sẽ tìm một luật điều khiển tối ưu cho động cơ cần điều khiển.
3.3.2 Nguyên lý tiết kiệm điện năng khi sử dụng biến tần
Công suất đầu ra trên trục động cơ: P2 = M. Hệ làm việc ổn định khi:
M = Mc P2 = Mc. trong đó: M - mômen do động cơ sinh ra;
- tốc độ của động cơ. Mc - mômen cản.
Hình 3.20. Đặc tính cơ của ĐCKĐB ba pha điều khiển bằng biến tần khi mômen cản không thay đổi theo tốc độ
M A B C B 0 f®m 1 f Mc1 Mc2 C
Nếu khơng sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ của động cơ thì cơng suất cơ trên trục của động cơ tỷ lệ với mômen cản (P2 = Mc. ).
Khi sử dụng biến tần vào điều chỉnh tốc độ động cơ thì cơng suất cơ trên trục không những thay đổi theo mơmen cản mà cịn thay đổi theo tốc độ