Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Khảo sát bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là đánh giá hiện trạng và nguyên nhân tổn thất trên lưới điện phân phối. Các vấn đề tổn thất và giảm tổn thất điện năng, vấn đề bù công suất phản kháng. Tìm hiểu giải pháp bù kinh tế và bù kỹ thuật trên lưới điện phân phối.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Khảo sát bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------- MAI VĂN HIẾU KHẢO SÁT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành:60520202 TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------- MAI VĂN HIẾU KHẢO SÁT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành:60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HỒ VĂN HIẾN TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2014
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HÀNH THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. HỒ VĂN HIẾN Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM ngày 03 tháng 05 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Nguyễn Hùng Chủ tịch 2 TS. Ngô Cao Cường Phản biện 1 3 TS. Nguyễn Minh Tâm Phản biện 2 4 TS. Huỳnh Quang Minh Ủy viên 5 TS. Đinh Hoàng Bách Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sữa chữa. Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH Độc lập - Tự do – Hạnh phúc TP.HCM, ngày 3 tháng 5 năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: MAI VĂN HIẾU Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 14/03/1983 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830008 I-Tên đề tài: Khảo sát bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối. II-Nhiệm vụ và nội dung: - Đánh giá hiện trạng và nguyên nhân tổn thất trên lưới điện phân phối. - Các vấn đề tổn thất và giảm tổn thất điện năng, vấn đề bù công suất phản kháng. - Tìm hiểu giải pháp bù kinh tế và bù kỹ thuật trên lưới điện phân phối. III-Ngày giao nhiệm vụ: 16/11/2013. IV-Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 29/03/2014. V-Cán bộ hướng dẫn: TS. Hồ Văn Hiến
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên)
ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi lời chúc đến các Thầy Cô giáo và toàn thể cán bộ công nhân viên trong trường lời chúc sức khỏe và hạnh phúc. Trong khoảng thời gian 2 năm tuy không dài, nhưng với khoảng thời gian đó chúng em đã được học rất nhiều kiến thức bổ ích, đó là hành trang giúp chúng em vững bước trên con đường tương lai của mình với nhiều khó khăn và thử thách. Thầy Cô đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu nhất, từ những lý luận cơ bản đến những kiến thức nâng cao. Hơn bao giờ hết Thầy Cô vẫn luôn bên cạnh dẫn dắt, hướng dẫn chúng em hoàn thành những bước đi cuối cùng của khóa học này. Xin cảm ơn Thầy Cô Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ CHí Minh, đã không ngại khó khăn, gian khó, đã dành nhiều thời gian truyền đạt và trang bị kiến thức quý báu nhất cho em làm hành trang ra trường. Xin cảm ơn thầy Hồ Văn Hiến, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ trong luận văn tốt nghiệp mà nhà trường đã giao. Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên trong bản luận văn còn có những điều sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và giúp đỡ của các Thầy, các Cô trong trường. Cuối cùng, em xin cảm ơn các bạn trong lớp 12SMD11 đã giúp đỡ và hỗ trợ nhau hoàn thành tốt khóa học này. Xin chân thành cảm ơn và chúc sức khỏe Thầy Cô! TP.HCM, ngày 29 tháng 03 năm 2014 Học viên Mai Văn Hiếu
iii TÓM TẮT Lưới điện phân phối (LĐPP) là khâu cuối cùng của hệ thống điện để cung cấp điện trực tiếp đến khách hàng sử dụng. LĐPP phân bố trên diện rộng, phụ tải phát triển liên tục và thường vận hành không đối xứng có tổn thất điện năng (TTĐN) lớn hơn lưới truyền tải. Do đó, bên cạnh việc đáp ứng công suất tác dụng cho phụ tải, phải đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng (CSPK) cho lưới điện. Bù CSPK không những nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, mà còn đem lại hiệu quả kinh tế trong việc vận hành lưới điện. Trong nội dung nghiên cứu của luận văn này, trình bày phương pháp và kết quả nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết, sử dụng chương trình Matlap để tính toán mô phỏng và cho kết quả, từ đó đánh giá được các phương án bù và lựa chọn các vị trí bù hiệu quả nhất trên lưới điện phân phối.
iv ABSTRACT Distribution grid is the last stage of the power system to provide electricity directly to customers. Distribution grids distributed on a large scale, load continuous development and operation often asymmetric power loss greater than the transmission grid. Therefore, besides the capacity to meet the load effects, to meet the demand of reactive power to the grid. Reactive power compensation not only improve power quality, reduce losses, but also bring economic efficiency in grid operation. In the context of this thesis research, presentation methods and research results on the theoretical basis, the program used to calculate Matlap and simulation results, from which the method was evaluated compensation plans and choose the most effective position offset on the distribution grid.
v MỤC LỤC Lời cam đoan........................................................................................................ i Lời cảm ơn............................................................................................................ ii Tóm tắt.................................................................................................................. iii Abstract................................................................................................................ iv Mục lục................................................................................................................. v Danh mục các từ viết tắt, danh mục các bảng, danh mục các sơ đồ............... vi Chương 1: Mở đầu............................................................................................... 1 1.1. Lý do chọn đề tài............................................................................................ 1 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................. 1 1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.................................................................. 1 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài........................................................ 2 Chương 2: Lưới điện phân phối và các vấn đề tổn thất................................... 3 2.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối......................................................... 3 2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối................................................................... 5 2.3 Các vấn đề tổn thất trên lưới điện phân phối................................................... 5 Chương 3: Bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối...................... 8 3.1 Vấn đề bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối.............................. 8
3.2 Bù kinh tế công suất phản kháng trên lưới điện phân phối và bài toán bù 8 kinh tế.................................................................................................................... 3.3. Bài toán bù kinh tế.......................................................................................... 10 3.4 Tính toán bù kinh tế bằng phương pháp ma trận............................................. 12 3.4.1 Lý thuyết....................................................................................................... 12 3.4.2 Các bước tính toán bù kinh tế....................................................................... 14 3.5 Bù công suất kháng trên đường dây phân phối phân phối............................... 17 3.5.1 Tổn thất công suất trên một đoạn của phát tuyến phân phối........................ 17 3.5.2 Tổn thất công suất trên đường dây có đặt tụ bù............................................ 18 3.5.3 Giảm tổn thất điện năng khi đặt tụ bù........................................................... 18 3.5.4 Giảm tổn thất điện năng có xét chi phí đặt tụ bù.......................................... 22 3.6 Giảm tổn thất trường hợp có nhiều bộ tụ bù.................................................... 24 3.6.1 Trường hợp hai bộ tụ.................................................................................... 24 3.6.2 Trường hợp ba bộ tụ..................................................................................... 25 3.6.3 Trường hợp bốn bộ tụ................................................................................... 25 3.6.4 Trường hợp n bộ tụ....................................................................................... 25
3.6.5 Vị trí đặt tụ tối ưu......................................................................................... 25 3.6.5.1 Xác định vị trí đặt tụ tối ưu........................................................................ 25 3.6.5.2 Giảm tổn thất công suất tối ưu................................................................... 25 3.6.5.3 Giảm tổn thất điện năng khi đặt tụ............................................................. 26 3.7 Phương trình tổng quát chi phí khi xét bất kỳ số lượng đặt tụ bù................... 26 Chương 4: Áp dụng chương trình MatLap mô phỏng hệ thống điện............. 27 4.1 Giới thiệu......................................................................................................... 27 4.2 Ứng dụng hộp công cụ hệ thống điện trong Matlab........................................ 27 4.2.1 Phương trình công suất nút theo phương pháp Newton Raphson................ 29 4.2.2 Tính toán công suất nhánh theo phương pháp Newton Raphson................. 30 4.3 Thực hiện số liệu vào chương trình tính toán trong MatLab........................... 32 4.4 Áp dụng mô hình bài toán mẫu và kết quả tính toán trên MatLab.................. 34 4.4.1 Bài toán mẫu bù kinh tế bằng Zbus................................................................ 34 4.4.2 Bài toán mẫu bù kỹ thuật.............................................................................. 56 4.5 So sánh các phương án tính toán bù................................................................ 59 4.6 Kết luận............................................................................................................ 60 Kết luận và kiến nghị........................................................................................... 61 Tài liệu tham khảo............................................................................................... 62
vi Danh mục các từ viết tắt - LĐPP: Lưới điện phân phối Danh mục các bảng - Bảng 1: Kết quả tính toán trên Busdata - Bảng 2: Kết quả tính toán trên Linedata - Bảng 3: Phân bố công suất trước khi bù công suất kháng - Bảng 4: Dòng công suất nhánh và tổn thất - Bảng 5: Phân bố ma trận Zbus với một nút làm chuẩn (ohms) - Bảng 6: Bù kinh tế lần lập 1 - Bảng 7: Bù kinh tế lần lập 2 - Bảng 8: Bù kinh tế lần lập 3 - Bảng 9: Bù kinh tế lần lập 4 - Bảng 10: Bù kinh tế lần lập 5 - Bảng 11: Bù kinh tế lần lập 6 - Bảng 12: Phân bố công suất sau khi đặt thiết bị bù - Bảng 13: Dòng công suất nhánh và tổn thất Danh mục các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh - Hình 2.1 Lưới điện 3 pha 3 dây - Hình 2.2 Lưới điện 3 pha 4 dây - Hình 2.3 Lưới điện hạ áp 380/220V - Hình 2.4 Lưới 4 dây: 3 pha + trung tính - Hình 2.5 Lưới 5 dây: 3pha+trung tính+dây an toàn - Hình 2.6 Sơ đồ tổn thất điện năng trong hệ thông điện - Hình 3.1 Sơ đồ mạng điện đơn giản - Hình 3.2 Sơ đồ dòng công suất kháng - Hình 3.3 Sơ đồ phân bố tổng trở theo Zbus khi chưa bù - Hình 3.4 Sơ đồ phân bố tổng trở theo Rbus khi bù
- Hình 3.5 Sơ đồ phụ tải tập trung và phụ tải phân bố - Hình 3.6 Sơ đồ phụ tải tập trung và phụ tải phân bố khi lắp tụ bù - Hình 4.1 Sơ đồ tính toán khi chưa lắp tụ bù - Hình 4.2 Sơ đồ tính toán khi chưa lắp tụ bù khi lắp tụ bù - Hình 4.3 Sơ đồ tính toán khi chưa lắp tụ bù - Hình 4.4 Sơ đồ tính toán khi chưa lắp tụ bù khi lắp tụ bù
1 Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài: Ngành điện là một ngành then chốt cung cấp năng lượng phục vụ cho quá trình sản xuất và tiêu dùng, là một trong những ngành quan trọng nhất và luôn đi trước một bước, mang tính quyết định cho sự nghiệp phát triển kinh tế của đất nước .Bên cạnh đó đòi hỏi ngành điện phải đảm bảo tính ổn định, bền vững. Đó là vấn đề đảm bảo cung cấp chất lượng điện năng tốt nhất và giảm tổn thất điện năng ở mức thấp nhất, đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Vấn đề sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng là một quá trình xuyên suốt, trong đó giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện, đặc biệt là lưới điện phân phối luôn là mục tiêu hàng đầu. Để giải quyết vấn đề này, đòi hỏi ngành điện phải tính toán đồng bộ nhiều biện pháp khác nhau, một trong những biện pháp quan trọng và không thể bỏ qua, đó bài toán bù công suất phản kháng. Trên thực tế, việc tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối trung hạ áp chưa đạt hiệu quả cao do chương trình tính toán và dữ liệu tính toán chưa chính xác. Vì vậy vấn đề đặt ra là làm sao khảo sát và tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối trung hạ áp đạt hiệu quả cao nhất đó là lý do của đề tài. 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu các bài toán bù trên lưới điện phân phối trung áp, đưa ra các biện pháp bù công suất phản kháng mang tính thiết thực với việc sử dụng phần mềm mô phỏng Matlab để tính toán mô phỏng. 1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu nhằm đưa ra các phương án tính toán bù công suất phản kháng trên lưới phân phối trung thế một cách có hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế với thực trạng thực tế.
2 Nhiệm vụ nghiên cứu: -Nghiên cứu tính toán bù công suất phản kháng trên từng trường hợp phân bố phụ tải. -Tính toán phân bố công suất, điện áp tại các nút trước và sau khi bù công suất phản kháng. -Viết chương trình Matlab để tính toán phân bố suất, điện áp và công suất phản kháng. 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài -Có thể áp dụng vào từng trường hợp lưới điện trên thực tế. -Phương pháp tính toán có độ chuẩn xác cao, sai số tính toán nhỏ. -Kết quả tính toán cho phép lựa chọn vận hành tối ưu các trạm tụ bù, dung lượng tụ, giảm tổn thất đến mức thấp nhất và đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
3 Chương 2 LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC VẤN ĐỀ TỔN THẤT 2.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối - Lưới điện phân phối (LĐPP) là khâu cuối cùng của hệ thống điện để đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng. Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện trung áp (có điện áp 6, 10, 15, 22kV) và lưới điện hạ áp (cấp điện cho phụ tải hạ áp 380/220v). - LĐPP trung áp được sử dụng hiện nay là công nghệ phân phối 3 pha 3 dây (chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây) và công nghệ phân phối 3 pha 4 dây ( ngoài 3 dây pha còn có dây trung tính, máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây đối với máy biến áp 3 pha và điện áp đối với máy biến áp 1 pha, trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp). MBA nguôn MBA 3 pha nhánh 3 pha MBA 2 pha nhánh 2 pha Hình 2.1 Lưới điện 3 pha 3 dây MBA nguôn MBA 1 pha nhánh 2 pha+trung tính MBA 1 pha nhánh 1 pha+trung tính Hình 2.2 Lưới điện 3 pha 4 dây
4 - Lưới phân phối điện hạ áp được thực hiện bằng đường dây trên không, cáp ngầm hay cáp treo (cáp vặn xoắn), có 2 cấp điện áp là 380/220V. Có 2 loại sơ đồ lưới điện hạ áp: sơ đồ 4 dây (3 dây pha và dây trung tinh) và sơ đồ 5 dây (3 dây pha + dây trung tính + dây an toàn). A U dây = 380V B C Upha = 220V tru n g tín h Trung tính trực tiếp nối đất an toàn Hình 2.3 Lưới điện hạ áp 380/220V MBA phân phôi trung tính TB 3 pha TB 1 pha Hình 2.4 Lưới 4 dây: 3 pha + trung tính Hình 2.5 Lưới 5 dây: 3pha+trung tính+dây an toàn
5 2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối - Lưới điện phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở. - Lưới điện phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ tải (bao gồm chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện). - Phụ tải của lưới điện có độ đồng thời thấp. 2.3 Các vấn đề tổn thất trên lưới điện phân phối Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn hơn. Kinh nghiệm các điện lực trên thế giới cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải là khoảng 2%. Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của lưới điện phân phối. Tổn thất trên lưới điện phân phối bao gồm tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại) và tổn thất kỹ thuật. Tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại) bao gồm 4 dạng tổn thất như sau: •Trộm điện (câu, móc trộm). • Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện. • Sai sót tính toán tổn thất kỹ thuật. •Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng... Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý hành lý.Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện phân phối chủ yếu trên dây dẫn và các máy biến áp phân phối. Tổn thất kỹ thuật bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng. Tổn thất công suất phản kháng do từ thông rò và gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây. Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng. Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng. Thành phần tổn thất điện năng do tổn thất công suất tác dụng được tính toán như sau: ∫ ∆ A = ∆ P( t). dt (2.1)
6 Trong đó, ∆P(t) là tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp tại thời điểm t. Việc tính toán tổn thất điện năng theo công thức (2.1) thông thường thực hiện theo phương pháp dòng điện đẳng trị phụ thuộc vào đồ thị phụ tải hoặc theo thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn thất sắt, do dòng điện Foucault trong lõi thép và tổn thất đồng do hiệu ứng Joule trong máy biến áp. Các loại tổn thất này có các nguyên nhân chủ yếu như sau: •Đường dây phân phối quá dài, bán kính cấp điện lớn •Tiết diện dây dẫn quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo nâng cấp. •Máy biến áp phân phối thường xuyên mang tải nặng hoặc quá tải •Máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian tổn thất tăng lên. •Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên máy biến áp Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các cuộn dây máy biến áp làm tăng tổn thất. •Vận hành với hệ số cosφ thấp do thiếu công suất phản kháng
7 Hình 2.6 Sơ đồ tổn thất điện năng trong hệ thông điện