Chương 1: Giới thiệu đề tài, lý do và mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Tổng quan về bù công suất phản kháng. Chương 3: Tổng quan về một số phương pháp giải bài toán CAPO trong lưới điện phân phối. Giới thiệu thuật toán PSO và thuật toán PSO cải tiến.
Chương 4: Thành lập bài toán CAPO và ứng dụng thuật toán PSO cải tiến để giải bài toán CAPO. Chương 5: Kết quả mô phỏng thuật toán PSO-CF giải bài toán CAPO với các mạng điện IEEE 13 nút, IEEE 33 nút cho trước, mạng điện 46 nút, 134 nút thực tế và so sánh với các phương pháp khác. Chương 6: Đưa ra kết luận về đề tài và hướng đề nghị phát triển của đề tài. HVTH: NGUYỄN NGỌC HÒA TRANG 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS TS.
VÕ NGỌC ĐIỀU CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BÙ CỐNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1. Khái niệm về công suất phản kháng 1.1 Công suất phản kháng của điện cảm Trong mạch điện có tải là điện trở và điện cảm (Hình 2.1: Mạch điện với tải có tính điện cảm Mạch điện được cung cấp bởi điện áp: u U m .1) Dòng điện i chậm pha so với điện áp u một góc i I m .(sin t cos sin .2) Có thể coi: i = i’ + ii’’ với i ' I m .4) 2 Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần: HVTH: NGUYỄN NGỌC HÒA TRANG 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS TS. VÕ NGỌC ĐIỀU - i’ có biên độ I m cos cùng pha với hiệu điện thế u, là thành phần tác dụng của dòng điện. - i’’ có biên độ I m sin chậm pha với điện áp một góc / 2 , là thành phần phản kháng của dòng điện Công suất tương ứng với hai thành phần i’ và ii’ là: P U .cos được gọi là công suất tác dụng.sin được gọi là công suất phản kháng Từ công thức trên ta có thể viết: R P U .I 2 được gọi là công suất tác dụng, Z đặc trưng cho cường độ của quá trình tiêu tán năng lượng.I 2 , với 0 nên QL > 0 được Z gọi là công suất phản kháng của điện cảm, đặc trưng cho cường độ của quá trình dao động năng lượng giữa nguồn với từ trường điện cảm.
Quan hệ giữa P và QL được biểu diễn: P U .2: Quan hệ giữa P và Q ở mạch tải có tính điện cảm 1.2 Công suất phản kháng của điện dung HVTH: NGUYỄN NGỌC HÒA TRANG 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS TS. VÕ NGỌC ĐIỀU R u i C Hình 2.3: Mạch điện với tải có tính điện dung Mạch điện được cung cấp bởi điện áp: u U m .5) Dòng điện i nhanh pha so với điện áp u một góc i I m .(sin t cos sin .6) Có thể coi: i = i’ + ii’’ với i ' I m .8) 2 Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần: - i’ có biên độ I m cos cùng pha với hiệu điện thế u, là thành phần tác dụng của dòng điện. - i’’ có biên độ I m sin nhanh pha với điện áp một góc / 2 , là thành phần phản kháng của dòng điện. Công suất tương ứng với hai thành phần i’ và ii’ là: HVTH: NGUYỄN NGỌC HÒA TRANG 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS TS.I 2 được gọi là công suất tác dụng, Z đặc trưng cho cường độ của quá trình tiêu tán năng lượng.I 2 ( với 0 nên QC < 0) được Z gọi là công suất phản kháng của tụ điện, đặc trưng cho cường độ của quá trình dao động năng lượng giữa nguồn và điện trường của tụ điện.
Quan hệ giữa P và QC được biểu diễn: S = U.4: Quan hệ giữa P và Q ở mạch tải có tính điện dung Trong mạch điện tải gồm có cả điện cảm và điện dung, công suất phản kháng điện dung ngược dấu với công suất phản kháng điện cảm, có tác dụng giảm bớt công suất phản kháng của mạch điện.9) QC C 0 P L 0 Q QL Hình 2.5: Sự giảm CSPK của mạch điện nhờ có Qc HVTH: NGUYỄN NGỌC HÒA TRANG 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS TS. VÕ NGỌC ĐIỀU Năng lượng tích lũy trong điện trường của điện dung còn gọi là năng lượng tĩnh điện, dấu của nó luôn ngược với dấu năng lượng điện từ trong từ trường của điện cảm. Năng lượng điện từ là năng lượng phản kháng dương, năng lượng tĩnh điện là năng lượng phản kháng âm. Công suất tác dụng P sinh ra công có ích, biến đổi thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng,…,vì vậy còn gọi là năng lượng hữu công P (KW).
Công suất phản kháng Q không sinh ra công mà chỉ chạy trong lưới điện vì vậy còn gọi là công suất vô công, tuy nhiên công suất phản kháng cần thiết để tạo từ trường phục vụ thực hiện quá trình biến đổi năng lượng.3 Sự tiêu thụ công suất phản kháng Trên lưới điện, CSPK 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 có liên quan đến từ trường. Yêu cầu về công suất phản kháng 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 năng lượng.4 Động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng chính trong lưới điện chiếm khoảng 60-65%. Công suất phản kháng của động cơ không đồng bộ bao gồm hai thành phần: - Một phần nhỏ của 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 khe hở.5 Máy biến áp HVTH: NGUYỄN NGỌC HÒA TRANG 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS TS.
VÕ NGỌC ĐIỀU MBA tiêu thụ khoảng 22-25% nhu cầu CSPK của tổng lưới điện, nhỏ hơn nhu cầu của động cơ không đồng bộ do CSPK dùng để từ hóa lõi thép của máy biến áp không lớn hơn so với động cơ không đồng bộ, vì không có khe hở không khí. Nhưng do số thiết bị và tổng công suất lớn nên nhu cầu tiêu thụ CSPK của máy biến áp cũng rất đáng kể. Công suất phản kháng tiêu thụ bởi máy biến áp gồm hai thành phần: - Công suất phản kháng dùng để từ hóa lõi thép. - Công suất phản kháng tản từ máy biến áp.6 Đèn huỳnh quang Thông thương đèn huỳnh quang vận hành có một chấn lưu để hạn chế dòng điện.
Tùy theo điện cảm của chấn lưu, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh cos của chấn lưu nằm trong khoảng 0,3 đến 0,5. Các đèn huỳnh quang hiện đại có bộ khởi động điện từ, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh cos thường gần bằng 1. Do vậy không cần hiệu chỉnh công suất của thiết bị này. Tuy nhiên, khi các thiết bị này khởi động thì sinh ra các sóng hài.
Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới điện Khả năng phát công suất phản kháng của nhà máy điện là rất hạn chế, do cosn của nhà máy từ 0,8-0,9 hoặc cao hơn nữa. Vì lý do kinh tế người ta không chế tạo các phát có khả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải. Các máy phát chỉ đảm đương một phần nhu cầu CSPK của phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách (máy bù đồng bộ, tụ điện). Ngoài ra trong hệ thống điện nói chung, phải kể đến một nguồn phát CSPK nữa, đó là các đường dây tải điện, đặc biệt là các đường dây cao áp và siêu cao áp.
Tuy nhiên ở đây ta chỉ xét đến lưới điện phân phối, do vậy chỉ lưu ý đến các đường dây 22KV và các đường dây 0,4KV. Tuy nhiên nguồn phát ra công suất phản kháng của các phần tử này không đáng kể nên nguồn phát CSPK chính trong lưới phân phối vẫn là tụ điện, động cơ đồng bộ, máy bù đồng bộ. HVTH: NGUYỄN NGỌC HÒA TRANG 8 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS TS.1 Máy bù đồng bộ Máy bù đồng bộ là loại máy điện đồng bộ chạy không tải dùng để phát hoặc tiêu thụ CSPK. Máy bù đồng bộ là phương pháp cổ truyền để điều chỉnh liên tục CSPK.
Các máy bù đồng bộ thường được dùng trong hệ thống truyền tải, trong các trạm biến áp quan trọng và trong các trạm biến đổi dòng điện một chiều cao áp. Nếu ta tăng dòng điện 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 mạng điện. Ngược lại, nếu ta giảm dòng điện kích từ ikt (kích thích non, E<U, dòng điện chậm pha điện áp 900) thì máy bù sẽ biến thành tải tiêu thụ CSPK. Vậy máy bù đồng bộ có thể tiêu thụ hoặc phát CSPK.
Các máy bù đồng bộ ngày nay thường được trang bị hệ thống kích từ nhanh có bộ kích từ chỉnh lưu. Có nhiều phương pháp khởi động khác nhau, một phương pháp hay dùng là khởi động đảo chiều.2 Đường dây tải điện Trong hệ thống điện có thể kể đến một nguồn phát công suất phản kháng nữa đó là các đường dây, nhất là các đường dây siêu cao áp. Tuy nhiên, với lưới điện phân phối, lưới có điện áp thấp, công suất phản kháng phát ra có số lượng đáng kể ở các đường dây cáp có chiều dài đáng kể.3 Tụ điện tĩnh Tụ điện tĩnh là một đơn vị hay một dãy đơn vị tụ nối với nhau và nối song song với phụ tải theo sơ đồ hình sao hoặc tam giác, với mục đích sản xuất ra CSPK cung cấp trực tiếp cho phụ tải, điều này làm giảm CSPK phải truyền tải trên đường dây. Tụ bù tĩnh thường được chế tạo không đổi nhằm làm giảm giá thành.
Khi cần điều chỉnh điện áp có thể dùng tụ điện bù tĩnh đóng cắt được theo cấp, đó là biện pháp kinh tế nhất cho việc sản xuất ra CSPK. HVTH: NGUYỄN NGỌC HÒA TRANG 9 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS TS. VÕ NGỌC ĐIỀU Tụ điện tĩnh cũng như máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích CSPK trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ, giảm được lượng CSPK truyền tải trong mạng, do đó giảm được tổn thất điện áp. CSPK do tụ điện phát ra được tính theo công thức: Qc U 2 .
