LỜI NÓI ĐẦU Cùng với quá trình phát triển kinh tế xã hội của đất nước, ngành điện luôn phải đi trước một bước trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Các nhà máy xí nghiệp, các khu công nghiệp ngày càng phát triển nhanh chóng đòi hỏi tiêu thụ công suất phản kháng càng tăng, điều này làm giảm hệ số cosϕ, giảm chất lượng điện năng, tăng tổn thất.Vì vậy các hộ tiêu thụ điện bị áp dụng bảng giá phạt đối khi có hệ số cosϕ thấp. Nội dung của luận văn gồm hai vấn đề chính : - Đi nghiên cứu phương pháp để xác định dung lượng đặt thiết bị bù, vị trí đặt bù, nhằm đem lại hiệu quả tối ưu cả về kinh tế và kỹ thuật. - Nghiên cứu thị trường điện năng phản kháng. Đề tài ‘ Vấn đề cosϕ, bù công suất phản kháng và thị trường điện năng phản kháng ‘ gồm bốn phần như sau : 1. Tổng quan . 2. Chương trình tính toán bù tối ưu công suất phản kháng, có xét đến chất lượng điện năng và phân tích kinh tế tài chính. 3. Tính toán áp dụng : 4. Thị trường điện năng phản kháng. 5. Kết luận và kiến nghị. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của PGS.TS Phạm Văn Hòa, tôi xin chân thành cảm ơn những đóng góp của thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô giáo trường đại học bách khoa Hà Nội, và các thầy cô giáo trường đại học Công nghiệp Thái Nguyên. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn những đóng góp quý báu của các bạn đồng nghiệp, người thân và gia đình đã động viên và giúp tôi trong quá trình thực hiện. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ Học Viên: Dương Hòa An 2 quan xí nghiệp, đã giúp tôi khảo sát tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận văn. Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, song bản luận văn này vẫn còn nhiều hạn chế, tôi rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn này được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Thái Nguyên ngày tháng năm 2008 Học Viên: Dương Hòa An 3 Mục lục Lời Cam đoan………………………………………….…….……………… 1 Lời nói đầu:………………………………………………….………… ……2 Mục Lục:……………………………………………………….…….… ……4 Chương I: TỔNG QUAN ………………………………………… ……… 7 1.1Vấn đề bù công suất phản kháng trong hệ thống điện:……….…… …7 1.2 Nguồn công suất phản kháng :…………………………………… … 8 1.3.Bù kinh tế công suất phản kháng:………………… ……………….…9 1.4. Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng ở lưới phân phối :…………………… … ………… … 10 1.4.1 lưới phân phối một phụ tải:…………………………….………………10 1.4.2 Lưới phân phối có phụ tải phân bố đều trên trục chính….…………14 1.5 Một Số phương pháp tính bù công suất phản kháng : …………… 16 1.5.1 Phương pháp xác định dung lượng tụ bù theo biểu đồ công suất phản kháng của phụ tải : 1.5.2 Bù công suất phản kháng nâng cao hệ số cos ϕ :………… ……… 19 1.5.3 Mô hình bù công suất phản kháng theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất:………………………………………………………………… ……20 1.5.4 Mô hình bù công suất phản kháng dựa trên chỉ tiêu tối đa hóa các tiết kiệm………………………………………………………………… ………23 1.5.5 Mô hình tính bù theo điều kiện chỉnh điện áp………………… ……24 1.5.6 Mô hình bù công suất phản kháng dựa trên chỉ tiêu cực tiểu hàm chi phí tính toán………………………………………………………….……….…26 1.5.7 Phương pháp xét đến độ nhạy của chi tiêu ổn định điện áp, độ lệch điện áp và tổn thất công suất tác dụng đối với sự biến đổi công suất phản kháng nút………………………………………………………….…….… … 28 1.5.8 Mô hình quy hoạch hỗn hợp………………………….……… …… 31 1.6. Tìm hiểu cosϕ và bù cosϕ tại một số nhà máy xí nghiệp…….… …32 Học Viên: Dương Hòa An 4 1.6.1 Các phụ tải đã tiến hành điều tra ………………………….………….33 1.6.2.Một số nhận xét từ kết quả thưc tế………………………….…………33 1.6.3 Tóm tắt và kiến nghị 38 Chương II: -CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG, CÓ XÉT ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ PHÂN TÍCH KINH TẾ TÀI CHÍNH……… 39 2.1. Phương pháp luận và sơ đồ khối thuật toán………………………… 39 2.1.1 Mô hình tổng quát bài toán bù công suất phản kháng trong lưới phân phối:……………………………………………………………………….39 2.1.2. Hàm mục tiêu…………………………………………………… ….….40 2.1.3 Các ràng buộc………………………………………… ……….….… 42 2.1.4 Mô hình bài toán bù công suất phản kháng khi có xét đến máy biến áp: ……………………………………………………………………………… 43 2.1.5 Một số giả thiết khi tính toán tối ưu công suất bù:………………… 44 2.2 Phương pháp giải bài toán bù công suất phản kháng………………….44 2.2.1 Tổng quan…………………………………………………………………44 2.2.2. Thuật toán giải bài toán bù công suất phản kháng bằng phương pháp quy hoạch động:………….………………………………………………45 2.2.3 Xét đến rằng buộc về điện áp:……………………………….…………48 2.2.4.Hình thức hoá thuật toán và sơ đồ khối…………………….…………48 2.2.6 Các số liệu cần đưa vào tính toán:………………………….…………50 2.2.7 Ví dụ áp dụng ……………………………………………….……………51 2.3. Chương trình máy tính và sử dụng chương trình ………………… 53 Chương III- T ÍNH TOÁN ÁP DỤNG :…………… ……………….… … 58 3.1 Sơ đồ lộ 677: 58 3.2 Các Số liêu Tính toán: 59 3.3 Kết quả tính toán ứng với chế độ phụ tải cực đại:…………………… 61 Học Viên: Dương Hòa An 5 3.4 Phân tích kinh tế tài chính và đánh giá hiệu quả kinh tế bù công suất phản kháng 65 Chương 4: THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NĂNG PHẢN KHÁNG 69 4.1Thị trường điện năng phản kháng ở việt Nam: 69 4.1.1 Phân tích mô hình kinh doanh điện năng phản kháng hiện tại ở Việt Nam: 69 4.1.2 Phương pháp xác định tiền mua công suất phản kháng: 70 4.2 Các mô hình kinh doanh điện năng có thể được áp dụng: 74 4.3Ví dụ áp dụng:……………… …………………… ………….….80 Chương V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………… … ……… 84 5.1 Kết luận : 84 5.2 Kiến nghị: 84 Tài liệu tham khảo 86 Học Viên: Dương Hòa An 6 CHƯƠNG I ; TỔNG QUAN 1. VẤN ĐỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN: 1.1 Vấn đề bù công suất phản kháng trong hệ thống điện: Trong hệ thống điện luôn có phần tử tiêu thụ và nguồn phát công suất phản kháng. Phần tử tiêu thụ là máy biến áp, động cơ không đồng bộ, trên đường dây điện và mọi nơi có từ trường. Yêu cầu công suất phản kháng chỉ có thể giảm tối thiểu chứ không triệt tiêu được vì nó cần thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian trong quá trình chuyển hóa điện năng. yêu cầu công suất phản kháng được phân chia như sau: - Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 70-80%. - Máy biến áp tiêu thụ 25-15%. - Đường dây tải điện và các phụ tải khác 5%. Khả năng phát công suất phản kháng của các nhà máy điện rất hạn chế, cosϕ= 0,8-0,85. Các máy phát chỉ đảm đương một phần yêu cầu công suất phản kháng của phụ tải. Phần còn lại trông vào các nguồn công suất phản kháng đặt thêm tức là nguồn công suất bù. Có 2 con đường để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện : (1) - Cưỡng bức phụ tải mà chủ yếu là các xí nghiệp công nghiệp phải đảm bảo cosϕ của họ ở mức cho phép. Cách này nhằm giảm yêu cầu công suất phản kháng. (2)- Đặt bù công suất phản kháng trong hệ thống điện để giải quyết phần thiếu còn lại. Tóm lại trong hệ thống điện phải bù cưỡng bức hay bù kỹ thuật một lượng công suất phản kháng nhất định để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện. Hệ thống điện thiếu công suất phản kháng thì việc bù kỹ thuật là bắt buộc, gọi là bù cưỡng bức. Học Viên: Dương Hòa An 7 Sau khi bù cưỡng bức, một lượng công suất phản kháng đáng kể vẫn lưu thông qua lưới phân phối trung áp gây ra tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng khá lớn. Để giảm tổn thất này có thể thực hiện bù kinh tế. Bù kinh tế chỉ được thực hiện khi nó thực sự mang lại lợi ích, nghĩa là lợi ích kinh tế mà nó mang lại phải lớn hơn chi phí vận hành và lắp đặt trạm bù. Trong các xí nghiệp công nghiệp lượng công suất phản kháng phải bù cưỡng bức để đảm bảo cosϕ cũng được phân phối hợp lý nhằm giảm tối đa tổn thất điện năng. 1.2 Nguồn công suất phản kháng : Về nguồn công suất phản kháng thấy rằng : Khả năng phát công suất phản kháng của máy phát rất hạn chế. Vì lý do kinh tế người ta không làm các máy phát có khả năng phát nhiều công suất phản kháng đủ cho phụ tải, đặc biệt là ở chế độ max. Các máy phát chỉ đảm đương một phần yêu cầu công suất phản kháng của phụ tải, chủ yếu làm nhiệm vụ điều chỉnh công suất phản kháng trong hệ thống điện đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu luôn thay đổi của phụ tải. Phần còn lại trông vào các nguồn công suất bù. Có hai loại nguồn công suất phản kháng là máy bù đồng bộ và tụ điện. -Tụ điện được sử dụng rộng rãi để bù công suất phản kháng trong mạng điện, nó có thể mắc trên thanh cái của các trạm biến áp, hoặc tại các điểm nút của mạng điện. Tụ điện có thể mắc độc lập hoặc mắc thành từng nhóm theo yêu sơ đồ đấu Y, hoặc đấu tam giác. Hình 1.1 Sơ đồ mắc tụ bù tĩnh Đối với lưới điện hiện nay chủ yếu sử dụng tụ điện tĩnh do các ưu điểm sau: Học Viên: Dương Hòa An 8 S=P+jQ Q C ∼ ~ - Chi phí theo 1 Var theo tụ là rẻ hơn so với máy bù đồng bộ. - Làm việc êm, tin cậy do kết cấu đơn giản. - Tuổi thọ cao. - Tiêu thụ tốn suất tác dụng ít. - Lắp đặt và vận hành đơn giản . Tuy vậy tụ điện cũng có nhược điểm so với máy bù đồng bộ : - Máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh trơn công suất phản kháng còn tụ điện điều chỉnh theo từng cấp. - Máy bù đồng bộ có thể phát ra hay tiêu thụ công suất phản kháng còn tụ điện chỉ có thể phát công suất phản kháng . - Công suất phản kháng do tụ điện phát ra phụ thuộc vào điện áp vận hành, dễ hư hỏng ngắn mạch. Để bảo vệ quá điện áp và kết hợp điều chỉnh tụ bù theo điện áp, người ta thường lắp đặt các bộ điều khiển để đóng cắt tụ theo điện áp. Từ các ưu điểm trên ngày nay thường dùng tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng. 1.3.Bù kinh tế công suất phản kháng: 1.3.1 Tổn thất công suất và tổn thất điện năng : Bù kinh tế là phương pháp giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng hiệu quả. Tổn thất gồm hai loại : + Tổn thất kỹ thuật là tổn thất sinh ra do tính chất vật lý của quá trình tải điện, tổn thất này phụ thuộc vào tính chất của dây dẫn và vật liệu cách điện, điều kiện môi trường, dòng điện và điện áp. Tổn thất kỹ thuật chia làm 2 loại : - Tổn thất phụ thuộc vào dòng điện: Sinh ra do sự phát nóng trên điện trở của máy phát, máy biến áp và dây dẫn. Thành phần này là tổn thất chính. -Tổn thất phụ thuộc vào điện áp gồm có: tổn thất trong lõi thép của máy biến áp, tổn thất do rò điện, do vầng quang. Tổn thất kỹ thuật không triệt tiêu được mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ cho phép. Học Viên: Dương Hòa An 9 + Tổn thất kinh doanh : Là tổn thất trong khâu kinh doanh điện năng do: điện năng tiêu dùng không đo được, điện năng đo được nhưng không vào hóa đơn, điện năng vào hóa đơn nhưng không được trả tiền hoặc trả chậm. 1.3.2 Phương thức bù kinh tế công suất phản kháng trong lưới phân phối và bài toán bù kinh tế : Lợi ích khi đặt bù : - Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế dộ max của hệ thống điện do đó giảm được dự trữ công suất tác dụng hoặc tăng độ tin cậy của hệ thống. - Giảm được tổn thất điện năng. - Cải thiện được chất lượng điện áp. - Giảm nhẹ tải cho máy biến áp trung gian và đường trục trung áp giảm được yêu cầu công suất phản kháng, tăng tuổi thọ cho thiết bị. Chi phí khi đặt bù: - Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù. - Tổn thất điện năng trong tụ bù. Giải bài toán bù công suất phản kháng là xác định : Số lượng trạm bù, vị trí đặt của chúng trên lưới phân phối, công suất bù và chế độ làm việc của tụ bù sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Học Viên: Dương Hòa An 10 1.4. Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng ở lưới phân phối : 1.4.1 lưới phân phối một phụ tải: Xét lưới phân phối theo hình 1.2 a công suất phản kháng yêu cầu max là Q max , Công suất bù là Q bù đồ thị kéo dài của công suất phản kháng yêu cầu là q(t), đồ thị kéo dài của công suất phản kháng sau khi bù là : q b (t)= q(t)- Q b -Trên hình 2.1 b : q b1 (t) ứng với Q b =Q min . -Trên hình 2.1 c : q b2 (t) ứng với Q b =Q tb . -Trên hình 2.1 d : q b1 (t) ứng với Q b =Q max . Từ các đồ thị kéo dài của công suất phản kháng ta thấy : khi đặt tụ bù đồ thị kéo dài công suất phản kháng mới có thể nằm trên, nằm dưới hoặc cắt trục hoành tùy thuộc vào độ lớn của công suất bù. Công suất phản kháng dương có nghĩa là nó đi từ nguồn đến phụ tải còn âm có nghĩa là đi ngược từ phụ tải về nguồn. Dù đi theo hướng nào công suất phản kháng đều gây ra tổn thất công suất tác dụng như nhau nếu độ lớn như nhau. Trong trường hợp Q b =Q min (hình 1.2 b) thì trong các chế độ trừ chế độ min phụ tải phải nhận công suất từ nguồn, còn trong chế độ max chỉ giảm được lượng công suất phản kháng ∆Q=Q max - Q b =Q max -Q min . Trong trường hợp Q b= Q max ( hình 1.2 d) thì trong các chế độ trừ chế độ max, công suất bù thừa cho phụ tải và đi ngược về nguồn. Công suất phản kháng yêu cầu ở chế độ max được triệt tiêu hoàn toàn, cho lợi ích lớn nhất về độ giảm yêu cầu công suất phản kháng và tổn thất công suất tác dụng. Học Viên: Dương Hòa An 11 [...]... cung cấp công suất phản kháng cho 1/3 độ dài lưới điện, tụ bù cung cấp công suất phản kháng cho 2/3 còn lại và đặt ở vị trí các đầu lưới điện 2/3L Từ đây cũng tính được công suất bù tối ưu là 2/3 công suất phản kháng yêu cầu Dễ dàng chứng minh được rằng để có độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất vẫn phải đặt bù tại 2/3 L nhưng cs bù tối ưu là 2/3 công suất phản kháng trung bình Trong lưới điện phức... quả kinh tế của việc bù công suất phản kháng 1.5.2 Bù công suất phản kháng nâng cao hệ số cos ϕ: Bằng cách đặt các thiết bị bù tại các hộ dùng điện để cung cấp công suất phản kháng cho chúng, ta giảm được lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây do đó nâng cao được hệ số cosϕ của mạng Nhưng biện pháp bù công suất phản kháng không làm giảm lượng công suất phản kháng tiêu thụ của các... công suất phản kháng Q N từ nguồn cấp cho đoạn lx (đoạn 0B) còn tụ bù cung cấp công suất phản kháng Qb cho đoạn L-lx (đoạn BA ) QN=lx.q0 Qb=(L-lx).q0 Dễ ràng nhận thấy rằng muốn tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng sau khi bù là nhỏ nhất thì trạm bù phải đặt ở chính giữa đoạn c, công suất phản kháng của tụ sẽ chia đều về 2 phía có độ dài (L-l x)/2 và công suất phản kháng Q b/2 Vị trí bù. .. hợp với lưới điện xí nghiệp công nghiệp là lưới có phụ tải phản kháng cao, hệ số cosϕ thấp 1.5.3 Mô hình bù công suất phản kháng theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất: Bằng việc giải tích mạng điện, tính toán phân bổ công suất, ứng với mỗi chế độ xác lập, ta tính được điện áp tại các nút và tổn thất ∆P, ∆Q của hệ thống Trong đó tổn thất công suất của nhánh i của mạng điện được xác định theo công. .. của công suất phản kháng, KW/KVAr (là lượng công suất tác dụng (KW) tiết kiệm được khi bù 1 KVAr K kt = DPp Qb = Q QR (2 − b ) Q U2 (1.9) DPp – lượng giảm tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra khi đặt một đơn vị công suất bù KW/KVAr Q- Công suất phản kháng hộ tiêu thụ, KVAr Nếu Qb . QUAN 1. VẤN ĐỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN: 1.1 Vấn đề bù công suất phản kháng trong hệ thống điện: Trong hệ thống điện luôn có phần tử tiêu thụ và nguồn phát công suất phản kháng. . cầu công suất phản kháng. (2)- Đặt bù công suất phản kháng trong hệ thống điện để giải quyết phần thiếu còn lại. Tóm lại trong hệ thống điện phải bù cưỡng bức hay bù kỹ thuật một lượng công suất. ………………………………………… ……… 7 1. 1Vấn đề bù công suất phản kháng trong hệ thống điện: ……….…… …7 1.2 Nguồn công suất phản kháng :…………………………………… … 8 1.3 .Bù kinh tế công suất phản kháng: ………………… ……………….…9 1.4.