Nghiên cứu ứng dụng thiết bị facts trong việc giảm tổn thất trên lưới điện truyền tải tỉnh ninh thuận

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng thiết bị facts trong việc giảm tổn thất trên lưới điện truyền tải tỉnh ninh, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Giải Pháp Giảm Tổn Thất Điện Năng Trên Lưới Điện Truyền Tải Tỉnh Ninh Thuận Bằng Công Nghệ FACTS
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Ninh Thuận

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: TÌM HIỂU VỀ VẤN ĐỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
• 1.1. Công suất phản kháng trong hệ thống điện
• 1.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng
• 1.2.1. Sự tiêu thụ CSPK trong động cơ không đồng bộ
• 1.2.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng trong Máy biến áp (MBA)
• 1.2.3. Sự tiêu thụ công suất phản kháng ở đèn huỳnh quang
• 1.3. Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới điện
• 1.3.1. Máy điện đồng bộ
• 1.3.2. Đường dây tải điện
• 1.3.3. Tụ điện tĩnh
• 1.4. Các dạng bù trong HTĐ. Tổn thất điện năng trong HTĐ
• 1.4.1. Thực trạng về tổn thất điện năng
• 1.4.2. Phương pháp phân tích đồ thị
• 1.4.3. Các biện pháp giảm tổn thất điện năng
• 1.4.3.1. Đối với đường dây
• 1.4.3.2. Đối với MBA
• 1.4.3.3. Giảm tổn thất điện năng trong vận hành
• 2. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
• 2.1. Mô hình đường dây truyền tải hệ thống điện
• 2.2. Tổng quan về công suất phản kháng
• 2.3. Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng
• 2.4. Các thiết bị bù công suất phản kháng
• 2.4.1. Khái quát sự hình thành và phát triển của hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS)
• 2.4.2. Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS
• 2.4.3. Phân loại thiết bị FACTS
• 2.4.3.1. Thiết bị bù ngang (Shunt Devices)
• 2.4.3.2. Thiết bị bù dọc (Series Devices)
• 2.4.3.3. Thiết bị bù kết hợp nối tiếp - nối tiếp (Combined series – series Devices)
• 2.4.3.4. Thiết bị bù kết hợp nối tiếp - song song (Combined series – shunt Devices)
• 2.4.4. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor TCSC
• 2.4.4.1. Giới thiệu về TCSC
• 2.4.4.2. Các tác dụng của tụ bù dọc và mô hình TCSC
• 2.4.4.3. Mô phỏng các thành phần tương đương TCSC trong PowerWorld Simulation
• 3. CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG TCSC TRONG LƯỚI ĐIỆN TỈNH NINH THUẬN
• 3.1. Giới thiệu phần mềm PowerWorld Simulator
• 3.2. Hiện trạng lưới điện truyền tải Ninh Thuận
• 3.3. Cơ sở lựa chọn vị trí đặt TCSC lưới điện truyền tải tỉnh Ninh Thuận
• 3.4. Mô hình hệ thống điện Ninh Thuận
• 3.5. Các bước tiến hành mô phỏng và kết quả đạt được
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện truyền tải

Giảm tổn thất điện năng là một trong những thách thức lớn trong việc quản lý lưới điện truyền tải, đặc biệt là tại tỉnh Ninh Thuận. Việc sử dụng công nghệ FACTS, đặc biệt là thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC), đã mở ra hướng đi mới cho việc nâng cao hiệu quả truyền tải điện. Giải pháp này không chỉ giúp giảm tổn thất mà còn cải thiện độ ổn định của lưới điện.

1.1. Tại sao cần giảm tổn thất điện năng

Tổn thất điện năng không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế mà còn gây ra những vấn đề về môi trường. Việc giảm tổn thất giúp tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính.

1.2. Công nghệ FACTS là gì

Công nghệ FACTS (Flexible AC Transmission Systems) là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, cho phép điều khiển dòng công suất và điện áp một cách hiệu quả, từ đó giảm tổn thất điện năng.

II. Vấn đề tổn thất điện năng trên lưới điện truyền tải tỉnh Ninh Thuận

Tỉnh Ninh Thuận có nhiều nhà máy điện được xây dựng xa khu dân cư, dẫn đến việc điện năng phải truyền tải qua khoảng cách dài. Trong quá trình này, tổn thất điện năng xảy ra do điện kháng đường dây và các yếu tố khác. Việc hiểu rõ nguyên nhân tổn thất là rất quan trọng để tìm ra giải pháp hiệu quả.

2.1. Nguyên nhân gây tổn thất điện năng

Tổn thất điện năng chủ yếu do điện kháng của đường dây, điện áp không ổn định và góc pha truyền tải không phù hợp. Những yếu tố này làm giảm hiệu suất truyền tải điện.

2.2. Tình hình hiện tại của lưới điện Ninh Thuận

Hiện tại, lưới điện tỉnh Ninh Thuận vẫn còn nhiều vấn đề về tổn thất điện năng. Mặc dù đã có những cải tiến trong quản lý vận hành, nhưng tỷ lệ tổn thất vẫn còn cao.

III. Giải pháp công nghệ FACTS để giảm tổn thất điện năng

Công nghệ FACTS, đặc biệt là thiết bị TCSC, đã được chứng minh là giải pháp hiệu quả trong việc giảm tổn thất điện năng. Thiết bị này cho phép điều khiển dòng công suất và điện áp một cách linh hoạt, từ đó nâng cao hiệu quả truyền tải.

3.1. Nguyên lý hoạt động của TCSC

TCSC hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển dòng công suất bằng cách thay đổi điện kháng của đường dây. Điều này giúp tối ưu hóa việc truyền tải điện và giảm tổn thất.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng TCSC

Việc lắp đặt TCSC không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn cải thiện độ ổn định của lưới điện, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho toàn bộ hệ thống.

IV. Ứng dụng thực tiễn của TCSC trong lưới điện Ninh Thuận

Việc ứng dụng TCSC trong lưới điện truyền tải tỉnh Ninh Thuận đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các mô phỏng và thực nghiệm cho thấy sự giảm đáng kể trong tổn thất điện năng.

4.1. Kết quả mô phỏng với PowerWorld

Sử dụng phần mềm PowerWorld để mô phỏng cho thấy việc lắp đặt TCSC giúp giảm tổn thất điện năng từ 10-15% trên các tuyến dây quan trọng.

4.2. Thực trạng lắp đặt TCSC tại Ninh Thuận

Hiện tại, một số tuyến dây quan trọng đã được lắp đặt TCSC, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất truyền tải điện và giảm tổn thất.

V. Kết luận và hướng phát triển trong tương lai

Giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện truyền tải tỉnh Ninh Thuận bằng công nghệ FACTS là một bước tiến quan trọng. Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này sẽ giúp nâng cao hiệu quả vận hành của lưới điện trong tương lai.

5.1. Tương lai của công nghệ FACTS

Công nghệ FACTS sẽ tiếp tục phát triển và được ứng dụng rộng rãi hơn trong các hệ thống điện, giúp giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp tối ưu hóa lắp đặt TCSC và các thiết bị FACTS khác để giảm tổn thất điện năng một cách hiệu quả nhất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong hệ thống điện hiện đại, công tác truyền tải điện năng đi xa luôn đối mặt với thách thức lớn về tổn thất công suất, chiếm khoảng 6% đến 10% tổng điện năng sản xuất. Tại tỉnh Ninh Thuận, các trung tâm phát điện trọng điểm như nhà máy thủy điện Đa Nhim cùng hệ thống các cụm nhà máy điện gió thường nằm cách rất xa các trung tâm phụ tải và trạm biến áp phân phối. Việc truyền tải dòng công suất lớn qua cự ly dài làm gia tăng đột biến trở kháng đường dây, dẫn đến sụt áp nghiêm trọng và phát sinh tổn thất công suất tác dụng lẫn công suất phản kháng.

Thực tế vận hành cho thấy động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60% đến 65% công suất phản kháng, trong khi máy biến áp tiêu thụ khoảng 20% đến 25% nhu cầu toàn hệ thống. Tình trạng thiếu hụt nguồn bù cục bộ buộc dòng công suất phản kháng phải truyền tải trên khoảng cách lớn, gây lãng phí năng lượng và suy giảm giới hạn truyền tải ổn định.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng giải pháp ứng dụng thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, cụ thể là thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor nhằm giảm thiểu tổn thất điện năng và ổn định điện áp trên lưới truyền tải tỉnh Ninh Thuận. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống đường dây truyền tải trọng yếu của tỉnh Ninh Thuận, khảo sát trực tiếp 4 kịch bản mang tải của máy biến áp gồm 60%, 80%, 100% và 120%. Luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao khi giúp cắt giảm từ 14% đến 18% tổn thất công suất tác dụng, nâng cao hệ số công suất và mở rộng biên độ ổn định tĩnh mà không đòi hỏi chi phí đầu tư xây dựng các tuyến đường dây mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết truyền tải điện xoay chiều linh hoạt và lý thuyết dòng công suất trong hệ thống điện. Trong chế độ xác lập, công suất tác dụng truyền tải giữa hai nút điện áp được xác định thông qua phương trình phụ thuộc góc lệch pha và tổng dung kháng, cảm kháng của tuyến dây. Khi tích hợp thiết bị bù nối tiếp, giá trị dung kháng bổ sung sẽ trực tiếp làm giảm điện kháng tương đương của đường dây, qua đó nâng cao công suất giới hạn và tăng cường độ dự trữ ổn định tĩnh lẫn ổn định động.

Khung lý thuyết của luận văn tập trung vào 4 khái niệm kỹ thuật trọng tâm:

• Công suất phản kháng và sự cân bằng cán cân công suất trong lưới điện xoay chiều.
• Tổn thất điện năng trên các phần tử lưới điện, bao gồm tổn thất kỹ thuật trên dây dẫn và tổn thất trong lõi thép máy biến áp.
• Hệ thống thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, phân nhóm thành các thiết bị bù ngang, bù dọc và bù hỗn hợp.
• Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor, cấu tạo từ dàn tụ điện tĩnh mắc song song với cuộn kháng điều khiển bằng van thyristor. Dung kháng tương đương của thiết bị này có khả năng biến thiên liên tục và thời gian đáp ứng cực nhanh, không quá 0.25 chu kỳ của tần số công nghiệp 50Hz. Định mức dung kháng của thiết bị bù dọc thường được thiết kế không vượt quá 75% cảm kháng tự nhiên của đường dây.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu kỹ thuật thực tế từ Công ty Điện lực Ninh Thuận, bao gồm thông số kỹ thuật chi tiết của hệ thống thanh cái, đường dây truyền tải, máy phát thủy điện Đa Nhim và các máy biến áp nguồn.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao quát toàn bộ 18 nút truyền tải trọng yếu trên địa bàn tỉnh, tập trung đánh giá sâu tại 6 nút liên kết chiến lược gồm nút số 2, số 3, số 8, số 12, số 14 và số 18. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích dựa trên các điểm nút giao thoa có mật độ trào lưu công suất cao và thường xuyên xuất hiện nguy cơ nghẽn mạch hoặc sụt giảm điện áp khi phụ tải biến động.

Phương pháp phân tích chủ đạo là mô phỏng toán học trào lưu công suất xác lập trên phần mềm chuyên dụng PowerWorld Simulator, một công cụ có năng lực tính toán mạng lưới phức tạp lên đến 100.000 nút. Lý do lựa chọn phần mềm này là khả năng giải thuật toán lặp Newton-Raphson với độ chính xác cao, hỗ trợ giao diện đồ họa trực quan và cho phép mô phỏng chính xác các thành phần trở kháng phi tuyến của thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor. Toàn bộ quá trình thu thập thông số, thiết lập mô hình và mô phỏng kiểm chứng được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng các chế độ vận hành trên phần mềm PowerWorld Simulator đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng về mặt kỹ thuật:

Thứ nhất, ở trạng thái vận hành cơ sở khi chưa lắp đặt thiết bị bù, tổn thất công suất tác dụng và phản kháng tăng phi tuyến tính theo mức mang tải của máy biến áp. Khi phụ tải tăng từ mức 60% lên 120%, tổn thất công suất tác dụng trên các trục đường dây chính tăng vọt hơn 38.5%, đồng thời điện áp tại các nút phụ tải xa nguồn như nút số 12 và nút số 18 bị suy giảm xuống dưới mức 0.92 giá trị tương đối.

Thứ hai, việc tích hợp thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor giữa nút số 2 và nút số 14 mang lại sự cải thiện rõ rệt. Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn tuyến này giảm trung bình từ 14.2% đến 16.8% tương ứng với các cấp phụ tải từ 60% đến 120%. Lượng công suất phản kháng phải truyền tải từ nguồn giảm hơn 17.5%, giúp hạ nhiệt độ vận hành của dây dẫn.

Thứ ba, khi tiến hành lắp đặt thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor trên phân đoạn giữa nút số 3 và nút số 8, hiệu quả kỹ thuật đạt mức vượt trội. Tổn thất công suất tác dụng toàn tuyến giảm tới 18.6% ở mức tải định mức 100% và giảm 20.4% ở mức đầy tải 120%.

Thứ tư, chất lượng điện áp tại các nút đo lường được khôi phục mạnh mẽ. Cụ thể, điện áp tại nút số 2, nút số 12 và nút số 18 khi có thiết bị bù giữa nút số 3 và nút số 8 được duy trì ổn định trong dải từ 0.98 đến 1.02 giá trị tương đối, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ sụt áp cục bộ khi lưới điện vận hành ở chế độ quá tải 120%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản giúp hệ thống giảm mạnh tổn thất và nâng cao chất lượng điện áp xuất phát từ nguyên lý điều khiển góc mở van thyristor. Bằng cách thay đổi liên tục góc kích mở, thiết bị bù dọc đã triệt tiêu một phần cảm kháng tự nhiên trên đường dây, làm giảm tổng trở tương đương của nhánh truyền tải. Khi tổng trở giảm, dòng điện chạy trên tuyến dây giảm tương ứng với cùng một lượng công suất truyền tải, kéo theo tổn thất nhiệt trên điện trở dây dẫn giảm theo hàm bình phương dòng điện.

Các kết quả tính toán được biểu diễn rất rõ nét qua các bảng tổng hợp số liệu công suất và hệ thống đồ thị quan hệ công suất - góc pha. Bảng so sánh đa thông số đã lượng hóa chính xác sự khác biệt giữa các phương án lắp đặt, trong khi đồ thị phân bố điện áp 2 chiều minh họa trực quan sự phục hồi của đường cong điện áp tại các nút đo lường sau khi đưa thiết bị vào vận hành.

So với các giải pháp truyền thống như nâng tiết diện dây dẫn hay xây thêm đường dây mạch kép vốn đòi hỏi chi phí đầu tư cao gấp 3 đến 5 lần, giải pháp ứng dụng thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật vượt trội. Phát hiện này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu hiện đại về hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt trên thế giới, khẳng định tính đúng đắn của việc tối ưu hóa vị trí đặt thiết bị tại tuyến nút số 3 đến nút số 8 trên lưới điện tỉnh Ninh Thuận.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô phỏng và phân tích kỹ thuật, 4 giải pháp hành động cụ thể được khuyến nghị triển khai:

Thứ nhất, triển khai lắp đặt thử nghiệm trạm thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor trên tuyến truyền tải giữa nút số 3 và nút số 8. Đơn vị thực hiện là Tổng công ty Truyền tải điện phối hợp cùng Công ty Điện lực Ninh Thuận. Mục tiêu giảm tỷ lệ tổn thất công suất toàn tuyến xuống dưới mức 5.0%, hoàn thành lắp đặt và đóng điện thử nghiệm trong thời gian 18 tháng.

Thứ hai, tích hợp thuật toán điều khiển tự động góc mở thyristor vào hệ thống điều độ lưới điện khu vực. Trung tâm Điều độ Hệ thống điện chịu trách nhiệm xây dựng kịch bản điều khiển thời gian thực với tốc độ phản hồi dưới 0.25 chu kỳ để đối phó kịp thời với các dao động công suất từ các nguồn điện gió. Thời gian triển khai hoàn thiện trong vòng 6 tháng.

Thứ ba, tối ưu hóa cấu hình vận hành máy biến áp và thiết bị bù tĩnh trên toàn tỉnh. Các đơn vị quản lý vận hành cần định kỳ rà soát, hoán chuyển các máy biến áp có hệ số mang tải dưới 50% hoặc trên 100%, đồng thời duy trì hệ số công suất của toàn mạng lưới đạt từ 0.95 đến 0.98 trong lộ trình 12 tháng.

Thứ tư, thiết lập quy trình bảo dưỡng và giám sát trực tuyến thông số trở kháng của thiết bị bù dọc. Đơn vị kỹ thuật vận hành cần thực hiện kiểm tra định kỳ 6 tháng một lần đối với hệ thống van bán dẫn, bộ biến trở kim loại-ôxit bảo vệ quá áp và dàn tụ điện nối tiếp, đảm bảo độ tin cậy vận hành của toàn bộ thiết bị luôn đạt trên 99.5%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư vận hành và điều độ viên tại các công ty điện lực và trung tâm điều độ hệ thống điện. Luận văn cung cấp cẩm nang chi tiết về nguyên lý kiểm soát trào lưu công suất và kỹ thuật điều khiển điện áp bằng thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt khi lưới điện xuất hiện các dao động tải lớn.

Nhóm thứ hai là các chuyên gia tư vấn thiết kế và quy hoạch phát triển lưới điện. Tài liệu này cung cấp phương pháp luận mô phỏng kinh tế kỹ thuật giúp tối ưu hóa vốn đầu tư nâng cấp hạ tầng, nâng cao khả năng tải của đường dây hiện hữu mà không cần mở rộng hành lang tuyến.

Nhóm thứ ba là giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện tại các trường đại học kỹ thuật. Đây là tài liệu tham khảo chất lượng cao về mô hình hóa toán học thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor và quy trình ứng dụng phần mềm PowerWorld Simulator trong phân tích hệ thống điện chuyên sâu.

Nhóm thứ tư là các đơn vị phát triển và quản lý các dự án năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời có công suất từ 50MW đến 300MW. Nghiên cứu giúp các chủ đầu tư nắm bắt giải pháp giải tỏa công suất hiệu quả, tránh nguy cơ bị tiết giảm phát điện do nghẽn mạch đường dây truyền tải liên kết.

Câu hỏi thường gặp

Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor mang lại ưu điểm gì vượt trội so với tụ bù tĩnh truyền thống? Thiết bị này có khả năng điều chỉnh dung kháng bù liên tục và cực kỳ linh hoạt thay vì đóng cắt theo từng cấp cố định. Với thời gian đáp ứng dưới 0.25 chu kỳ, thiết bị giúp khử dao động công suất nhanh chóng và tăng cường giới hạn ổn định truyền tải lên hơn 25% so với tụ bù thông thường.

Tại sao lưới điện tỉnh Ninh Thuận lại cần ưu tiên ứng dụng công nghệ bù dọc linh hoạt? Tỉnh Ninh Thuận tập trung nguồn năng lượng tái tạo lớn nhưng nằm xa trung tâm tiêu thụ, dẫn đến hiện tượng truyền tải công suất xa gây tổn thất từ 6% đến 10%. Thiết bị bù dọc giúp tối ưu hóa dung kháng đường dây, giảm áp lực truyền tải công suất phản kháng và ổn định điện áp hiệu quả.

Phần mềm PowerWorld Simulator đóng vai trò gì trong việc xác định điểm đặt thiết bị? Phần mềm thực hiện tính toán trào lưu công suất xác lập với thuật toán giải lặp chính xác cho lưới điện quy mô lớn. Nhờ đó, người thiết kế có thể so sánh trực quan tổn thất và mức dao động điện áp giữa các vị trí như tuyến nút số 2 đến nút 14 và tuyến nút số 3 đến nút 8 để chọn vị trí tối ưu nhất.

Dung kháng của thiết bị bù dọc được giới hạn trong ngưỡng an toàn nào? Trong thiết kế và vận hành hệ thống điện, dung kháng bù của thiết bị nối tiếp thường được khống chế không vượt quá mức 75% giá trị cảm kháng tự nhiên của đoạn đường dây truyền tải nhằm ngăn ngừa triệt để hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ và bảo vệ an toàn cho thiết bị.

Hiệu quả kinh tế của giải pháp lắp đặt thiết bị bù dọc được thể hiện như thế nào? Giải pháp này giúp tiết kiệm khoảng 40% đến 50% tổng mức đầu tư so với việc xây dựng mới các tuyến đường dây truyền tải song song. Đồng thời, việc cắt giảm gần 20% tổn thất công suất tác dụng mang lại giá trị tiết kiệm hàng tỷ đồng chi phí điện năng hao hụt mỗi năm.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện thực trạng tổn thất công suất và cơ chế tiêu thụ công suất phản kháng trên lưới truyền tải tỉnh Ninh Thuận.
• Thiết lập thành công mô hình toán học và cấu trúc mô phỏng của thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor trên phần mềm PowerWorld Simulator.
• Xác định vị trí lắp đặt tối ưu trên tuyến đường dây giữa nút số 3 và nút số 8, giúp giảm tổn thất công suất tác dụng từ 14.2% đến 20.4% trên toàn hệ thống.
• Cải thiện vượt bậc chất lượng điện áp tại các thanh cái trọng yếu như nút số 2, số 12 và số 18, duy trì ổn định quanh mức 1.0 giá trị tương đối ở mọi cấp phụ tải từ 60% đến 120%.
• Đề xuất kế hoạch hành động chi tiết trong 18 tháng để chuyển giao công nghệ và đưa thiết bị vào vận hành thực tế.

Nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả to lớn của việc ứng dụng công nghệ truyền tải điện xoay chiều linh hoạt trong công cuộc hiện đại hóa lưới điện. Các đơn vị quản lý vận hành và nhà nghiên cứu nên tiếp tục mở rộng mô hình này cho các tuyến truyền tải liên kết vùng nhằm xây dựng hệ thống điện thông minh, an toàn và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: VẤN ĐỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1. Công suất phản kháng trong hệ thống điện 1. Khái quát CSPK Công suất phản kháng là một thành phần của điện xoay chiều trong hệ thống điện, thường được thể hiện bằng véctơ toán học hoặc dạng sóng hình sin. Xét sự tiêu thụ năng lượng trong một mạch điện có tải là điện trở và điện kháng như sau: Hình 1.

Sơ đồ mạch thay thế Mạch điện được cung cấp bởi điện áp: u = Um. sinωt Dòng điện i lệch pha với điện áp u một góc φ: i = Im. sin (ωt – φ) hay: I = Im. cosωt) Có thể i = i' + i" với i' = Im.

sin(ωt – π/2) Như vậy dòng điện i là tổng của 2 thành phần: i' có biên độ Im. cosφ cùng pha với điện áp u i" có biên độ Im. sinφ chậm pha với điện áp một góc π/2 Trang 23 Công suất tương ứng với hai thành phần i' và i" là P = U. cosφ gọi là công suất tác dụng (CSTD) Q = U.

sinφ gọi là công suất phản kháng Từ công thức trên ta có thể viết: R P  U .I 2 Z Ta có thể biểu diễn quan hệ P & Q như hình dưới: Hình 1. Quan hệ giữa công suất P&Q Công suất phản kháng là thành phần công suất tiêu thụ trên điện cảm hay phát ra trên điện dung của mạch điện 1. Sự tiêu thụ công suất phản kháng: Trên lưới điện, công suất phản kháng được tiêu thụ ở khắp nơi, tại rất nhiều các thiết bị và các phần tử liên quan đến từ trường như máy biến áp, động cơ không đồng bộ, điện kháng trên đường dây tải điện… Không thể triệt tiêu hoàn toàn mà chỉ có thể giảm đến mức tối thiểu yêu cầu về công suất phản kháng vì nó là yếu tố cần thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển hoá điện năng. Sự tiêu thụ công suất phản kháng trên lưới điện có thể phân chia một cách gần đúng như sau: Trang 24 - Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60÷65% - Máy biến áp tiêu thụ khoảng 22÷25% - Đường dây tải điện và các phụ tải khác 10% 1.

Sự tiêu thụ CSPK trong động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng chính trong lưới điện, chế độ làm việc của nó ảnh hưởng đến giá trị tiêu thụ công suất phản kháng, có lúc giá trị nhu cầu công suất phản kháng còn lớn hơn cả (CSTD) của nó. Công suất phản kháng của động cơ không đồng bộ gồm 2 thành phần: a. Một phần nhỏ công suất phản kháng được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ cấp, Q1 = m1. X1 và trong mạch thứ cấp, Q2 = m2.

X 2 với m1 là số pha. Hoặc có thể tính theo công thức sau: P 1 I Qtt  Q1  Q2  .dm Cos dm I dm Trong đó: P : Công suất tải thực tế của động cơ Pđm : Công suất định mức của động cơ điện Cosφđm : Hệ số công suất định mức của động cơ điện Iđm : Dòng điện định mức của động cơ điện ηđm : Hiệu suất động cơ theo định mức I0 : Dòng điện không tải Trang 25 Hình 1. Mạch điện thay thế hình Γ đơn giản hoá của động cơ không đồng bộ. Phần lớn công suất phản kháng còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở  Qμ = m1.

X m Hay tính theo catalog của thiết bị: I0 Pdm Q  .cos dm Đặc tính tĩnh của công suất phản kháng trong động cơ không đồng bộ theo điện áp tiêu thụ đặt vào động cơ biểu diễn trên hình 1-4: Q U Q  F (U ) với Q  và U   Qdm U dm Đường cong trên hình 1-4 có dạng Q* = a20 + a1.Ta thấy động cơ Q mang tải càng ít thì đặc tính càng dốc, nghĩa là càng lớn. Đặc tính tĩnh công suất phản kháng của động cơ không đồng bộ Đối với động cơ không đồng bộ thì: - Khi điện áp tăng, sự tiêu thụ công suất phản kháng tăng do mức độ từ hoá Trang 26 tăng và tản từ tăng, do vậy việc tăng điện áp vận hành chưa đảm bảo tổn thất giảm. - Đối với những động cơ công suất nhỏ, do tăng một cách tương đối khe hở không khí giữa roto và stato làm tăng lượng tản từ, do vậy công suất phản kháng tăng. - Động cơ có tốc độ thấp, hiệu suất kém thì mức độ tiêu thụ công suất phản kháng tăng.

Sự tiêu thụ công suất phản kháng trong Máy biến áp (MBA) Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20÷25% nhu cầu công suất phản kháng tổng của lưới điện, nhỏ hơn nhu cầu của các động cơ không đồng bộ, vì không có khe hở không khí, nhưng do số thiết bị và dung lượng lớn, nên nhu cầu tổng công suất phản kháng của MBA cũng rất đáng kể. Công suất phản kháng tiêu thụ bởi máy biến áp bao gồm 2 thành phần: a. CSPK dùng để từ hoá lõi thép: Công suất này phụ thuộc vào tải là: U N 00 Qtt   2. Sdm 100 Trong đó: β : Là hệ số mang tải MBA UN% : Là điện áp ngắn mạch % Sđm : Là dung lượng định mức máy biến áp b.

CSPK tản từ máy biến áp: i 0 S Q0  0 0 dm 100 Trong đó: Sđm : Là dung lượng định mức máy biến áp Trang 27 I0 % : Là dòng điện không tải tính bằng % dòng điện định mức MBA 1.Sự tiêu thụ công suất phản kháng ở đèn huỳnh quang Thông thường 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 chưa được hiệu chỉnh cosφ1 nằm trong khoảng 0,3 đến 0,5. Các bộ đèn huỳnh quang hiện đại có bộ khởi động điện tử, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh cosφ1 thường gần bằng 1 do vậy không cần hiệu chỉnh hệ số công suất của các thiết bị này, tuy nhiên khi các thiết bị này khởi động thì sinh ra các sóng hài. Hệ số công suất của đèn: PL  PV Cos 1  U dm .I L Trong đó: IL : Là dòng điện qua đèn PL : Là công suất tác dụng qua đèn PV : Là tổn thất công suất trên chấn lưu Hình 1. Bù cho đèn huỳnh quang bằng cách nối tụ điện song song Tụ điện mắc song song để hiệu chỉnh hệ số công suất của đèn có dung lượng: QC  ( PL  PV ).(tg1  tg2 ) Với φ2 là góc lệch pha sau khi mắc tụ điện.

Từ đó: Trang 28 QC C 2. Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới điện Trong hệ thống điện, các nguồn phát công suất phản kháng gồm có: Máy điện đồng bộ (Máy phát điện, máy bù, động cơ đồng bộ), tụ điện tĩnh và các đường dây tải điện (đường dây có điện áp cao hoặc cáp điện).Máy điện đồng bộ Khả năng phát công suất phản kháng của các nhà máy điện rất hạn chế do cosφđm của nhà máy từ 0,8÷0,9 hoặc cao hơn. Vì lý do kinh tế người ta hạn chế sử dụng các máy điện đồng bộ và động cơ điện đồng bộ. Chúng chỉ sử dụng trong trường hợp đặc biệt, không thể thay thế.

Các máy điện đồng bộ nói chung chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải (Chủ yếu tập trung ở lưới truyền tải), phần còn lại do các tụ điện tĩnh đảm trách. Các tụ điện tĩnh dùng làm nguồn phát công suất phản kháng có thể được sử dụng ở cả lưới truyền tải lẫn lưới phân phối.Đường dây tải điện Trong hệ thống điện, có thể kể đến một nguồn công suất phản kháng nữa đó là các đường dây, nhất là đường dây siêu cao áp. Tuy nhiên, với lưới phân phối, lưới có điện áp thấp, công suất phản kháng phát ra có số lượng đáng kể ở các đường cáp có khối lượng lớn.Tụ điện tĩnh Tụ điện tĩnh là một đơn vị hay một dãy đơn vị nối với nhau và nối song song với phụ tải theo sơ đồ hình sao (Y) hoặc tam giác (∆) với mục đích sản xuất ra công suất phản kháng cung cấp trực tiếp cho phụ tải, điều này làm giảm công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây, làm như vậy được gọi là bù công suất phản kháng. Công suất phản kháng do tụ điện phát ra được tính theo biểu thức: Trang 29 QC = U2.C Trong đó U(V) là điện áp pha, C(F), Q(VAr) Ưu điểm: - Chi phí tính theo một đơn vị công suất phản kháng (kVAr) ở tụ điện rẻ hơn máy bù đồng bộ, ưu điểm này càng rõ nét khi lượng công suất phản kháng phải cung cấp càng lớn.

- Tổn thất công suất tác dụng trong tụ điện rất nhỏ, chỉ 2÷4W/1kVAr, trong khi đó trong máy điện đồng bộ tương đối lớn khoảng 10÷15W/1kVAr tuỳ theo công suất định mức của máy. - Tụ điện vận hành đơn giản, độ tin cậy cao hơn máy điện đồng bộ. - Tụ điện lắp đặt đơn giản, có thể phân ra nhiều cụm để lắp rải trên lưới phân phối, hiệu quả là cải thiện tốt hơn đường cong phân bổ điện áp. Không cần người trông nom, vận hành, bảo dưỡng đơn giản.

Nhược điểm: - Tụ điện không cho phép điều chỉnh dung lượng bù một cách liên tục như máy bù đồng bộ mà dung lượng bù được điều chỉnh theo từng cấp. - Tụ điện chỉ có khả năng phát ra công suất phản kháng, mà không có khả năng thu nhận công suất phản kháng như máy bù đồng bộ. - Công suất phản kháng do tụ điện phát ra phụ thuộc vào điện áp vận hành. Tuổi thọ không cao, độ bền thấp, dễ hư hỏng (khi bị ngắn mạch, quá áp).

Tuy nhiên, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, của kỹ thuật điều khiển, công nghệ chế tạo vật liệu bán dẫn cùng các thiết bị bù tĩnh có khả năng khắc phục các nhược điểm của tụ điện nhưng giá thành còn khá cao nên chưa được sử dụng phổ biến, đặc biệt ở lưới phân phối. - Để có thể phát hay nhận công suất phản kháng người ta dùng SVC gồm tổ hợp Thyristor Controlled Reactor (TCR), Thyristor Switched Reactor (TSR) và Thyristor Switched Capacitor (TSC). Trang 30 - Để bảo vệ quá áp và kết hợp điều chỉnh tụ bù theo điện áp, người ta lắp đặt các bộ điều khiển để đóng cắt tụ theo điện áp.