Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện nâng cao chất lượng lưới điện phân phối 22kv bằng phương pháp bù công suất phản kháng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật điện nâng cao chất lượng lưới điện phân phối 22kv bằng phương pháp bù công suất phản kháng, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Lê Nguyên Tùng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Võ Ngọc Điều
• Trường học: Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Chất Lượng Lưới Điện Phân Phối 22kV Bằng Bù Công Suất Phản Kháng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về lưới điện phân phối 22kV

Lưới điện phân phối 22kV đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho các khu vực đô thị và nông thôn. Chất lượng điện năng trong lưới phân phối này thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tổn thất công suất, điện áp không ổn định và tần suất tiêu thụ không đồng nhất. Để nâng cao chất lượng điện trong lưới điện phân phối, việc áp dụng các phương pháp bù công suất phản kháng là rất cần thiết. Theo đó, việc xác định vị trí, số lượng và dung lượng thiết bị bù hợp lý sẽ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và cải thiện hiệu suất điện năng. Sự phát triển của công nghệ bù công suất phản kháng như SVC (Static Var Compensator) và FACTS (Flexible AC Transmission Systems) đã mang lại nhiều lợi ích cho lưới điện phân phối, giúp cải thiện hệ số công suất và giảm tổn thất điện năng.

1.1 Tình trạng hiện tại của lưới điện phân phối 22kV

Hiện nay, lưới điện phân phối 22kV tại thành phố Tuy Hòa đang gặp phải nhiều vấn đề về chất lượng điện năng. Tình trạng tổn thất công suất cao và điện áp không ổn định đã ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện. Việc sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng sẽ giúp cải thiện tình trạng này. Cụ thể, việc lắp đặt các tụ bù và thiết bị FACTS sẽ giúp cân bằng công suất phản kháng, từ đó nâng cao hiệu suất điện và chất lượng điện năng. Theo nghiên cứu, việc bù công suất phản kháng không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy điện, đồng thời cải thiện độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.

II. Phương pháp bù công suất phản kháng

Bù công suất phản kháng là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để cải thiện chất lượng điện năng trong lưới điện phân phối. Phương pháp này bao gồm việc sử dụng các thiết bị như tụ bù, máy phát đồng bộ và các hệ thống FACTS. Mục tiêu chính của việc bù công suất phản kháng là giảm tổn thất công suất, cải thiện hệ số công suất và ổn định điện áp. Theo các nghiên cứu trước đây, việc áp dụng công nghệ FACTS có thể tự động điều chỉnh dung lượng công suất phản kháng, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của lưới điện. Việc tính toán và lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị bù cũng rất quan trọng, giúp đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cho lưới điện phân phối.

2.1 Các loại thiết bị bù công suất phản kháng

Trong lưới điện phân phối 22kV, các thiết bị bù công suất phản kháng phổ biến bao gồm tụ bù và SVC. Tụ bù là thiết bị đơn giản và dễ lắp đặt, giúp cung cấp công suất phản kháng cần thiết cho tải. SVC, ngược lại, là thiết bị phức tạp hơn, có khả năng tự động điều chỉnh công suất phản kháng theo yêu cầu của lưới điện. Việc sử dụng SVC có thể giúp cải thiện đáng kể chất lượng điện và giảm thiểu tổn thất điện năng. Theo nghiên cứu, việc kết hợp giữa tụ bù và SVC có thể mang lại hiệu quả tối ưu cho lưới điện phân phối, giúp cân bằng công suất phản kháng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

III. Ứng dụng phần mềm PSS ADEPT trong bù công suất phản kháng

Phần mềm PSS/ADEPT là công cụ hữu ích trong việc tính toán và tối ưu hóa bù công suất phản kháng cho lưới điện phân phối 22kV. Phần mềm này cho phép người dùng mô phỏng các chế độ làm việc của lưới điện, từ đó xác định vị trí, số lượng và dung lượng thiết bị bù cần thiết. Việc ứng dụng phần mềm này sẽ giúp giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu suất điện cho lưới phân phối. Theo các số liệu thu thập được, việc sử dụng PSS/ADEPT đã giúp các công ty điện lực phân phối đưa ra các quyết định chính xác hơn trong việc lắp đặt thiết bị bù, từ đó tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng dịch vụ.

3.1 Quy trình tính toán bù công suất phản kháng

Quy trình tính toán bù công suất phản kháng bằng phần mềm PSS/ADEPT bao gồm các bước như: thu thập dữ liệu lưới điện, mô phỏng các chế độ làm việc, phân tích kết quả và đưa ra giải pháp bù tối ưu. Việc thực hiện quy trình này không chỉ giúp xác định chính xác dung lượng thiết bị bù mà còn tối ưu hóa vị trí lắp đặt, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho lưới điện phân phối. Theo nghiên cứu, việc áp dụng quy trình này đã giúp giảm đáng kể tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện cho các hộ tiêu thụ.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Việc nâng cao chất lượng lưới điện phân phối 22kV thông qua bù công suất phản kháng là một nhiệm vụ quan trọng và cấp thiết. Các giải pháp bù công suất phản kháng như tụ bù và SVC, cùng với ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT, đã chứng minh được hiệu quả trong việc giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện năng. Để đảm bảo sự phát triển bền vững cho lưới điện phân phối, cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực bù công suất phản kháng. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất điện mà còn góp phần vào sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước.

4.1 Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Trong tương lai, cần nghiên cứu sâu hơn về các công nghệ bù công suất phản kháng mới, cũng như tối ưu hóa các giải pháp hiện có để phù hợp với yêu cầu phát triển của lưới điện phân phối. Việc áp dụng công nghệ thông tin trong quản lý và vận hành lưới điện cũng cần được xem xét, nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong cung cấp điện. Các nghiên cứu này sẽ đóng góp tích cực vào việc nâng cao chất lượng điện và cải thiện dịch vụ cung cấp điện cho người tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề. Mục tiêu đặt ra và các quan điểm khác nhau về các yếu tố ảnh hưởng đển lời giải bài toán như sự biến thiên theo thời gian của phụ tải, về kết cấu hình dáng lưới điện, về điện áp lưới điện, về tính chất của các loại thiết bị bù. nên các phương pháp và thuật toán giải bài toán bù công suất phản kháng trong lưới điện đều có dạng và hiệu quả khác nhau. Nội dung chủ yếu theo một số hướng cụ thể như sau: a.

Phương pháp xác định dung lượng bù theo biếu đồ CSPK của phụ tải Dung lượng tụ bù nền: Q bnền= Qmin. Dung lượng tụ điều khiển được xác định: Q bnen  Q dk  0,7; (1. Bù CSPK nâng cao hệ số cos Hình 1.3 Bù đóng cắt theo thời gian. Bằng cách đặt các thiết bị bù tại các hộ tiêu dùng điện để cung cấp CSPK cho chúng, ta giảm được lượng CSPK phải truyền tài trên đường dây do đó nâng cao được hệ số cos của mạng.

Dung lượng cần bù xác định theo công thức: Qb = P(tgr - tg2).2) α = 0,9 ÷ 1 - là hệ số xét đến khả năng nâng cao cos bằng những phương pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù. Mô hình tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất Bằng việc giải tích mạng điện, tính toán phân bố công suất ứng với mỗi chế độ xác lập, ta tính được điện áp tại các nút và tồn thất P, Q của lưới điện. Trang 19 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395 GVHD : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU Khi đặt một giá trị Qbi nào đó vào nút 1 thì khi đó hao tổn là: Pi2   Qi  Q bi  2 Pi  .3) Ui2 Pi2   Qi  Q bi  2 Pi  .4) Ui2 Bài toán bù tối ưu CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất tác dụng được phát biểu như sau: Cần xác định các giá trị Qbi, Qb2,. sao cho: F(Qb1,Qb2,…, Qbn)= P(Qb1, Qb2,.5) với các điều kiện biên: Qmin.bi ≤ Qbi ≤ Qmax.7) j1 Từ biểu thức, thành lập hàm Lagrange: L(Qb1, Qb2, Qbn; 1, 2,.

Bài toán bù theo điều kiện điều chỉnh điện áp Trước khi bù thì tổn thất điện áp trong mạng là: 1 n U    Pi R i  Q i X i ; 10U 2n 1 (1.9) Khi đặt bù thì tổn thất điện áp giảm đi một lượng là: 1 n U b    Q bi X i , % ; 10U 2n 1 (1.10) Như vậy sau khi đặt bù thì tổn thất trên đường dây còn lại là: U*=U - Ub , [%]; (1.11) Ta nhận thấy, để điện áp ở những điểm gần cuối của mạng đạt yêu cầu thì ở đầu nguồn phải gia tăng thêm một lượng điện áp AE tương đương với AU b. Trang 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395 GVHD : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU 1 E  U b  Qb  Xi ; (2.12) 10U 2n Nếu biết E ta tính được Qb, với đường dây cùng tiết diện: 10U 2n .13) X Với: X là điện kháng của đường dây tính đến đểm đặt bù, . Nếu công suất cần bù quá lớn thì có thể chia ra làm nhiều điểm đặt bù. Ta có phương trình: QbI.

Phương pháp bù theo điều kiện cực tiểu các chi phí Xét mạng điện gồm n nút (không kế nút nguồn cung cấp), đối với mỗi nút i, ký hiệu công suất cực đại của phụ tải Sti = Pti + jQti, công suất bù Qbi, đối với mồi nhánh i tổng trờ nhánh Zi = Ri + jXi, công suất truyền tải đển cuối đường dây: Si = Pi+ jQi ( Vì mạng có sơ đồ hở nên luôn có thể ký hiệu thứ tự nhánh theo số hiệu nút cuối của nó). Tổn thất công suất tác dụng trên nhánh thứ i xác định theo công thức: Pi2  Qi2 Pi  3Ii2 R i .15) Ui với Pi, Qi, Ui đều được tính ở cuối nhánh; Khi tính gần đúng có thể lấy Ui = Un (điện áp định mức tại nút i). Tổn thất tổng trong toàn mạng sẽ là: n P    A i  Bi Qi2  ,  kW ; (1.16) i 1 trong đó: Ai, Bi là những hằng số. Gọi T là thời gian tổn thất công suất lớn nhất, CA là giá thành tổn thất A, lấy bằng giá bán điện trung bình, ta tính được chi phí tổn thất tổng hàng năm: C = P.17) Vốn đầu tư cho thiết bị bù đặt tại nút i:V i = koi + kiQbi, [đồng]; trong đó: ki là suất vốn đầu tư tính cho một đơn vị công suất bù, đ/kVAr; koi là phần vốn không phụ thuộc vào dung lượng bù, đồng/trạm.

Vốn đầu tư tổng cho thiết bị bù: n n V   Vi    k 0i  k i Q bi , [đồng] (1.18) i 1 i 1 Trang 21 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395 GVHD : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU Dùng hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí tính toán, ta có: Z  a tc V  C    a tc  k 0i .  Ai  Bi Qi2   min; (1.19) Cần chú ý koi ≠ 0 chỉ khi Qbi ≠ 0. ngược lại k0i = 0. Để thể hiện điều này, trong hàm mục tiêu có sử dụng các biến nguyên yi với: 0 khi Qbi  0 yi   ; (1.20) 1khi Q bi  0 atc - hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư ban đầu. Đây là trường hợp riêng của hàm pin tuyến, có chứa các điểm rời rạc tại gốc toạ độ.

Hệ ràng buộc cần thiết lập bao gồm: - Mỗi nút có phương trình cân bằng CSPK dạng: Qi  Q bi  Q ti   Q k   Ck  Dk .21) k Với i = 1, 2, …, n; Tổng k lấy ứng với các nhánh nối với nút i có hướng công suất đi ra khỏi nút. Các hệ số trong biểu thức xác định theo thông số nhánh: Pk2 Xk Ck  X k ;D  ; (1.22) U 2n U 2n - Giới hạn dung lượng bù tại các nút có thể viết dưới dạng: Qbi.min ≤ Qbi ≤ Qbi.23) - Giới hạn về tổng vốn đầu tư cho thiết bị bù: N   k  k .24) - Giới hạn về thời gian thu hồi vốn: V - (C - Co).25) trong đó: Co - chi phí tổn thất hàng năm khi chưa tính bù. Bài toán được giải theo phương pháp quy hoạch phi tuyến xấp xỉ hoặc phương pháp tuyến tính hoá, sai số của phép xấp xỉ có thê khống chế được theo yêu cầu. Xét hàm chi phí tổng khi đặt bù: Z= Z1+ Z2+ Z3 —> min; (1.26) Tuy nhiên, với Qbi tìm được cần phải kiểm tra với các điều kiện ràng buộc sau: Qbi =Qb; (1.27) Trang 22 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395 GVHD : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU 0 ≤ Qbi ≤ Qbimax; (1.

Bù công suất phản kháng dựa trên chỉ tiêu tối đa hoá các tiết kiệm Điều yêu cầu là tối ưu dung lượng và vị trí lắp đặt của n tụ bù trên một xuất tuyến phân phối ba pha hình tia nhằm tối thiểu hoá tổn thất công suất và tổn thất điện năng. Cụ thể hơn là chúng ta tìm các vị trí i (i = 1, 2, ., n) và các kích cỡ Q bi (i = 1, 2, ., n) của các tụ bù ngang theo hình 2.4 để cực đại hoá các tiết kiệm ròng bằng tiền đạt được cho chương trình lắp đặt tụ.4 Bù phân bố tại các điểm tải. Các tiết kiệm ròng đạt được từ việc giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng: S = C0.DA - KcEQbi => max; (1.30) Với Cp, C, KC là các hệ số kinh tế, giá của mỗi đơn vị tổn thất công suất, tổn thất điện năng và dung lượng tụ bù. DP, D - Độ giảm công suất đỉnh, độ giảm tổn thất điện năng do tác dụng của n tụ bù ngang.

Mô hình này có thể giải bằng phương pháp lặp cho từng bài toán nhỏ, tìm biến tối ưu cục bộ (vị trí, kích cỡ, thời gian đóng cắt tối ưu) từ đó xác định lời giải tối ưu toàn cục. KẾT LUẬN - Mục tiêu của việc bù CSPK để giảm tổn thất công suất dẫn đến giảm tổn thất điện năng. Do đó nâng cao hiệu quả kinh tế. - Có rất nhiều phương pháp tính toán bù công suất phản kháng được soạn thảo.

Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng và thích hợp trong những trường hợp tính toán nhất định, nhưng nhìn chung các mô hình đều có hàm mục tiêu là chi phí cho bù nhỏ nhất trên cơ sở đảm bảo các điều kiện Trang 23 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395 GVHD : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU kỹ thuật của lưới điện, điện áp của nút nằm trong giới hạn cho phép, giảm tổn thất điện năng. - Các phương pháp chủ yếu áp dụng đối với mạng hình tia đơn giản hoặc các mạng có phụ tải nối trực tiếp trên đường dây. - Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chỉ được xét đến một cách độc lập ở từng phương pháp. - Chính vì vậy, việc phân tích để đi đến lựa chọn một phương pháp tính toán phù hợp với đối tượng cụ thể là hết sức quan trọng.

Trang 24 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395 GVHD : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG QUA LẠI CỦA THIẾT BỊ BÙ VÀ PHẦN TỬ MẠNG ĐIỆN Các hệ thống tụ bù thường có dung lượng từ 20-50MVAR khi được mắc vào lưới truyền tải và từ 50-1000kVAr khi mắc vào lưới phân phối. Tuy rằng các hiện tượng quá độ trong quá trình điều khiển đóng cắt tụ được mô tả bằng các phương trình vi phân nhưng trong thực tế để xác định các thông số quá độ xung áp, xung dòng ở các thời điểm khác nhau trong quá trình đóng cắt là rất khó khăn. Hiện nay có rất nhiều các phương pháp xác định các thông số tính toán của tác động khi đóng cắt tụ. Tác động quá độ trong quá trình đóng cắt tụ 2.

Quá độ khi đóng điện vào trạm tụ làm việc độc lập Khi đóng điện vào trạm tụ bù chênh lệch giữa điện áp tức thời của lưới và của tụ sẽ xuất hiện một xung dòng và xung điện áp có biên độ có thể rất lớn, phụ thuộc vào thời điểm đóng điện. Giá trị của xung dòng và tần số dao động được tính theo biểu C 1 thức: I pk  U S  U C ;f  ; (2.1) L 2 LC trong đó: Us: điện áp (pha) tức thời của hệ thống, kV; UC: điện áp (pha) tức thời trên dàn tụ, kV; C: điện dung trạm tụ, F; Bảng 2.