Trong nhưng năm gần ựây, người ta rất quan tâm ựến việc tăng cường sự hoạt ựộng của hệ thống ựiện như giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và tìm cách sử dụng tốt hơn các thiết bị sẵn có trên lưới ựiện ựể hạn chế mua thiết bị mớị
Khi thực hiện bù kinh tế người ta tắnh toán ựể ựạt ựược các lợi ắch, nếu lợi ắch thu ựược cho việc lắp ựặt thiết bị bù lớn hơn chi phắ lắp ựặt thì việc bù kinh tế sẽ ựược thực hiện.
1) Lợi ắch khi ựặt bù
- Giảm ựược công suất tác dụng yêu cầu ở chế ựộ max của hệ thống ựiện, do ựó giảm ựược dự trữ công suất tác dụng (hoặc là tăng ựộ tin cậy của HTđ)
- Giảm nhẹ tải của MBA trung gian và ựường trục trung áp do giảm ựược yêu cầu CSPK.
- Giảm ựược tổn thất ựiện năng
- Cải thiện ựược chất lượng ựiện áp trong lưới phân phốị
2) Chi phắ khi ựặt bù
- Vốn ựầu tư và chi phắ vận hành cho trạm bù - Tổn thất ựiện năng trong tụ bù.
Trong ựó vốn ựầu tư là thành phần chủ yếu của chi phắ tổng.
Khi ựặt tụ bù còn có nguy cơ quá áp khi phụ tải min hoặc không tải và nguy cơ xảy ra cộng hưởng và tự kắch thắch ở phụ tảị Các nguy cơ này ảnh hưởng ựến vị trắ và công suất bù.
Giải bài toán bù CSPK là xác ựịnh: Số lượng trạm bù, vị trắ ựặt của chúng trên lưới phân phối, công suất bù ở mỗi trạm và chế ựộ làm việc của tụ bù sao cho ựạt hiệu quả kinh tế cao nhất, nói cách khác là làm sao cho hàm mục tiêu theo chi phắ ựạt giá trị min.
Có hai cách ựặt bù:
Cách 1: Bù tập trung ở một số ựiểm trên trục chắnh trung áp. Cách 2: Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
28 ựơn vị bù rẻ, việc quản lý và vận hành dễ dàng.
Bù theo cách 2 giảm ựược tổn thất công suất và tổn thất ựiện năng nhiều hơn vì bù sâu hơn. Nhưng bù quá gần phụ tải nên nguy cơ cộng hưởng và tụ kắch thắch ở phụ tải cao, ựể giảm nguy cơ này phải hạn chế công suất bù sao cho ở chế ựộ min công suất bù không lớn hơn yêu cầu của phụ tảị Nếu bù nhiều hơn thì phải cắt một phần bù ở chế ựộ min. để có thể thực hiện hiệu quả phải có hệ thống ựiều khiển tự ựộng hoặc ựiều khiển từ xa, việc này làm tăng thêm chi phắ cho các trạm bù.
Như vậy trước khi lập bài toán bù, người ta thiết kế hệ thống bù phải dựa chọn trước cách ựặt bù và cách ựiều khiển tụ bù rồi mới lập bài toán ựể tìm số lượng trạm bù, vị trắ ựặt và công suất mỗi trạm.
Hàm mục tiêu của bài toán bù là tổng ựại số của các yếu tố lợi ắch và chi phắ nói trên ựã ựược lượng hóa về một thứ nguyên chung là tiền. Các yếu tố không thể lượng hóa ựược và các tiêu chuẩn kỹ thuật thì ựược thể hiện bằng các ràng buộc và hạn chế.
để giải bài toán bù cần biết rõ cấu trúc của lưới phân phối, ựồ thị phụ tải phản kháng của các trạm phân phối hay ắt nhất cũng phải biết hệ số sử dụng CSPK của chúng. Phải biết giá cả và các hệ số kinh tế khác, loại và ựặc tắnh kỹ thuật, kinh tế của tụ bù. Nếu tắnh bù theo ựộ tăng trưởng của phụ tải thì phải biết hệ số tăng trưởng phụ tải hàng năm.
Mặc dù các phương pháp giải có khác nhau, nhưng các mô hình ựều có một hàm mục tiêu chung là chi phắ cho bù nhỏ nhất trên cơ sở ựảm bảo các ựiều kiện kỹ thuật của lưới ựiện, ựiện áp trên mọi nút của hệ thống phải nằm trong giới hạn cho phép nguy cơ mất ổn ựịnh ựiện áp ựến mức thấp nhất và làm sao cho tổn thất công suất là thấp nhất
Cùng cần nhấn mạnh bù kinh tế không thể tách rời hoàn toàn bù kỹ thuật. Vì bù kinh tế làm giảm nhẹ bù kỹ thuật. Phải kết hợp hai loại bù này hợp lý tạo thành một thể thống nhất có lợi cho hệ thống.
Kết luận
Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và phân tắch chúng ta thấy ựược rằng: CSPK là một phần không thể thiếu của máy biến áp, các thiết bị ựiện như máy biến áp, ựộng cơ ựiện, ựèn huỳnh quangẦ Tuy nhiên do truyền tải trên ựường dây lại gây ảnh hưởng ựến hao tổn ựiện năng, hao tổn ựiện áp, làm tăng công suất truyền tải dẫn ựến tăng chi phắ xây lắpẦ, Vì vậy phải có những biện pháp ựể giảm lượng công suất nàỵ Một trong nhưng biện pháp ựơn giản và hiệu quả nhất ựó là bù CSPK, sau khi bù sẽ làm cải thiện ựược các nhược ựiểm trên.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
29 qua phân tắch và với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật thì việc sử dụng tụ bù tĩnh là hiệu quả hơn, vì vậy mà nó ựược ứng dụng rộng lãị
Khi tiến hành bù CSPK có thể phân chia thành 2 chỉ tiêu bù: bù theo kỹ thuật tức là nhằm nâng cao ựiện áp nằm trong giới hạn cho phép. Và bù kinh tế nhằm giảm hao tổn ựiện năng trên ựường dây từ ựó sẽ ựưa ựến lợi kắch kinh tế. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện bù, không thể cách bạch 2 phương pháp này mà nó hổ trợ lẫn nhaụ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
30
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG - XÁC đỊNH VỊ TRÍ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI
để giải bài toán bù CSPK trong lưới ựiện, hiện nay ựã có hàng loạt phương pháp ựược ựề cập. Tuy nhiên do cách ựặt vấn ựề, mục tiêu ựặt ra và các quan ựiểm khác nhau về các yếu tố ảnh hưởng ựến lời giải bài toán như sự biến thiên theo thời gian của phụ tải, về kết cấu hình dáng lưới ựiện, về ựiện áp lưới ựiện, về tắnh chất các loại thiết bị bùẦnên các phương pháp và thuật toán giải bài toán bù CSPK trong lưới ựiện ựều có dạng và hiệu quả khác nhaụ Sau ựây trình bày một số phương pháp tắnh toán bù CSPK cho lưới phân phốị
2.1. XÁC đỊNH DUNG LƯỢNG BÙ CSPK đỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSϕ
Giả sử hộ tiêu thụ ựiện có hệ số công suất là cosϕ1, muốn nâng hệ số công suất này lên cosϕ2 (cosϕ2> cosϕ1), thì phải ựặt dung lượng bù là bao nhiêủ
Dung lượng bù ựược xác ựịnh theo công thức sau:
Qbu = P(tgϕ1 - tgϕ2)α kVAr (2.1) Trong ựó: P Ờ phụ tải tắnh toán của hộ tiêu thụ ựiện, kW;
α = 0,9 ọ 1 Ờ hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng những phương pháp không ựòi hỏi ựặt thiết bị bù.
Hệ số công suất cosϕ2 nói ở trên thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan quản lý hệ thống ựiện quy ựịnh cho mỗi hộ tiêu thụ phải ựạt ựược, thường nằm trong khoảng cosϕ = 0,8 Ờ 0,95.
2.2. CHỌN THIẾT BỊ BÙ
Thiết bị bù phải ựược lựa chọn trên cơ sở tắnh toán so sánh về kinh tế kỹ thuật. Bảng 3 trình bày các loại thiết bị bù và suất tổn thất công suất tác dụng của chúng.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
31
Bảng 3: suất tổn thất công suất tác dụng của các thiết bị bù
Loại thiết bị bù kbù , KW/KVAR
Tụ ựiện
Máy bù ựồng bộ S = 5000-30.000 KVA Máy bù ựồng bộ S < 5000 KVA
động cơ dây quấn ựược ựồng bộ hóa Máy phát ựồng bộ ựược dung làm máy bù
Máy phát ựồng bộ ựược dung làm máy bù, không tháo ựộng cơ sơ cấp.
0,003-0,005 0,002-0,027 0,03-0,05 0,02-0,08 0,1-0,15 0.15-0,3 1) Máy bù ựồng bộ 2)Tụ ựiện tĩnh
3) động cơ không ựồng bộ rôto dây quấn ựược ựồng bộ hóạ
Ngoài các thiết bị bù kể trên, còn có thể dùng ựộng cơ ựồng bộ làm việc ở chế ựộ quá kắch từ hoặc dùng máy phát ựiện làm việc ở chế ựộ bù ựể làm máy bù. Ở các xắ nghiệp có nhiều tổ máy phát ựiezen Ờ máy phát làm nguồn dự phòng, khi chưa dùng ựến có thể sử dụng làm máy bù ựồng bộ. Theo kinh nghiệm thực tế việc chuyển máy phát thành máy bù không phiền phức lắm. Vì vậy biện pháp này ựược nhiều xắ nghiệp áp dụng.
Ưu nhược ựiểm của các thiết bị bù công suất phản kháng
1) Ưu ựiểm của tụ ựiện so với máy bù ựồng bộ
- Chi phắ cho một kVAr của tụ ựiện rẻ hơn so với máy bù ựồng bộ. Ưu ựiểm này càng nổi bật khi dung lượng càng tăng.
- Giá tiền của mỗi kVA tụ ựiện tĩnh ắt phụ thuộc vào công suất ựặt và có thể coi như không ựổi, vì vậy rất thuận tiện cho việc phân chia tụ ựiện tĩnh ra làm nhiều tổ nhỏ, tùy ý lắp ựặt vào nơi cần thiết. Trái lại giá tiền mỗi kVA máy bù ựồng bộ lại thay ựổi tùy theo dung lượng, dung lượng máy càng nhỏ thì giá tiền càng ựắt.
- Tổn thất công suất tác dụng trong tụ ựiện rất bé, khoảng (0,3 Ờ 0,5)% công suất của chúng, trong khi ựó tổn thất trong máy bù ựồng bộ lớn hơn hàng chục lần, vào khoảng (1,33 -3,2)% công suất ựịnh mức.
- Tụ ựiện vận hành ựơn giản, ựộ tin cậy cao hơn máy bù ựồng bộ. Trái lại máy bù ựồng bộ với những bộ phận quay, chổi than... dễ gây ra mài mòn, sự cố trong lúc
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
32 vận hành. Trong lúc vận hành, một tụ ựiện nào ựó có thể bị hư hỏng thì toàn bộ số tụ ựiện còn lại vẫn tham gia vào vận hành bình thường. Song nếu trong nhà máy chỉ có một máy bù ựồng bộ mà bị hư hỏng thì sẽ mất toàn bộ dung lượng bù, ảnh hưởng tiêu cực khi ựó sẽ rất lớn.
- Tụ ựiện lắp ựặt, bảo dưỡng ựịnh kỳ rất ựơn giản. Có thể phân ra nhiều cụm ựể lắp rải trên lưới phân phối, hiệu quả là cải thiện ựường cong phân bố ựiện áp tốt hơn. Tụ ựiện không cần công nhân trông coi vận hành như máy bù ựồng bộ.
- Tụ ựiện ựiện áp thấp còn có ưu ựiểm là nó ựược ựặt sâu trong các mạng ựiện hạ áp xắ nghiệp, gần ngay các ựộng cơ ựiện, nên làm giảm ựược ∆P và ∆A rất nhiềụ
2) Nhược ựiểm của tụ ựiện so với máy bù ựồng bộ
- Máy bù ựồng bộ có thể ựiều chỉnh trơn tương ựối dễ dàng, còn tụ ựiện thường chỉ ựược ựiều chỉnh theo từng cấp.
- Máy bù ựồng bộ có thể phát ra hay tiêu thụ CSPK theo một cơ chế linh hoạt, còn tụ ựiện chỉ có thể phát ra CSPK
Các nhược ựiểm của tụ ựiện ngày nay ựã dần ựược khắc phục.
Với nhiều ưu ựiểm nổi trội so với máy bù ựồng bộ, ngày nay trên lưới ựiện phần lớn sử dụng tụ ựiện ựể bù CSPK.
Theo thống kê thì có gần 60% tụ ựiện ựược bù trên ựường dây, 30% ựược bù tại thanh cái trạm biến áp và khoảng 10% còn lại ựược bù ở hệ thống truyền tảị
3) Khắc phục nhược ựiểm của tụ bù tĩnh bằng thiết bị ựiều khiển Thyristor (SVC)
Các thiết bị bù giới thiệu ở trên không có tự ựộng ựiều chỉnh, hoặc có ựiều chỉnh nhưng rất chậm (như máy bù ựồng bộ) hoặc ựiều chỉnh từng nấc. Sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực ựiều khiển tự ựộng, ựặc biệt là kỹ thuật ựiện tử công suất với các thiết bị Thyristor công suất lớn ựã cho phép thực hiện các thiết bị bù ựiều chỉnh nhanh (thường không quá Ử chu kỳ tần số công nghiệp). Hiện nay các thiết bị bù có ựiều khiển ựược xác nhận là rất tốt không những trong lưới công nghiệp mà cả trong hệ thống ựiện truyền tải và phân phốị
SVC (Static Var Compensator) là thiết bị bù ngang dùng ựể tiêu thụ CSPK có thể ựiều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, nó ựược tổ hợp từ hai thành phần cơ bản:
- Thành phần cảm kháng ựể tác ựộng về mặt công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tùy theo chế ựộ vận hành).
- Thành phần ựiều khiển bao gồm các thiết bị ựiện tử như Thyristor, các cửa ựóng mở GTO (Gate Turn Off)...
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
33 + Kháng ựiều chỉnh bằng thyristor Ờ TCR (thyristor Controlled Reactor): có chức năng ựiều chỉnh liên tục CSPK tiêu thụ.
+ Kháng ựóng mở bằng thyristor Ờ TSR (Thyristor Switched Reactor): có chức năng tiêu thụ CSPK, ựóng cắt nhanh bằng Thyristor.
+ Bộ tụ ựóng mở bằng thyristor Ờ TSC (Thyristor Switched Capacitor): Có chức năng phát CSPK, ựóng cắt nhanh bằng Thyristor
- để ựiều chỉnh trơn tụ ựiện người ta dùng tụ bù CSPK có ựiều khiển SVC - để phát hay nhận CSPK người ta dùng SVC gồm tổ hợp TCR và TSC
- để bảo vệ quá áp và kết hợp ựiều chỉnh tụ theo ựiện áp người ta lắp ựặt các bộ ựiều khiển ựể ựóng cắt tụ theo ựiện áp.
Các thiết bị bù ựiều chỉnh có hiệu quả rất cao, ựảm bảo ổn ựịnh ựược ựiện áp và nâng cao tắnh ổn ựịnh cho hệ thống ựiện. đối với các ựường dây siêu cao áp các thiết bị bù có ựiều khiển ựôi khi là thiết bị không thể thiếu ựược. Chúng làm nhiệm vụ chống quá ựiện áp, giảm dao ựộng công suất và nâng cao tắnh ổn ựịnh tĩnh và ựộng. Nhược ựiểm của các thiết bị bù có ựiều khiển là giá thành caọ để lựa chọn và lắp ựặt các thiết bị này cần phải phân tắch tắnh toán tỷ mỷ và so sánh các phương án trên cơ sở các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Các thiết bị bù tĩnh ựược ựiều khiển bằng thyristor là loại thiết bị bù ngang tĩnh (phân biệt với máy bù quay). CSPK ựược tiêu thụ hoặc phát ra bởi các thiết bị này có thể thay ựổi ựược bằng việc ựóng mở các thyristor.
2.3. TÍNH BÙ CSPK THEO đIỀU KIỆN CỰC TIỂU TỔN THẤT CÔNG SUẤT.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
34 Bài toán ựặt ra là trong một mạng hình tia
có n nhánh, tổng dung lượng bù là Qbu, hãy phân phối dung lượng bù trên các nhánh sao cho tổn thất CSTD do CSPK gây ra là nhỏ nhất ựể hiệu quả bù ựạt ựược lớn nhất.
Giả sử dung lượng bù ựược phân phối trên các nhánh là Qbu1, Qbu 2ẦQbu n. Phụ tải phản kháng và ựiện trở của các nhánh lần lượt là Q1, Q2 ẦQn và r1, r2Ầrn (hình 7)
Hình 7: Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia
Tổn thất công suất tác dụng do CSPK gây ra ựược tắnh theo biểu thức sau:
( )2 ( )2 ( )2 1 bu 1 2 bu 2 n bu n 1 2 n 2 2 2 Q - Q Q - Q Q - Q ∆P = r + r + . . . + r U U U = f(Qbu 1,Qbu 2,Ầ,Qbu n) (2.2) Với ựiều kiện ràng buộc về cân bằng công suất bù là
φ(Qbu 1, Qbu 2ẦQbu n) = Qbu 1 + Qbu 2 +Ầ+ Qbu n - Qbu = 0
để tìm cực tiểu của hàm ∆P = f(Qbu 1,Qbu 2,Ầ,Qbu n) chúng ta có thể dùng phương pháp nhân tử Lagrangiẹ
Chọn nhân tử λ bằng 2L2
U
λ = (2.3)
Trong ựó L Ờ là hằng số sẽ ựược xác ựịnh saụ
Theo phương pháp nhân tử Lagrangie, ựiều kiện ựể ∆P có cực tiểu là các ựạo hàm riêng của hàm: F = f(Qbu 1,Qbu 2,Ầ,Qbu n) +λϕ(Qbu1, Qbu 2ẦQbu n) (2.4)
đều triệt tiêụ Do ựó, ta có hệ phương trình sau:
Qbu 1 Qbu 2 Qbu n Qn Q2 Q1 r1 r2 Qbu Q rn
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 35 1 bu 1 1 2 2 bu 1 2 bu 2 2 2 2 bu 2 n bu n n 2 2 bu n