BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        VŨ THỊ THÙY LAN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙ COSϕ ϕϕ ϕ TỰ ĐỘNG CHO TRẠM TRUNG GIAN QUỲNH CÔI 35/10KV HUYỆN QUỲNH PHỤ - THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Điện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn Mã số: 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH. TRẦN HOÀI LINH HÀ NỘI – 2012 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và hoàn toàn chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ để thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Vũ Thị Thùy Lan Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự hướng dẫn rất nhiệt tình của thầy giáo PGS.TSKH. Trần Hoài Linh cùng với những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Cung cấp điện cũng như các thày giáo, cô giáo Khoa cơ điện, Viện Đào tạo Sau đại học của Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới những sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin chân thành cảm ơn Điện lực Quỳnh Phụ- Thái Bình đã tạo điều kiện cho tôi trong việc thu thập số liệu và những thông tin cần thiết cho việc nghiên cứu luận văn. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè những người đã luôn bên tôi giúp đỡ về vật chất cũng như tinh thần trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Tác giả Vũ Thị Thùy Lan Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI 3 1.1 SỰ TIÊU THỤ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3 1.1.1 Khái niệm về công suất phản kháng 3 1.2 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 6 1.2.1 Khái niệm về bù công suất phản kháng 6 1.2.2 Ý nghĩa của bù công suất phản kháng 7 1.3 CÁC GIẢI PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI HIỆN NAY 9 1.3.1 Tụ điện 9 1.3.2 Máy bù đồng bộ 10 1.3.3 Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn được đồng bộ hóa 10 1.4 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN KHI TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 10 1.4.1 Xác định dung lượng bù 10 1.4.2 Vị trí bù trong mạng điện 11 1.4.3 Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia 12 1.4.4 Điều chỉnh dung lượng bù 14 1.5 Kết luận chương 1 15 CHƯƠNG 2: NHIỆM VỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TẠI TRẠM TRUNG GIAN QUỲNH CÔI 35/10kV 16 2.1 GIỚI THIỆU TRẠM TRUNG GIAN QUỲNH CÔI 35/10kV 16 2.2 NHIỆM VỤ BÙ VÀ GIẢI PHÁP HIỆN NAY 22 2.2.1 Nhiệm vụ bù 22 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. iv 2.2.2 Giải pháp bù hiện nay 22 2.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ MỘT SỐ TỒN TẠI TRONG NHIỆM VỤ BÙ CỦA TRẠM 22 2.3.1 Ưu và nhược điểm trong nhiệm vụ bù 22 2.3.2 Một số tồn tại 22 2.4 Kết luận chương 2 23 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BÙ TỰ ĐỘNG 24 3.1 GIẢI PHÁP BÙ BẰNG TỤ 24 3.2 TÍNH TOÁN RA DUNG LƯỢNG BÙ 25 3.2.1 Xác định X 26 3.2.2 Xác định k E∆ 26 3.2.3 Xác định Qbù 27 3.3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN DUNG LƯỢNG BÙ TRONG TRƯỜNG HỢP CÁC TỤ KHÁC NHAU 27 3.4 Kết luận chương 3 29 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙ COSẾẾ TỰ ĐỘNG 30 4.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 30 4.1.1 Giới thiệu chung vi điều khiển AT89C51 31 4.1.2 Giới thiệu chung ADC0804 35 4.1.3 Cấu trúc phần cứng của mạch điều khiển cơ cấu chấp hành 38 4.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 39 4.2.1 Lưu đồ thuật toán 39 4.3 Các kết quả đã đạt được 42 4.3.1 Mô phỏng giải pháp trên Proteus 42 4.3.2 Mô phỏng giải pháp bằng mạch phần cứng 46 4.4 Kết luận chương 4 50 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 51 5.1 Kết luận 51 5.2 Hướng phát triển đề tài 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. v DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Bảng điều tra các MBA 18 3.1 Dung lượng cần bù và các tụ được lựa chọn 28 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 4.1 Sơ đồ khối của mạch 30 4.2 Sơ đồ khối của chip AT89C51 32 4.3 Sơ đồ chân của chip 8051 33 4.4 Sơ đồ chân ADC0804 36 4.5 Mô phỏng mạch điều khiển cơ cấu chấp hành 38 4.6 Lưu đồ giải thuật của chương trình chính 40 4.7 Lưu đồ thuật toán đọc dữ liệu ADC về vi điều khiển 41 4.8 Mô hình mạch mô phỏng trên Proteus 42 4.9 Kết quả chạy khi biến trở ở vị trí 0% - tất cả các tụ tắt 43 4.10 Kết quả chạy khi biến trở ở vị trí 50% - các tụ 3, 4 và 8 được đóng vào 44 4.11 Kết quả chạy khi biến trở ở vị trí 75% - các tụ 7 và 8 được đóng vào 44 4.12 Kết quả chạy khi biến trở ở vị trí 90% - các tụ 1, 3, 4, 7 và 8 được đóng vào 45 4.13 Kết quả chạy khi biến trở ở vị trí 100% - các tụ 1, 3, 6, 7 và 8 được đóng vào 45 4.14 Sơ đồ nguyên lý mạch phần cứng 46 4.15 Kết quả chạy của mạch khi biến trở ở vị trí 0% - các led đều tắt ứng với các tụ đều được cắt ra 47 4.16 Kết quả chạy của mạch khi biến trở ở vị trí 50% - các led ứng với các tụ 3, 4 và 8 được bật 48 4.17 Kết quả chạy của mạch khi biến trở ở vị trí 75% - các led ứng với các tụ 7 và 8 được bật 48 4.18 Kết quả chạy của mạch khi biến trở ở vị trí 90% - các led ứng với các tụ 1, 3, 4, 7 và 8 được bật 49 4.19 Kết quả chạy của mạch khi biến trở ở vị trí 100% - các led ứng với các tụ 1, 3, 6, 7 và 8 được bật 49 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. 1 LỜI NÓI ĐẦU Bài toán bù cosϕ là một trong những bài toán cơ bản của hệ thống điện. Các thiết bị bù cosϕ cho phép tạo ra công suất phản kháng cung cấp trực tiếp cho phụ tải để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây do đó nâng cao được hệ số cosϕ của mạng. Các hệ thống bù cosϕ hiện tại chủ yếu được thực hiện trên một dàn tụ được mắc nối tiếp. Dung lượng bù sẽ được tính toán tự động từ cosϕ của tải và sau đó được triển khai trên dàn tụ này. Tuy nhiên thực tế sử dụng một hệ các tụ có dung lượng giống nhau, nếu có thay đổi thì chỉ thay đổi số lượng tụ được đấu song song vào mạch. Do đó dung lượng bù thực tế chỉ có thể nhận các giá trị bội số của một tụ dẫn tới nhiều trường hợp sai số bù lớn. Việc sử dụng dàn tụ có dung lượng khác nhau sẽ cho phép ta lựa chọn được dung lượng bù sát hơn với dung lượng đặt ở đầu vào. Điều này sẽ cho phép cải thiện được chất lượng của thiết bị bù và cải thiện được chất lượng điện năng của hệ thống. Chính vì những lý do đã nêu trên tôi tiến hành nghiên cứu, lựa chọn và xây dựng chương trình thiết kế hệ thống bù cosϕ tự động cho trạm trung gian Quỳnh Côi 35/10kV huyện Quỳnh Phụ - Thái Bình. 1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài: – Cơ sở khoa học: Đề tài tìm hiểu phương pháp bù công suất phản kháng trên lưới phân phối để nâng cao chất lượng điện. Đồng thời, tìm hiểu phần mềm vi xử lý để mô phỏng bù cosϕ tự động – Tính thực tiễn: Đưa ra giải pháp bù cosϕ tự động 2. Mục tiêu của đề tài: – Nghiên cứu phương pháp bù cosϕ tự động, kiểm chứng trên phần mềm mô phỏng và mạch thiết bị mô phỏng bù cosϕ tự động 3. Phương pháp nghiên cứu: – Về lý thuyết: Nghiên cứu phương pháp bù cosϕ tự động và tìm hiểu phần mềm mô phỏng – Về thực nghiệm: Mô phỏng bù cosϕ tự động Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. 2 Nội dung luận văn bao gồm các chương sau: – Chương 1: Tổng quan về bù công suất phản kháng trên lưới phân phối. – Chương 2: Nhiệm vụ bù công suất phản kháng tại trạm Trung gian Quỳnh Côi 35/10kV. – Chương 3: Đề xuất giải pháp bù tự động. – Chương 4: Thiết kế hệ thống bù cosϕ tự động. Kết luận và kiến nghị Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI 1.1. SỰ TIÊU THỤ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1.1. Khái niệm về công suất phản kháng Để cho việc bù công suất đạt được hiệu quả, trước hết chúng ta cần tìm hiểu ý nghĩa vật lý của đại lượng này và biểu diễn dưới dạng công thức toán học Giả sử dòng điện hình sin trong mạch được biểu diễn bằng một hàm điều hòa: ( ) sin( ) m i t I t ω φ = + (1.1) trong đó: I m - trị số cực đại của dòng điều hòa, t ω φ + − góc pha, kết hợp hai đại lượng đặc trưng là tần số góc ω , và góc pha đầu φ (khi t=0) Với dòng chu kỳ i(t) đã cho có thế tìm được trị số dòng không đổi I tương đương về mặt tiêu tán, sao cho năng lượng tiêu tán trong thời gian một chu kỳ là bằng nhau, nghĩa là trong một mạch đơn giản thuần trở: 2 2 0 . ( ) T A RI T R i t dt = = ∫ (1.2) Trị số dòng không đổi I tương đương về mặt tiêu tán với dòng chu kỳ i(t) được gọi là giá trị hiệu dụng của dòng chu kỳ. Như vậy có thể viết: ( ) 2 sin( ) i t I t ω φ = + (1.3) Theo lý thuyết kỹ thuật điện ta có phản ứng một nhánh nối tiếp R-L-C đối với kích thích điều hòa ở chế độ xác lập: 2 sin( ) 2 sin 2 sin( ) 2 sin( ) 2 2 2 sin 2 sin( ) 2 sin( 2 2 R L C I u U t RI t LI t t C U t U t U t π π ω φ ω ω ω ω ω π π ω ω ω = + = + + + − = + + + − (1.4) Công thức trên nói lên quan hệ giữa u và i. Xét theo quan hệ hiệu dụng giữa U và I có: 2 2 2 2 1 ( ) ( ) L C U R L R X X Z C I ω ω = + − = + − = (1.5) hay [...]... đặt bù Trên có sở đó lựa chọn các phương pháp bù phù hợp sao cho đạt hiệu quả nhất Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………… 15 CHƯƠNG 2: NHIỆM VỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TẠI TRẠM TRUNG GIAN QUỲNH CÔI 35/ 10kV 2.1 GIỚI THIỆU TRẠM TRUNG GIAN QUỲNH CÔI 35/ 10kV Trạm biến áp trung gian 35/ 10kV Quỳnh Côi huyện Quỳnh Ph - Thái Bình được xây dựng từ năm 1983 và bắt đầu vận... dây 37 1- E3.3 qua cầu dao cách ly 37 3-7 Trạm biến áp xây dựng theo kiểu nửa trong nhà nửa ngoài trời Các thiết bị đóng cắt bảo vệ phía 35kV và máy biến áp được lắp đặt ngoài trời, thiết bị đóng cắt bảo vệ phía 10kV được lắp đặt trong nhà trạm, diện tích nhà 3,1mx28m Trạm biến áp trung gian 35/ 10kV Quỳnh Côi được thiết kế để cấp điện cho 4 lộ đường dây 10kV: 971, 972, 973, 974 khu vực phía Nam của huyện. .. dung lượng bù Dung lượng bù được xác định theo công thức sau: Qbù = P ⋅ (tgφ1 − tgφ2 ) ⋅ α trong đó: P - ( kVAr ) (1.19) phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ điện, kW ϕ1 - góc ứng với hệ số công suất trung bình (cos 1) trước khi bù ϕ2 - góc ứng với hệ số công suất trung bình (cos 2) muốn đạt được sau khi bù Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………… 10 - hệ số xét... thể hiện ở hình 2.1 Về phía 35kV, sử dụng một hệ thống thanh cái, hai máy biến áp chính T1 và T2 được nối với thanh cái 35kV qua cầu dao liên động 33 1-1 , 33 2-1 và các cầu chì tự rơi Máy biến áp tự dùng nối với thanh cái 35kV qua cầu dao 35kV và cầu chì SI 35kV Chống sét van 35kV bảo vệ chung trạm được đặt sau cầu dao 35kV của máy biến áp tự dùng Về phía 10kV, sử dụng 2 hệ thống thanh cái TC1 và TC2... điểm: Qbù min = 11 ⋅ 0, 4 = 491,44 ( kVAR ) 8,953 Như vậy dung lượng bù tính toán của trạm nằm trong dải: Qbù min = 491,44 < Qbù < Qbù max = 1597,21 Dung lượng bù tính toán được ở trên là cho cả 3 pha để đơn giản sẽ thiết kế mô phỏng bù cho 1 pha Vậy dung lượng bù tính toán cho 1 pha của trạm nằm trong dải: Qbù min = 163,81 < Qbù < Qbù max = 532,41 3.3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN DUNG LƯỢNG BÙ TRONG... cao cos bằng những phương pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù (thường chọn trong khoảng 0,9 ÷ 1) Hệ số công suất cos 2 nói trên thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiêu thụ phải đạt được, thường nằm trong khoảng cos =0,8 ÷ 0,95 1.4.2 Vị trí bù trong mạng điện Sau khi tính dung lượng bù và chọn loại thiết bị bù thì vấn đề quan trọng là bố trí thiết bị bù. .. kháng phải bù (kVAr) X – điện kháng từ đầu đường dây đến điểm đặt bù ( Ω ) ∆Ek – tổn thất điện áp (V) Uđm – điện áp định mức của đường dây (kV) 3.2.1 Xác định X X là điện kháng từ đầu đường dây đến điểm đặt bù Việc xác định X phụ thuộc vào loại dây, khoảng cách hình học trung bình giữa các dây và khoảng cách từ điểm đặt bù đến nguồn điện Trạm trung gian Quỳnh Côi cần bù được lấy điện từ trạm 110/35kV Long... áp T1 được nối với hệ thống thanh cái TC1 qua cầu dao cách ly 93 1-1 cấp điện cho 2 lộ đường dây: 97 1-1 và 97 3-1 Máy biến áp T2 được nối với hệ thống thanh cái TC1 qua cầu dao cách ly 93 1-2 cấp điện cho 2 lộ đường dây: 97 2-2 và 97 4-2 Phía 10kV xây các ngăn lộ trong lắp các thiết bị đóng cắt Cụ thể gồm các ngăn sau : 1 Ngăn máy cắt tổng 931: – Máy cắt ít dầu của Nhật Bản loại HF 51 5-6 30A : 1 cái – 2 biến... tự động 2.4 Kết luận chương 2 Tìm hiểu về hệ thống bù cos hiện tại của trạm Với hệ thống bù cos hiện tại thì chưa đạt được yêu cầu điều chỉnh liên tục dung lượng bù Yêu cầu này sẽ được đề cập và giải quyết trong chương 4 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………… 23 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BÙ TỰ ĐỘNG 3.1 GIẢI PHÁP BÙ BẰNG TỤ Tụ điện là một đơn vị hoặc một... đặt ở phía điện áp cao của trạm biến áp trung gian Tụ điện có thể được đặt ở mạng điện áp cao hoặc ở mạng điện áp thấp Tụ điện điện áp cao ( 6-1 5kV) được đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối Nhờ đặt tập trung nên việc theo dõi vận hành các tụ điện dễ dàng và có khả năng thực hiện việc tự động hóa điều chỉnh dung lượng bù Bù tập trung ở mạng điện áp cao còn có nhiều .        VŨ THỊ THÙY LAN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙ COS ϕϕ ϕ TỰ ĐỘNG CHO TRẠM TRUNG GIAN QUỲNH CÔI 35/10KV HUYỆN QUỲNH PHỤ - THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên. NHIỆM VỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TẠI TRẠM TRUNG GIAN QUỲNH CÔI 35/10kV 16 2.1 GIỚI THIỆU TRẠM TRUNG GIAN QUỲNH CÔI 35/10kV 16 2.2 NHIỆM VỤ BÙ VÀ GIẢI PHÁP HIỆN NAY 22 2.2.1 Nhiệm vụ bù 22 Trường. bị bù và cải thiện được chất lượng điện năng của hệ thống. Chính vì những lý do đã nêu trên tôi tiến hành nghiên cứu, lựa chọn và xây dựng chương trình thiết kế hệ thống bù cos tự động cho trạm