Xem mẫu
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
Luận văn tốt nghiệp
Đề tài: Chuyênđề lưới điện
phân phối và công suất
phản kháng
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:1
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập (2005-2010) tại Trường Đại Học Bách Khoa Đà
Nẵng, với sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô và giáo viên dạy dỗ và hướng dẫn
trong học tập cũng như mọi mặt cuộc sống, nhất là trong thời gian thực hiện
chuyên đề, nên chuyên đề đã được hoàn thành đúng thời gian qui định.
Em thực hiện chuyên đề với những kiến thức tích lũy được qua thời gian học
tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, được sự hướng dẫn tận tình của các thầy
cô trong Khoa Điện và nhất là thầy giáo hướng dẫn TS. Lê Kỷ cùng các anh chị
trong công ty Điện lực 3. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện chuyên đề do kiến
thức còn hạn chế nên em không thể không có những sai sót, em kính mong được sự
đóng góp ý kiến, chỉ bảo thêm của các thầy cô giáo để em hoàn thiện hơn nữa kiến
thức chuyên môn cũng như ứng dụng thực tế.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân tình đến các thầy cô
giáo trong Khoa và đặc biệt là thầy Lê Kỷ đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời
gian qua để em hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp này.
Đà Nẵng, Ngày 1 tháng 6 năm 2010
Sinh viên
Phan Hoàng Sơn
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:2
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ SỰ TIÊU THỤ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG................................................................................. 7
I. Giới thiệu về lưới điện phân phối ...................................................... 7
1.1 Lưới điện phân phối (LĐPP)......................................................... 7
1.2 Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành LĐPP .......... 8
II. Công suất phản kháng và sự tiêu thụ trong lưới điện phân phối10
2.1 Công suất phản kháng (CSPK) ................................................... 10
2.2 Mối quan hệ CSPK với vận hành lưới điện ................................ 11
2.2.1 CSPK với điện áp.................................................................. 11
2.2.2 CSPK với ổn định hệ thống ................................................... 13
2.3 Sự tiêu thụ CSPK trong lưới điện................................................ 13
2.4 Các nguồn phát CSPK................................................................. 15
CHƯƠNG 2 ................................................................................................ 16
GIỚI THIỆU BÀI TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRONG LƯỚI ĐIÊN PHÂN PHỐI.......................................................... 16
I. Tổng quát bù công suất phản kháng LĐPP .................................... 16
1.1 Khái niệm bù công suất phản kháng........................................... 16
1.2 Điều chỉnh hệ số công suất ......................................................... 16
1.3 Điều chỉnh điện áp ...................................................................... 17
1.4 Mục tiêu bù công suất phản kháng cho LĐPP ........................... 18
II. Các phương pháp bù công suất phản kháng LĐPP .................... 19
2.1 Phương thức bù trên LĐPP ........................................................ 19
2.1.1 Bù ngang............................................................................... 19
2.1.2 Bù dọc................................................................................... 20
2.1.3 Giới thiệu tụ điện tỉnh ........................................................... 21
2.1.4 Bù cố định và điều chỉnh theo chế độ làm việc ...................... 21
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:3
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
2.2 Bù kinh tế LĐPP ......................................................................... 22
2.2.1 Khái niệm dòng tiền tệ. ......................................................... 22
2.2.2 Quy đổi thời gian tương đương cho dòng tiền tệ phân bố đều22
2.2.3 Quy về giá trị hiện tại ........................................................... 24
2.2.4 Bù tối ưu theo phân tích dòng tiền tệ động............................ 24
III. Ứng dụng bù công suất phản kháng cho LĐPP .......................... 28
3.1 Bù tự nhiên LĐPP .......................................................................... 28
3.2 Bù phía trung áp LĐPP .................................................................. 29
3.2.1 Tính dung lượng bù ................................................................... 29
3.2.2 Tối ưu vị trí bù........................................................................... 30
a. Trường hợp đặt tại một vị trí: ................................................... 31
b. Trường hợp đặt tại 2 vị trí ........................................................ 31
3.3 Bù phía hạ áp LĐPP...................................................................... 32
3.3.1 Lượng chọn CSPK tổn thất trong máy biến áp........................... 32
a. Thành phần tổn thất CSPK do điện kháng từ hóa. .................... 32
b. Thành phần tổn thất CSPK do điện kháng rò:........................... 33
3.3.2 Bù CSPK do tổn thất máy biến áp.............................................. 34
a. Tính toán hệ số bù công suất phản kháng. ................................ 35
b. Tính toán dung lượng bù hợp lý về kinh tế sau các trạm biến áp36
CHƯƠNG 3 ................................................................................................ 40
PHẦN MẾM PSS/ADEPT 5.0 VÀ CƠ SỞ TÍNH TOÁN BÙ CSPK
BẰNG PSS/ADEPT 5.0 .............................................................................. 40
I. Tổng quan về phần mềm pss/adept 5.0 ........................................... 40
1.1 Giới thiệu pss/adept 5.0 ............................................................... 40
1.2 Mô hình lưới điện của phần mềm pss/adept 5.0............................ 40
1.2.1 Nút............................................................................................. 41
1.2.2 Nguồn........................................................................................ 41
1.2.3 Phụ tải....................................................................................... 41
1.2.4 Tụ bù ......................................................................................... 41
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:4
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
1.2.5 Đường dây................................................................................. 42
1.2.6 Máy biến thế.............................................................................. 42
1.2.6 Máy điện.................................................................................... 42
1.3 Giới thiệu về CAPO.................................................................... 42
II. Cơ sở tính toán bù CSPK bằng pss/adept......................................... 42
2.1 Thu thập dữ liệu lưới điện trong thực tế. .................................... 42
2.2 xây dựng đồ thị phụ tải................................................................ 43
2.3 Xây dựng chỉ số kinh tế trong pss/adept...................................... 44
2.3.1 Giá điện năng tiêu thụ (cP): ...................................................... 46
2.3.2 Giá điện năng phản kháng tiêu thụ (cP): ................................... 46
2.3.3 Chi phí công suất tác dụng lắp đặt nhà máy điện (dP): ............. 47
2.3.4 Chi phí công suất phản kháng lắp đặt nhà máy điện (dQ): ........ 48
2.3.5 Tỷ lệ chiết khấu (r): ................................................................... 48
2.3.6 Tỷ số lạm phát (i): ..................................................................... 48
2.3.7 Thời gian tính toán (N):............................................................. 48
2.3.8 Giá lắp đặt tụ bù cố định(cF)và tụ bù điều chỉnh(cQ): .............. 48
2.4 Xây dựng thông số đường dây ........................................................ 49
2.5 Xây dựng thông số máy biến áp...................................................... 50
2.6 Xây dựng cấu trúc LĐPP................................................................ 52
2.7 Bổ sung thiết bị bảo vệ.................................................................... 53
2.8 Xây dựng cấu trúc cơ sở dữ liệu file pti.con ................................... 54
CHƯƠNG 4:............................................................................................... 56
LĐPP PHÚ YÊN ỨNG DỤNG PSS/ADEPT 5.0 TÍNH BÙ CHO XUẤT
TUYẾN 22 KV ĐỒNG XUÂN................................................................... 56
I. LĐPP tỉnh Phú Yên.......................................................................... 56
1.1 Tổng quan về LĐPP tỉnh Phú Yên.............................................. 56
1.2 Xuất tuyến Đồng Xuân ................................................................ 57
II. Ứng dụng pss/adept cho xuất tuyến Đồng Xuân ......................... 58
2.1 Thiết lập và xây dựng thông số LĐPP xuất tuyến Đồng Xuân ... 58
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:5
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
2.1.1 Thiết lập thông số pss/adept5.0............................................. 58
a. Thông số chương trình ............................................................. 59
b. Thuộc tính lưới điện ................................................................. 59
c. Thông số báo cáo (Reports)...................................................... 60
2.1.2 Tạo sơ đồ LĐPP trên pss/adept 5.0....................................... 61
a. Tạo nút..................................................................................... 61
b. tạo shunt thiết bị....................................................................... 62
c. tạo nhánh.................................................................................. 62
2.2 phân tích bài toán phân bố công suất ......................................... 63
2.2.1 Cài đặt tùy chọn cho bài toán phân bố công suất.................. 63
a. thiết lập cho thẻ general :.......................................................... 63
b. Thiết lập cho thẻ load flow....................................................... 63
2.2.2 áp dụng tính trào lưu công suất cho xuất tuyến Đồng Xuân . 65
2.3 Tính toán bù tự nhiên.................................................................. 66
2.4 Tính toán bù kinh tế .................................................................... 67
2.4.1 Thuật toán bù tối ưu của chương trình pss/adept .................. 67
2.4.2 Các phương tính toán bù kinh tế ........................................... 70
2.4.2.1 Tính toán bù phía trung áp LĐPP...................................... 70
a. Tính toán bù cố định phía trung áp:....................................... 71
b. Bù điều chỉnh trung áp:......................................................... 72
c. Bù kết hợp cố định và điều chỉnh.......................................... 74
2.4.2.2 Tính toán bù phía hạ áp LĐPP. ......................................... 76
a. Bù cố định hạ áp ................................................................... 79
b. Bù hiệu chỉnh hạ áp............................................................... 81
c. Bù kết hợp hiệu chỉnh và cố định hạ áp................................. 83
2.5 Kết luận .......................................................................................... 86
Phụ lục……………………………………………………………………….87
Tài liệu tham khảo…………………………………………………………...95
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:6
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ SỰ TIÊU THỤ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG
I. Giới thiệu về lưới điện phân phối
1.1 Lưới điện phân phối (LĐPP)
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây
truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ
sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
Do phụ tải ngày càng phát triển với tốc độ ngày càng cao, vì vậy cần
xây dựng các nhà máy có công suất lớn. Vì lý do kinh tế và môi trường, các
nhà máy điện được xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu. Trong khi đó
các trung tâm phụ tải lại ở xa, do vậy phải dùng lưới điện truyền tải để chuyển
tải điện năng đến các hộ phụ tải. Vì lý do kinh tế cũng như an toàn, người ta
không thể cung cấp trực tiếp cho các phụ tải bằng lưới truyền tải, do vậy phải
xây dựng LĐPP.
LĐPP trung áp có các cấp điện áp 6, 10, 15, 22, 35KV phân phối điện
cho các trạm biến áp phân phối trung-hạ áp, lưới hạ áp cấp điện trực tiếp cho
các phụ tải hạ áp. LĐPP có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng
phục vụ phụ tải, vì vậy việc nghiên cứu thiết kế, vận hành hệ thống LĐPP là
hết sức quan trọng.
Khi thiết kế xây dựng LĐPP phải đảm bảo các chỉ tiêu:
- An toàn cho lưới điện và cho con người.
- Chi phí xây dựng lưới điện là kinh tế nhất.
- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện nhất, bằng các biện pháp như có thể
có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế
như máy phát, cấu trúc mạng kín vận hành hở …
- Vận hành dễ dàng, linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện
trong tương lai.
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:7
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
- Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định
điện áp.
- Đảm bảo chi phí vận hành, bảo dưỡng là nhỏ nhất.
LĐPP có thể thiết kế, vận hành trên không hoặc ngầm dưới đất. LĐPP
ngầm thường xây dựng khu vực thành phố có mật độ phụ tải cao để đảm bảo
mỹ quan, an toàn cung cấp điện.
1.2 Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành LĐPP
LĐPP có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống
điện, cụ thể là :
- Chất lượng cung cấp điện ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ.
- Tổn thất điện năng thường gấp 3 – 4 lần so với lưới điện truyền tải.
- Giá đầu tư xây dựng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ vốn đầu tư
mạng cao áp là 1 thì mạng phân phối trung áp thường 1,5 – 2 lần và
mạng phân phối hạ áp thường 2 – 2,5 lần.
- Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo quản theo kế
hoạch, cải tạo, đóng điện trạm mới trên LĐPP cũng nhiều hơn lưới điện
truyền tải.
Vì vậy việc nghiên cứu các biện áp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành
LĐPPsẽ đem lại lợi ích rất lớn. Các biện pháp này hầu hết nhằm mục đích
giảm chỉ tiêu tổn thất công suất, tổn thất điện năng. Để đảm bảo các chỉ tiêu
kinh tế thì các bài toán điển hình sau đây thường được quan tâm giải quyết:
- Bài toán tối ưu hoá cấu trúc sơ đồ lưới, tiêu chuẩn hoá tiết diện dây dẫn
và công suất trạm.
- Bài toán điều khiển vận hành nhằm giảm tổn thất, nâng cao chất lượng
điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.
- Bài toán đặt thiết bị bù tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cung cấp điện.
Trong đó, bài toán đặt thiết bị bù tối ưu là một trong những biện pháp
kỹ thuật giải quyết hiệu quả tổng hợp nhất. Tuy nhiên, bài toán bù CSPK
trong LĐPP là bài toán phức tạp vì [1]:
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:8
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
- LĐPP có cấu trúc phức tạp, một trạm trung gian có nhiều trục chính,
mỗi trục cấp điện cho nhiều trạm phân phối. Cấu trúc LĐPP liên tục
phát triển theo thời gian và không gian.
- Chế độ làm việc của phụ tải không đồng nhất và tăng trưởng không
ngừng.
- Thiếu thông tin chính xác về đồ thị phụ tải phản kháng.
- Công suất tụ là biến rời rạc.
Trước các khó khăn đó, để có thể giải quyết được bài toán bù, phải
phân chia bài toán bù thành các bài toán nhỏ hơn và áp dụng các giả thiết giản
ước khác nhau. Các giả thiết giản ước phải đảm bảo không làm sai lệch quá
mức đến kết quả tính toán, nó phải đảm bảo lời giải phải gần với lời giải tối
ưu lý thuyết. Các giả thiết giản ước được thừa nhận rộng rãi và có thể được áp
dụng là:
- Bài toán bù được giải riêng cho từng xuất tuyến trung áp.
- Giả thiết đồ thị phụ tải của các trạm phân phối trong cùng xuất tuyến
trung áp là như nhau và giống như đồ thị phụ tải đo được ở đầu xuất
tuyến trung áp. Đồ thị phụ tải phản kháng có thể được đặc trưng bởi
CSPK trung bình Qtb hay hệ số sử dụng CSPK K sd = Qtb/Qmax và thời
gian sử dụng CSPK Tqmax.
- Bài toán so sánh các phương án bù tối ưu trong cùng một xuất tuyến sẽ
được thực hiện cùng một chế độ phụ tải.
- Coi Qb không phụ thuộc điện áp và lợi ích do bù không đổi trong suốt
thời gian vận hành.
- Giả thiết suất đầu tư tụ bù có quan hệ tuyến tính với công suất cụm tụ.
- Bài toán bù CSPK trong LĐPP giải quyết được nhiều vấn đề cơ bản
trong công tác tối ưu hoá hệ thống cung cấp điện, trong đó tính tổng
quát của bài toán được xét trên nhiều phương diện khác nhau. Luận văn
sẽ nghiên cứu giải quyết bài toán đặt thiết bị bù để nâng cao hiệu quả
kinh tế và tối ưu vận hành cung cấp điện.
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:9
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
II. Công suất phản kháng và sự tiêu thụ trong lưới điện phân phối
2.1 Công suất phản kháng (CSPK)
Định nghĩa:
Công suất phản kháng Q là công suất tiêu tốn cho việc biến đổi năng
lượng điện từ. Nó không tạo ra công hữu ích nhìn thấy ở đầu ra của tải, do đó
người ta gọi là công suất vô công.[2]
Xét một mạch điện có tải là điện trở R và điện kháng X được cung cấp
bởi điện áp:
U = U m sin t như hình vẽ 1-1:
Z
X
R
Hình 1-1: Tam giác tổng trở
Dòng điện i lệch pha với u một góc φ: i = I m sin ( t )
hay i = Im (sin t cos - sin cos t ) = i ' + i '' (1.1)
i ' = Imcos sin t và i '' = Imsin cos t = -Imsin sin( t - 2 )
Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần:
- i ' có biên độ Imcos cùng pha với điện áp.
- i '' có biên độ Imsin chậm pha so với điện áp u một góc 2 .
Công suất tương ướng với hai thành phần i ' và i '' là:
P = U.Icos gọi là công suất tác dụng.
Q = U.Isin gọi là công suất phản kháng.
Từ tam giác tổng trở hình 1-1 ta có thể viết:
P = U.Icos = (Z.I).(Icos ) = Z.I 2 . R Z = R. I 2 (1.2)
Q = U.Isin = (Z.I).(Isin ) = Z.I 2 . X Z = X. I 2 (1.3)
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:10
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
Vậy công suất phản kháng của một nhánh nói lên quá trình dao động của
năng lượng.
Ta có thể biểu diễn quan hệ S, P, Q như hình1-2:
U.Icos P U
U.Isin
U.I
Q
S
Hình 1-2 Tam giác công suất
Các thành phần mang tính điện kháng và điện dung trong mạng điện sẽ
tiêu thụ CSPK.
Đơn vị: Var
2.2 Mối quan hệ CSPK với vận hành lưới điện
2.2.1 CSPK với điện áp
Xét ảnh hưởng của điện áp với hệ thống điện:
Sự biến đổi không ngừng của phụ tải, trước hết là công suất phản
kháng, đây là các biến đổi tự nhiên và chậm. Sự biến đổi điện áp dẫn đến hậu
quả:
- Chất lượng điện năng ở các thiết bị dùng điện không đạt yêu cầu.
- Ảnh hưởng đến công tác của HTĐ:
- điện áp tăng quá cao gây nguy hiểm cho thiết bị HTĐ
- Điện áp thấp làm giảm ổn định tĩnh của hệ thống tải điện, giảm khả
năng ổn định động và ổn định tổng quát và nếu thấp quá có thể gây mất
ổn định phụ tải.
Mức điện áp trong hệ thống ảnh hưởng lớn đến tổn thất công suất và
tổn thất điện năng trong hệ thống điện nhất là trên lưới cao và siêu cao áp. Vì
thế phải thực hiện điều chỉnh điện áp liên tục trong quá trình vận hành hệ
thống điện.
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:11
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
Ta có công suất phản kháng và điện áp hệ thống điện có mối quan hệ
mật thiết ảnh hưởng lẫn nhau.
Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp. Ta
biết rằng tổn thất điện áp được tính theo công thức sau:
P.R Q. X P. X Q.R
U j = U jU (1.4)
U U
Khi phu tải biến đổi làm cho U biến đổi làm cho điện áp trên các nút
phụ tải biến đổi và toàn hệ thống điện biến đổi. Trong đó thành phần dọc trục
U làm biến đổi modul của điện áp, còn thành phần U làm biến đổi góc pha
của điện áp. Trên lưới điện hệ thống cấp điện áp 220-500 kV, điện trở R nhỏ
hơn rất nhiều so với điện kháng X, do đó có thể bỏ qua R trong công thức
(1.4)
Q. X P. X
U j U jU (1.5)
U U
Từ công thức trên ta thấy thành phần U hoàn toàn phụ thuộc vào công
suất phản kháng Q tải trên lưới điện. Còn sự biến đổi công suất tác dụng chỉ
làm biến đổi góc của điện áp, thành phần này ảnh hưởng ít đến modul của
điện áp.
Trong mạng điện cao áp và nhất là trung - hạ thế, R khá lớn có thể so
sánh với X, trong lưới cáp còn lớn hơn X nhiều do đó dòng công suất tác
dụng cũng ảnh hưởng đến điện áp. Nhưng không thể điều chỉnh dòng công
suất tác dụng để điều chỉnh điện áp được vì công suất tác dụng là yêu cầu của
phụ tải để sinh ra năng lượng, chỉ có thể đưa đến từ các nhà máy điện. Còn
công suất phản kháng không sinh công, nó chỉ là dòng công suất gây ra từ
trường dao động trên lưới điện, rất cần thiết nhưng có thể cung cấp ở phụ tải.
Do đó trong các lưới này vẫn phải điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh
cân bằng công suất phản kháng.
Tóm lại trên lưới hệ thống, mức điện áp phụ thuộc vào dòng công suất
phản kháng.
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:12
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
2.2.2 CSPK với ổn định hệ thống
Điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định của hệ thống và do đó
công suất phản kháng Q thông qua điện áp ảnh hưởng gián tiếp đến độ ổn
định của hệ thống điện.
Ta có khi phụ tải lớn, cả hệ thống truyền tải và phụ tải đều yêu cầu
công suất phản kháng tính cảm, và máy phát phải phát công suất vào hệ
thống. Ngược lại khi tải nhẹ điện dung của hệ thống tải điện chiếm ưu thế và
máy phát điện phải tiêu thụ công suất phản kháng thừa này. Máy phát công
suất phản kháng khi dòng kích từ lớn (quá kích từ) và tiêu thụ công suất phản
kháng khi dòng kích từ nhỏ (thiếu kích từ).
2.3 Sự tiêu thụ CSPK trong lưới điện
Công suất phản kháng được tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy
biến áp, trên đường dây điện và mọi nơi có từ trường. Yêu cầu công suất phản
kháng chỉ có thể giảm đến tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó cần
thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển
hoa điện năng. Theo yêu cầu công suất phản kháng được chia như sau:
- Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 70-80%.
- Máy biến áp tiêu thụ 25-15%.
- Đường dây điện và các phụ tải khác 5%.
Nhu cầu công suất phản kháng chủ yếu là ở các xí nghiệp công nghiệp,
cosφ của chúng dao động từ 0.5 đến 0.8 có nghĩa là cứ tiêu thụ 1 kW công
suất tác dụng thì chúng yêu cầu từ 0.75 đến 1.7 KVAr công suất phản kháng.
Trong xí nghiệp các động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 65-70%, MBA
20-15%, các phụ tải khác 5-10% tổng lượng công suất phản kháng yêu cầu.
Do đó, muốn giảm yêu cầu công suất phản kháng phải chú ý đến các động cơ
không đồng bộ.[2]
a. Nhu cầu công suất phản kháng ở các phụ tải sinh hoạt, dân dụng không
nhiều, cosφ của chúng thường lớn hơn 0.9. [2]
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:13
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
b. Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng chính
trong lưới điện. Công suất phản kháng tiêu thụ trong động cơ gồm 2 thành
phần:
- Một phần nhỏ công suất phản kháng dùng để sinh ra từ trường tải trong
mạch điện sơ cấp và thứ cấp, được tính theo công thức:[2]
P 1 I
Q (tag đm . o ) (1.6)
Pđm . đm cos đm I đm
Trong đó:
- P công suất tải thực tế của động cơ
- Pđm, cosφđm, Iđm công suất, hệ số công suất, dòng điện định mức của
động cơ
- ηđm hiệu suất động cơ theo định mức
- I0 dòng điện không tải
- Phần lớn công suất phản kháng dùng để sinh ra từ trường khe hở
Io P
Q . (1.7)
I đm Pđm . đm
c. Máy biến áp tiêu thụ công suất phản kháng nhỏ hơn động cơ không
đồng bộ vì không có khe hở không khí. Công suất phản kháng trong
máy biến áp có 2 thành phần
- Một phần công suất phản kháng dùng để từ hóa lõi thép không phụ
thuộc vào tải, được tính theo công thức:[2]
I o %.S đm
Qo (1.8)
100
- Trong đó: + Sđm dung lượng định mức máy biến áp
+ i0% dòng điện không tải tính theo % của dòng điện định
mức máy biến áp.
- Công suất tản của máy biến áp phụ thuộc vào tải:
UN %
Qtt 2 . .S đm (1.9)
100
- Trong đó: + β hệ số mang tải của máy biến áp
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:14
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
+ UN% diện áp ngắn mạch phần trăm
d. Đèn huỳnh quang: các đèn huỳnh quang vận hành có một chấn lưu để
hạn chế dòng điện. Tuỳ theo điện cảm của chấn lưu, hệ số công suất nằm
trong khoảng 0,3- 0,5; Tuy CSPK tiêu thụ trong đèn nhỏ, nhưng số lượng đèn
sử dụng nhiều, nên tổng CSPK tiêu thụ khá lớn. Ngày nay các đèn huỳnh
quang hiện đại có bộ khởi động điện tử, hệ số công suất gần bằng 1, tuy nhiên
các bộ khởi động điện tử này sinh ra các sóng hài.[2]
Đặc điểm của công suất phản kháng là biến thiên mạnh theo thời gian
cũng như công suất tác dụng. Yêu cầu công suất phản kháng được cho bằng
đồ thị công suất phản kháng ngày đêm hoặc đồ thị kéo dài hoặc ít nhất là giá
trị cực đại và hệ số sử dụng Kq = Qtb/ Q max.[1]
2.4 Các nguồn phát CSPK
Khả năng phát công suất phản kháng của các nhà máy điện rất hạn chế,
cosφ = 0.8-0.85. Vì lý do kinh tế người ta không làm các máy phát (MF) có
khả năng nhiều công suất phản kháng đủ cho phụ tải. Các MF chỉ đảm đương
một phần yêu cầu công suất phản kháng của phụ tải, nó gắn chức năng điều
chỉnh công suất phản kháng trong hệ thống làm cho nó đáp ứng được nhanh
chóng yêu cầu phụ tải. Phần còn lại trông vào các nguồn công suất phản
kháng đặt thêm tức là nguồn công suất bù.[2]
Trong HTĐ còn phải tính đến một nguồn công suất phản kháng nữa đó
là các đường dây siêu cao áp. Các đường dây này phát ra một lượng công suất
phản kháng đáng kể, trong chế độ max nó làm nhẹ đi khá nhiều vấn đề thiếu
công suất phản kháng.[2]
Nhưng trong chế độ non tải gây thừa công suất phản kháng đến mức có
thể gây ra tai biến phải đối phó bắng cách đặt các kháng điện, nếu các đường
dây này quá dài. [2]
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:15
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU BÀI TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRONG LƯỚI ĐIÊN PHÂN PHỐI
I. Tổng quát bù công suất phản kháng LĐPP
1.1 Khái niệm bù công suất phản kháng
Trong quá trình cung cấp điện năng, một số phụ tải có nhu cầu được
cung cấp CSPK, mặc dù không sinh ra công, nhưng cần thiết để tạo ra từ
trường, một yếu tố trung gian trong quá trình chuyển hoá điện năng.
Sự truyền tải CSPK trên đường dây cũng như trong máy biến áp, sẽ làm
xấu đi các chỉ số kinh tế-kỹ thuật của mạng điện. Do đó vấn đề đặt ra là giảm
sự truyền tải CSPK trên đường dây và các phần tử có dòng điện chạy qua.
Để giảm truyền tải CSPK trong mạng điện, có thể đặt các thiết bị bù một
chiều (dùng tụ điện tĩnh bù ngang) hoặc thiết bị bù hai chiều (máy bù tĩnh -
SVC hay máy bù đồng bộ) nhằm cung cấp thêm CSPK cho mạng điện tại các
vị trí gần phụ tải gọi là bù CSPK.[2]
1.2 Điều chỉnh hệ số công suất
Định nghĩa: Hệ số công suất, biểu diễn mối quan hệ giữa các dạng
công suất của hệ thống điện P,Q,S thông qua góc lệch pha giữa điện áp và
dòng điện, ký hiệu cosφ.[1]
Có mối quan hệ như hình 2.1
Hình 2-1: Giản đồ vector dòng điện và công suất
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:16
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
P P
cos (2.1)
S P Q2
2
mối quan hệ giửa P, Q, S và cosφ là:
từ công thức (2.1) và hình 2.2 ta thấy:
P
cos (2.2)
P Q2
2
Khi được cung cấp một lượng công suất phản kháng Qc hệ số công suất hiệu
chỉnh là:
P
cos (2.3)
P (Q Qc ) 2
2
Hình 2 -2: Giản đồ vector điều chỉnh hệ số công suất
1.3 Điều chỉnh điện áp
Như chương I đã giới thiệu mối liện hệ công suất phản kháng với điện
áp từ công thức (5-1) ta thấy điện áp là đại lượng rất quan trọng ảnh hưởng
trực tiếp đến chất lượng điện. Vì mối liên hệ giửa U và Q ảnh hưởng trực tiếp
đến chất lượng điện năng nên cần có sự điều chỉnh hợp lý U. Theo quyết định
105/2005/NĐ – CP độ lệch điện áp cho phép trong lưới điện phấn phối
U 5%U đm . Các biện pháp điều chỉnh trong LĐPP:
- Điều chỉnh nấc phân áp trong máy biến áp điều áp dưới tải, thường đối
với LĐPP là 5% U đm với lưới chưa hoàn thiện là: 10%Uđm.
- Điều chỉnh đồ thị phụ tải như phân pha cân bằng cho phụ tải trên LĐPP
- Thay đổi công suất phản kháng Q như công thức (1.5)
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:17
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
- Ngoài ra trong lúc xây dựng chọn sơ đồ nối dây phù hợp, tiết điện dây
phù hợp, có quy hoach cho tương lai …
1.4 Mục tiêu bù công suất phản kháng cho LĐPP
Bù công suất phản kháng là một trong những biện pháp giảm tổn thất
công suất trên đường giây, giảm tổn thất điện áp, làm tăng khẳn năng truyền
tải của đường dây và ổn định điện áp cuối đường dây[10]
Ibu
U
2
It
Hình 2-3 Giản đồ vector dòng điện tải trước và sau bù
Từ đồ thị 2-3 ta thấy mối quan hệ giửa P, Q, φ:
Q
arctg (2.4)
P
Chứng tỏ góc lệch pha của điện áp và dòng điện nhỏ hơn trước khi bù,
hệ số công suất sẽ tăng lên dẫn đến những hiệu quả sau:
- Giảm tổn thất công suất trong các phần tử hệ thống của hệ thống cung
cấp điện (đường dây, máy biến áp…) theo công thức (2.5)
P2 Q2 P2 Q2
P R 2 R 2 R P( P ) P( Q ) (2.5)
U2 U U
Khi giảm Q truyền tải trên đường dây ta giảm được tổn thất P(Q ) gây ra.
- Giảm tổn thất điện áp theo công thức (1.5)
PR QX PR QX
U U ( P ) U (Q )
U U U
- Tăng khản năng truyền tải của đường dây và máy biến áp
Khản năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào
dòng điện phát nóng:
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:18
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
P2 Q2
I= (2.6)
3U
Điều này ảnh hưởng đến tiết diện đường dây và khối lượng dây quấn và
lỏi thép của máy biến áp.
II. Các phương pháp bù công suất phản kháng LĐPP
2.1 Phương thức bù trên LĐPP
Sự tiêu thụ CSPK không hợp lý do cấu trúc lưới, phương thức vận hành
không tối ưu và phụ tải các pha không đối xứng làm cho hệ số công suất giảm
thấp. Chính vì vậy trước khi nghiên cứu bù nhân tạo, cần phải nghiên cứu bù
tự nhiên để khắc phục các thiếu sót trong quản lý, vận hành, phân phối, tiêu
thụ điện… để hạn chế tiêu thụ CSPK quá mức, sau đó mới nghiên cứu bù
nhân tạo theo các phương thức sau:
2.1.1 Bù ngang
Đối với LĐPP có nhu cấu CSPK thì phương thức bù thường sử dụng là
bù ngang bằng cách dùng các tụ điện tỉnh mắc song song với đường dây để
cung cấp CSPK, hay dòng điện nhằm chống lại dòng lệch pha do tải cảm
nhằm cải thiện tổn thất điện áp.
Trước khi bù ta có (hình 2-4 a): [1]
1
U = 2 ( P .R
i i Qi X i ) (2.7)
10.U đm
Trong đó: lấy toàn bộ đường dây.
Sau khi bù tổn thất điện áp giảm đi một lượng là:
U b = (1/10.U 2 ).Q b X i
đm (2.8)
Từ công thức (2.8) suy ra:
2
U b .10.U đm
Qb (2.9)
X
Trong đó: X là điện kháng từ đầu đường dây đến vị trí đặt bù.
Chú ý rằng chỉ có hiệu quả khi X của lưới điện lớn (đường dây trên
không) và khi cos của lưới trước khi bù thấp.
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:19
- Chuyên đề tốt nghiệp khoa điện kỉ thuật GVHD: TS. Lê Kỷ
a,
Qb
X
b,
Q b1 Q b2
Hình 2-4
2.1.2 Bù dọc
Bù dọc phương thức giảm tổn thất điện áp trong LĐPP bằng cách đặt
các tụ bù nối tiếp vào đường dây nhằm giảm tổn thất điện áp ΔU bằng cách
giảm điện kháng của nó như hình (2-5). Tuy nhiên bù dọc không áp dụng
nhiều cho LĐPP.
P.R Q ( X X c )
U 2
(4.10)
10.U đn
Nếu biết độ tăng điện áp cần thiết Ek và Q của phụ tải ta tính được X c :
2
10.U đm .E k
Xc (2.11)
Q
SVTH: Phan Hoàng Sơn lớp: 05Đ1A Trang:20
nguon tai.lieu . vn
