MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Cùng với sự phát triển nhanh chóng nền kinh tế của đất nước và khoa học kỹ thuật, thì ngành điện có ảnh hưởng rất lớn đến nền kinh tế, an ninh chính trị xã hội của mỗi Quốc gia, Nguồn điện cũng phải được đáp ứng những đòi hỏi về công suất và chất lượng điện. Vấn đề công suất phát ra phải được đưa đến nơi sử dụng và tận dụng một cách hiệu quả nhất, không để lãng phí quá nhiều ảnh hưởng đến kinh tế đó là một bài toán được rất nhiều đề tài nghiên cứu, tổn hao công suất trong truyền tải điện năng là một vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và kinh tế; trong khi đó nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng cao, đòi hỏi đáp ứng đủ và kịp thời không chỉ về số lượng mà cả về chất lượng, người ta đưa ra phương pháp bù công suất phản kháng, điều chỉnh điện áp hoặc tái cấu trúc lại lưới… Trong thực tế phụ tải của hệ thống điện giờ cao điểm và thấp điểm lệch nhau rất lớn, các nhà máy rất hạn chế phát công suất phản kháng, nếu có hệ thống bù công suất phản kháng thì chỉ là bù tĩnh, thiết bị bù không có cơ cấu tự điều chỉnh mang lại hệ số công suất cosφ lớn lên cỡ 0,9 điều này cũng dẫn đến những ảnh hưởng rất lớn vào những giờ thấp điểm có hiện tượng dòng công suất phản kháng chạy ngược, làm tăng tổn thất và gây quá áp điều này gây hậu quả nghiêm trọng đến các thiết bị điện, vị trí lắp đặt tụ thường lắp đặt ở những nơi dễ vận hành, không tính đến hiệu quả kinh tế của thiết bị, vì vậy chưa tận dụng được hiệu quả làm việc của thiết bị và gây lãng phí trong quá trình đầu tư.
Trước tình hình thực tế trên để khắc phục những nhược điểm đó đề tài đi “Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 KV có phụ tải phân bố đều” góp phần vào nâng cao hiệu quả vận hành kinh tế lưới điện. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Đối tƣợng nghiên cứu: Nội dung luận văn đi nghiên cứu tính toán xác định vị trí bù, dung lượng bù trên lưới điện có phụ tải phân bố đều. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết các vấn đề kinh tế, kỹ thuật liên quan đến bù tối ưu công suất phản kháng cho lưới điện phân phối 22 KV.
Trang: 1/102 Luan van Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều 3. Nhiệm vụ nghiên cứu. Đưa ra những giả thuyết để phân tích tình hình tổn thất và sử dung phần mềm Matlab để tính toán chọn vị trí bù, dung lượng bù tối ưu công suất phản kháng nhằm giảm tổn thất điện năng. HV: Lê Văn Hưng Trang: 2/102 Luan van Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.
TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ĐÃ CÔNG BỐ. Tổng quan chung về lƣới điện phân phối [1], [2], [3], [4], [7]. Trong quá trình hình thành và phát triển Việt Năm đã trải qua rất nhiều giai đoạn và cũng có rất nhiều cấp điện áp khác nhau như cấp 6KV, 10 KV, 15 KV và 22 KV, do nhu cầu phát triển của hệ thống điện đòi hỏi chất lượng điện ngày càng được nâng cao trước tình hình trên, tập Đoàn Điện lúc Việt Năm đã tiến hành nâng cấp và thống nhất 01 cấp điện áp là 22 KV để tạo sự thuận lợi trong quá trình vận hành. Đặc điểm chung của lƣới điện phân phối [1], [2], [7].
Lưới điện phân phối hiện tại có 02 phần là lưới trung thế và lưới hạ thế, lưới phân phối thường phân phối trên diện rộng đồng thời vận hành bất đối xứng và tổn thất cao. Thường thì lưới điện có cấu trúc vòng kín nhưng vận hành hở, hình tia hoặc xương cá, khi có sự cố phần lưới sau máy cắt sẽ được cô lặp sau khi cô lặp phần bị sự cố sẽ được đóng điện lại để đảm bảo cung cấp điện được liên tục, đòi hỏi việc nghiên cứu, thiết kế và vận hành lưới điện rất quan trọng. khi thiết kế xây dựng lưới phân phối phải đảm bảo các chỉ tiêu như sau: An toàn cho lưới điện và cho con người. Chi phí xây dựng lưới điện là hiệu quả nhất.
Vận hành dễ dàng, linh hoạt có khả năng phát triển mở rộng trong tương lai. Đảm bảo độ tin cậy trong quá trình vận hành, có đường dây dự phòng, cấu trúc mạch vòng và vận hành hở…. Đảm bảo chất lượng điện năng, ổn định điện áp, ổn định tần số… Giảm chi phí vận hành, bảo dưỡng là nhỏ nhất. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ TRONG VẬN HÀNH [1], [2], [7].
Lưới điện phân phối có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện, chính vì vậy việc nghiên cứu đưa ra các giải pháp đế nâng cao hiệu quả HV: Lê Văn Hưng Trang: 3/102 Luan van Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều trong quá trình vận hành, đồng thời mang lại những lợi ích lớn, những biện pháp này mục đích chính là giảm tổn thất điện năng. Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật trước tiên ta phải quan tâm đến một số bài toán như sau: 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. 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 công suất phản kháng trong lưới phân phối rất phức tạp như: Cấu trúc lưới phức tạp, trạm trung gian thì có rất nhiều phát tuyến mỗi phát tuyến có rất nhiều trạm phân phối.
Cấu trúc lưới điện ngày càng phát triển liên tục không ngừng, biểu đồ phụ tải không chính xác. Trước những khó khăn trên để giải quyết bài toán bù thành những bài toán nhỏ dựa trên cơ sở lý thuyết bù công suất phản kháng để giải quyết. Luận văn sẽ đi nghiên cứu về “Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều”. CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG [1], [2], [7].
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 theo như (hình 1.1 Mạch điện RL. Mạch điện được cung cấp bởi điện áp u= Umsinωt. Dòng điện I lệch pha với điện áp u một góc φ: HV: Lê Văn Hưng Trang: 4/102 Luan van Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều i=Im.sin(ωt-φ) hay i=Im(sinωtcosφ – sinφcosωt) Có thể coi i = i’ + I” Với i’ = Im cosφ.
sinφcosωt = 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. sinφ chậm pha với điện áp một góc π/2. Công suất tương ứng với 2 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 như sau: 2 R 2 P U.2 quan hệ giữa công suất P & Q. Công suất phản kháng là thành phần tiêu thụ trên điện cảm hay phát ra trên tụ điện dung của mạch điện. Sự tiêu thụ CSPK. Trên lưới điện CSPK được tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp, kháng điện trên đường dây tải điện và ở các phần tử, thiết bị liên quan đến từ trường.
HV: Lê Văn Hưng Trang: 5/102 Luan van Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều Yêu cầu vế công suất phản kháng chỉ có thể giảm đến một mức tối thiểu chứ không thể triệt tiêu hoàn toàn bởi vì nó cần thiết cho việc sử dụng từ trường quay, yếu tố trung gian cần thiết cho quá trình chuyển hóa điện năng. Động cơ không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ tiêu thụ công suất phản kháng chiếm đến 60 – 65%. CSPK của động cơ không đồng bộ bao gồm 02 thành phần.
Một phần nhỏ CSPK được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ cấp. Phần lớn CSPK còn lại dùng để sinh ra từ trường quay. Máy biến áp tiêu thụ khoảng 22 đến 25 % nhu cầu CSPK tổng của lưới điện, nhỏ hơn nhu cầu của các động cơ không đồng bộ do CSPK dùng để từ hóa lõi thép MBA không lớn hơn so với động cơ không đồng bộ, vì không có khe hở không khí, nhưng do số lượng lớn nên nhu cầu tổng công suất phản kháng của MBA cũng rất lớn. CSPK tiêu thụ bởi MBA gồm 2 thành phần như sau: - CSPK dùng để từ hóa lõi thép.
- CSPK tản từ MBA. Đèn huỳnh quang. Thông thường các đèn huỳnh quang vận hành có một chấn lưu để hạn chế dòng điện. Tuy nhiên theo điện cảm của chấn lưu cosφ chưa được hiệu chỉnh cosφ của chấn lưu nằm trong khoảng 0,3 đến 0,5.
CÁC NGUỒN PHÁT CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI ĐIỆN [1], [2],[3], [7]. Khả năng phát CSPK của các nhà máy điện là rất hạn chế do cosφ của nhà máy là 0,8 đến 0,9 hoặc cao hơn nữa, hầu hết trong khi chế tao các máy phát không phát nhiều CSPK cho phụ tải. các máy phát chỉ đảm đương một phần công suất phản kháng của phụ tải. phần còn lại do các thiết bị bù như máy bù đồng bộ và tụ bù.1 Máy bù đồng bộ.
HV: Lê Văn Hưng Trang: 6/102 Luan van Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều Máy bù đồng bộ là loại máy điện đồng bộ chạy không tải dùng để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng. Các máy bù đồng bộ là phương pháp cổ truyền để điều chỉnh liên tục CSPK. Các máy bù thường được sử dụng trong hệ thống truyền tải, chẳng hạn ở đầu vào các đường dây tải điện, trong các trạm biến áp quan trọng và trong các trạm biến đổi dòng điện một chiều cao áp. Nếu ta tăng dòng kích từ Ikt lên (quá kích thích dòng điện của máy bù đồng bộ sẽ vượt trước điện áp trên cực của nó một góc 900) thì máy phát ra CSPK Qb phát lên lưới điện.