Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tính cấ p thiế t của đề tài Lưới điện phân phối tỉnh Gia Lai nói chung và của TP Pleiku nói riêng ngày càng được nâng cấp mở rộng, xây dựng mới đi kèm theo là việc phát triển nguồn và lưới để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội làm cho việc vận hành lưới điện phân phối sẽ gặp nhiều khó khăn tìm ẩn nguy cơ mất ổn định hệ thống, để đáp ứng yêu cầu đó thì số lượng nhân viên vận hành tăng lên, việc giám sát hoạt động của lưới sẽ trở nên phức tạp. Thực tế vận hành cho thấy, phương thức vận hành lưới điện phân phối TP Pleiku chưa được tối ưu, phụ tải không ổn định thay đổi liên tục trong ngày và theo mùa vụ do đa số các phụ tải lớn là liên quan đến sản xuất chế biến, bơm tưới cây công nghiệp như cà phê, điều, tiêu, cao su,…, một số vị trí tụ bù trung áp không còn phù hợp do phụ tải thay đổi liên tục; dung lượng bù không phù hợp; bù cứng nên chưa đáp ứng đủ những yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng. Ngoài ra, tình trạng vận hành các xuất tuyến trung thế với bán kính cấp điện lớn, non tải khi không vào mùa sản xuất chính và quá tải khi mùa cao điểm sản xuất, thu hoạch cây công nghiệp gây khó khăn cho công tác vận hành liên tục và ổn định của lưới điện phân phối.
Để hệ thống điện hoạt động linh hoạt ở mọi chế độ, kể cả tình huống sự cố nghiêm trọng nhất, thì phải có thiết bị để điều khiển các đại lượng trong hệ thống điện, một trong những đại lượng đó chính là đại lượng điện áp. Vấn đề đặt ra là làm sao thu thập số liệu, tính toán và lựa chọn dung lượng bù, vị trí bù, thiết bị bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối để nâng cao độ ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku. 1 Trên thế giới cũng như nước ta, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng STATCOM để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định cho hệ thống điện [5,6,7,10,11]. Tuy nhiên, việc nghiên cứu các thiết bị STATCOM chủ yếu được áp dụng ở lưới điện truyền tải chứ chưa chú trọng đến lưới điện phân phối.
Ngoài ra, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor sử dụng rất nhiều trong toàn hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng. Các thiết bị bù thường dùng là: thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC), thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC, UPFC), thiết bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) và đặc biệt là thiết bị bù đồng bộ phân tán (D- STATCOM), …. Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (D-STATCOM) để nâng cao ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku là cấp thiết, đáp ứng được các yêu cầu trên.
̣ vu ̣ và mu ̣c tiêu của đề tài 1. Nhiêm - Tìm hiểu về bù công suất phản kháng trên lưới phân phối và thiết bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM. - Tìm hiểu nguyên lý vận hành của lưới điện phân phối Pleiku. - Nghiên cứu hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm MDMS (Metter Data Management System) để thu thập số liệu (P, Q, U) đầu nguồn thực tế vận hành các xuất tuyến.
Lựa chọn một xuất tuyến để mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink với các thông số đã thu thập được. - Đề xuất giải pháp sử dụng thiết bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM. - Mô phỏng sau khi sử dụng thiết bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM. Giới ha ̣n và pha ̣m vi nghiên cứu của đề tài 2 - Đề tài giới hạn trong việc thực hiện ở phạm vi lưới điện phân phối trung thế 22KV của TP Pleiku.
Tuy vậy, mô hình thực hiện vẫn có thể đại diện cho một giải pháp khả thi với qui mô lưới điện lớn hơn, mức độ phức tạp cao hơn và chứng tỏ khả năng có thể được phát triển và hoàn thiện. - Trong quá trình nghiên cứu bỏ qua yếu tố kinh tế và chỉ chú trọng vào yếu tố kỹ thuật. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu sẽ đươ ̣c vâ ̣n du ̣ng trong đề tài này là: - Thu thâ ̣p các tài liê ̣u liên quan đế n đề tài nghiên cứu. - Nghiên cứu lý thuyết về bù công suất phản kháng trên lưới phân phối và thiết bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM.
- Nghiên cứu lý thuyết về ổn định điện áp lưới điện. - Thu thập số liệu sơ đồ vận hành các xuất tuyến cần tính toán. - Nghiên cứu hệ thống quản lý thu thập số liệu các công tơ đầu nguồn xuất tuyến thông qua chương trình quản lý dữ liệu đo đếm (MDMS) để lấy được các thông số như: P, Q, U, I, Cosφ. - So sánh và đưa ra nhận xét kết quả giữa mô phỏng và MDMS để đề xuất dùng D-STATCOM để nâng cao độ ổn định.
- Mô phỏng lại dùng thiết bị D-STATCOM để chứng minh và đưa ra giải pháp bù tối ưu. Điểm mới của đề tài - Dựa trên số liệu vận hành thực tế thu thập được thông qua hệ thống MDMS để nghiên cứu. - Dùng thiết bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM để tiêu thụ công suất phản kháng đối với các xuất tuyến trung áp dư bù hoặc bù công suất phản kháng đối với 3 các xuất tuyến thiếu bù nhằm nâng cao ổn định lưới điện phân phối TP Pleiku cũng như giảm tổn thất điện năng. 4 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về bù công suất phản kháng lưới phân phối [1] 2.1 Sự tiêu thụ công suất phản kháng 2.1 Khái niệm về công suất phản kháng Xét sự tiêu thụ năng lượng trong một mạch điện đơn giản có tải là điện trở và điện kháng như hình 2.1: Mạch điện đơn giản RL.
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 coi: i = i’ + i’’, với: i’ = Im .sin(ωt –π/2) Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần: i’ có biên độ Im.cosφ cùng pha với điện áp u.sinφ chậm pha với điện áp một góc π/2. Công suất tương ứng với hai thành phần i’ và i’’ là: P = U.cosφ gọi là công suất tác dụng.sinφ gọi là công suất phản kháng. Từ công thức trên ta có thể viết: R P = U.1) Z Vậy: Công suất tác dụng P là công suất có hiệu lực biến năng lượng điện thành ra các dạng năng lượng khác và sinh ra công.2) Z Vậy: Công suất phản kháng Q của một nhánh nói lên cường độ của quá trình dao động năng lượng. Hay công suất phản kháng là thành phần công suất tiêu thụ trên điện cảm hay phát ra trên điện dung của mạch điện.
Ta có thể biểu diễn quan hệ giữa P và Q như hình 2.2: Quan hệ giữa công suất P và Q. Trong mạng điện có các thành phần mang tính điện kháng hay điện dung sẽ sử dụng công suất đặc biệt được gọi là công suất phản kháng. Ngược lại với công suất tác dụng, công suất phản kháng có thể được phục hồi sau khi đã được hấp thụ.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng Công suất phản kháng được tiêu thụ ở: động cơ không đồng bộ, máy biến áp, trên đường dây tải điện và ở các phần tử, thiết bị có liên quan đến từ trường. 6 Yêu cầu về công suất phản kháng chỉ có thể giảm đến mức 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 hóa điện năng.
Sự tiêu thụ công suất phản kháng trên lưới điện có thể phân chia một cách gần đúng như sau [1]: - 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 %. a) 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 lớn hơn công suất tác dụng của nó. - Công suất phản kháng của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần: + Một phần nhỏ công suất phản kháng được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sợ cấp: Q1 = mi I12 X1 và mạch điện thứ cấp Q2 = mi I22 X2 với mi là số pha. Hoặc có thể tính theo catalog của thiết bị: P 1 I0 Qtt = Q1 + Q2 = (tgφđm - ) (2. đm Cos đm I đm Trong đó: - P: công suất tải thực tế động cơ. - Pđm , Cosđm , Iđm: là công suất, hệ số công suất, dòng điện định mức của động cơ.
- đm : hiệu suất của động cơ theo định mức. - I0: dòng điện không tải. 7 + Phần lớn công suất phản kháng còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở: Qµ = miI0Xm Hay tính theo catalog của thiết bị: I0 Pđm Qµ = (2.Cos đm - Một số lưu ý đối với động cơ không đồng bộ: + Khi điện áp tăng, sự tiêu thụ công suất phản kháng tăng do mức độ từ hóa 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 rôto và stato làm tăng lượng tản từ, do vậy công suất phản kháng tăng.
+ Động cơ có tốc độ thấp, hiệu suất kém, tiêu thụ công suất phản kháng tăng. b) Máy biến áp - MBA tiêu thụ khoảng 22 đến 25% nhu cầu công suất phản kháng tổng của lưới điện, nhỏ hơn nhu cầu của các động cơ không đồng bộ do công suất phản kháng dùng để từ hóa lõi thép máy biến áp không lớn so với động cơ không đồng bộ, vì không có khe hở không khí. Nhưng do số thiết bị và tổng dung lượng lớn, nên nhu cầu tổng CSPK của MBA cũng rất đáng kể.
