Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu bù công suất phản kháng nâng cao chất lượng điện trong mạng phân phối
Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp I ------------o0o------------ ủủđoàn văn đIện nghiên cứu bù công suất phản kháng nâng cao chất lợng đIện trong mạng phân phối Luận Văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên nghành : đIện khí hoá nông nghiệp và sản xuất nông thôn M số: 60.52.54 Ngời hớng dẫn khoa học :TS. Trần Quang khánh Hà Nội - 2007 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 1 LỜI CAM ðOAN - Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. - Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả ðoàn Văn ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 2 LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian thực hiện, ñến nay ñề tài: "Nghiên cứu bù công suất phản kháng nâng cao chất lượng ñiện trong mạng phân phối" ñã ñược hoàn thành. Trong thời gian thực hiện, tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngoài trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ts. Trần Quang Khánh về sự quan tâm, giúp ñỡ tôi rất tận tình trong phương pháp và các nội dung nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong bộ môn Cung cấp và Sử dụng ñiện Khoa Cơ ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp I - Hà Nội, tập thể cán bộ Khoa ðiện-ðiện tử, Trường ðại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Cuối cùng tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn ñến gia ñình, ñã ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành nội dung luận văn. Tác giả Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 3 MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ix MỞ ðẦU 1 Chương 1 VAI TRÒ, ðẶC ðIỂM CHUNG CỦA LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI VÀ SỰ TIÊU THỤ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 4 1.1 Vai trò, đặc điểm chung của lưới phân phối 4 1.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng 6 1.3 Các nguồn phát công suất phản kháng 9 1.4 Phối hợp công suất phản kháng 10 Kết luận 11 Chương 2 MỤC TIÊU VÀ LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO PHỤ TẢI - MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 12 2.1 Mục tiêu bù phụ tải và bù tự nhiên 12 2.2 Lý thuyết cơ bản về bù công suất phản kháng cho phụ tải 13 2.3 Một số phương pháp tính toán bù hiện có 14 Kết luận 20 Chương 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG QUA LẠI GIỮA THIẾT BỊ BÙ VÀ CHẾ ðỘ LÀM VIỆC CỦA CÁC PHẦN TỬ MẠNG ðIỆN 21 3.1 Tác động quá độ trong quá trình đóng cắt tụ 21 3.2 Ảnh hưởng của sóng hài lên các thiết bị điện 26 3.3 Ảnh hưởng của quá độ điện áp 35 3.4 Các giải pháp khắc phục 36 3.5 Thiết kế bộ lọc sóng hài 42 Kết luận 45 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 4 Chương 4 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ FACTS TỰ ðỘNG ðIỀU CHỈNH DUNG LƯỢNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 47 4.1 Khái quát công nghệ FACTS 47 4.2 Thiết bị bù ngang SVC 48 4.3 Các đặc tính của SVC 59 4.4 Thiết bị bù dọc có điều khiển TCSC 61 4.5 Bù công suất phản kháng theo thời gian thực 65 4.6 Bù ứng động công suất phản kháng cân bằng tải 71 Kết luận 71 Chương 5 TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG BẰNG MÁY TÍNH 73 5.1 Giải tích lưới phân phối 73 5.2 Xây dựng mô hình toán học bài toán bù công suất phản kháng 79 5.3 Chương trình tính toán 84 5.4 Áp dụng tính toán cho một mạng điện thực 86 5.5 Hiệu quả sau khi bù 88 Chương 6 ðÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT 90 6.1 Phân tích kinh tế tài chính và đánh giá hiệu quả kinh tế bù CSPK 90 6.2 Phân tích hiệu quả bù công suất phản kháng 93 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 99 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng số Tên bảng Trang Bảng 1.1 Quan hệ giữa HSCS và công suất toàn phần. 8 Bảng 3.1 Giá trị biên độ xung áp và xung dòng khi đóng dãy tụ mắc nối tiếp. 22 Bảng 3.2 Giá trị biên độ xung áp và xung dòng. 23 Bảng 3.3 Giá trị biên độ xung áp và xung dòng. 24 Bảng 3.4 Giá trị biên độ xung áp và xung dòng. 25 Bảng 3.5 Dạng dòng điện của một số tải phi tuyến và hệ số méo của chúng. 27 Bảng 3.6 Chọn phương án lắp tụ. 38 Bảng 3.7 Lĩnh vực áp dụng của các bộ lọc. 41 Bảng 4.1 Giá trị I 3 tương ứng với góc mở α của Thyristor. 58 Bảng 4.2 Đặc điểm điều chỉnh vùng làm việc của TCSC. 65 Bảng 5.1 Các chỉ tiêu chính trước và sau bù. 88 Bảng 6.1 Kết quả phân tích kinh tế tài chính bù CSPK lộ 471-Văn Lâm Hưng Yên. 93 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 6 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình số Tên hình Trang Hình 1.1 Cấu trúc lưới phân phối 4 Hình 1.2a Sơ đồ mạch điện đơn giản 6 Hình 1.2b Quan hệ giữa P và Q 7 Hình 1.3 Quan hệ giữa hệ số công suất và công suất toàn phần 8 Hình 2.1 Nguyên lý bù công suất phản kháng 14 Hình 2.2 Nguyên lý bù công suất Q C 14 Hình 2.3 Bù đóng cắt theo thời gian 15 Hình 2.4 Bù phân bố tại điểm tải 19 Hình 3.1a Sơ đồ mô phỏng đóng điện vào dãy tụ mắc nối tiếp 22 Hình 3.1b Dạng sóng điện áp trên tụ 22 Hình 3.1c Dạng sóng dòng điện trên tụ 22 Hình 3.2a Sơ đồ mô phỏng đóng điện vào dãy tụ mắc song song 23 Hình 3.2b Dạng sóng điện áp trên tụ 23 Hình 3.2c Dạng sóng dòng điện trên tụ 23 Hình 3.3a Sơ đồ mô phỏng quá độ với hiện tượng phóng điện trước 24 Hình 3.3b Dạng sóng điện áp 24 Hình 3.3c Dạng sóng dòng điện 24 Hình 3.4a Sơ đồ mô phỏng quá độ với hiện tượng phóng điện trở lại 25 Hình 3.4b Dạng sóng điện áp 25 Hình 3.4c Dạng sóng dòng điện 25 Hình 3.5 Quá độ trên lưới phân phối khi đóng tụ bù 25 Hình 3.6a Sóng hài bậc cao của bộ điều chỉnh 1 chiều với tải công suất lớn 26 Hình 3.6b Sóng hài bậc cao của bộ điều chỉnh 1 chiều với tải công suất nhỏ 26 Hình 3.7a Sóng cơ bản và sóng hài bậc ba đồng pha 27 Hình 3.7b Sóng cơ bản và sóng hài bậc ba lệch pha 28 Hình 3.8a Hệ thống thực mô phỏng cộng hưởng song song 30 Hình 3.8b Sơ đồ tương đương 31 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 7 Hình 3.8c Đáp ứng tần số 31 Hình 3.9a Hệ thống thực mô phỏng cộng hưởng nối tiếp 31 Hình 3.9b Sơ đồ tương đương 31 Hình 3.9c Đáp ứng tần số 31 Hình 3.10 Hạn chế sóng hài bằng phương pháp lọc 36 Hình 3.11a,b Các phương pháp lọc tích cực 39 Hình 3.11c Bộ lọc kết hợp 40 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý máy cắt có bộ phận điện trở cài trước 41 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý bộ lọc sóng hài 45 Hình 4.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động của SVC 49 Hình 4.2 Nguyên lý cấu tạo của Thyristor 50 Hình 4.3 Sóng điện áp đầu ra của Thyristor ở mạch thuần trở 51 Hình 4.4 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR 52 Hình 4.5 Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR 52 Hình 4.6 Ảnh hưởng của góc α đến dòng điện 53 Hình 4.7 Sóng tín hiệu dòng điện của TCR 53 Hình 4.8a Đặc tính điều chỉnh dòng điện TCR theo góc điều khiển 57 Hình 4.8b Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR 57 Hình 4.9 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của tụ đóng mở bằng Thyristor 59 Hình 4.10 Đặc tính hoạt động của SVC 59 Hình 4.11 Đặc tính U-I của SVC 60 Hình 4.12 Đặc tính trở kháng của SVC 60 Hình 4.13 Đặc tính điều chỉnh điện áp của SVC 61 Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý của TCSC 62 Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển cho TCSC 62 Hình 4.16 Đặc tính thay đổi của X ĐT và giá trị X TCR 63 Hình 4.17 Sơ đồ khối và đặc tính VA của STATCOM 66 Hình 4.18a Bộ phục hồi điện áp động 67 Hình 4.18b Sơ đồ khối hệ thống bù ứng động bằng SIPCON 67 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 8 Hình 4.19a Sơ đồ mạng điện mô phỏng 68 Hình 4.19b Mô hình bằng Simulink 68 Hình 4.20a Điện áp trên tải khi không có DVR 68 Hình 4.20b Điện áp trên tải khi có DVR 68 Hình 4.21a Điện áp trên tải khi không có DVR 69 Hình 4.21b Điện áp trên tải khi có DVR 69 Hình 4.22a Điện áp trên tải khi không có DVR 69 Hình 4.22b Điện áp trên tải khi có DVR 69 Hình 4.23 Sơ đồ bù ứng động 70 Hình 4.24 Tác dụng của bù ứng động theo thời gian thực 70 Hình 4.25 Hệ thống lọc sóng hài và cản dịu dao động công suất 71 Hình 4.26 Hệ thống điều khiển cân bằng tải 71 Hình 5.1 Sơ đồ lưới phân phối đơn giản 73 Hình 5.2 Sơ đồ khối thuật toán tính chế độ xác lập lưới phân phối 78 Hình 5.3 Sơ đồ khối thuật toán thành lập ma trận A 79 Hình 5.4 Sơ đồ khối thuật toán thành lập ma trận Z 79 Hình 5.5 Tính toán bù công suất phản kháng 85 Hình 5.6 Lưới điện 471 Văn Lâm Hưng Yên 87 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật ------------------------------ 9 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng DVR Bộ phục hồi điện áp động - Dynamic Voltage Regulator KĐB Không đồng bộ HSCS Hệ số công suất FACTS Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt - Flexible AC Transmission Systems GTO Thyristor điều khiển tắt bằng cực cổng - Gate Turn O ff IGBT Transistor trường cực cổng cách ly - Insulated Gate Bipolar Transitor MBA Máy biến áp PWM Điều chế độ rộng xung – Pulse Width Modulation STATCOM Thiết bị bù ngang điều khiển bằng Thyristor - Static Synchronous Compensator SVC Thiết bị bù ngang điều khiển bằng Thyristor - Static VAR Compensator TCR Kháng điện điều khiển bằng Thyristor – Thyristor Controlled Reactor TSR Kháng điện đóng cắt bằng Thyristor - Thyristor Switched Reactor TSC Tụ điện đóng mở bằng Thyristor - Thyristor Switched Capactor TCSC Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor - Thyristor Controlled Series Compensator . . Phối hợp công suất phản kháng Trong hệ thống điện, bù công suất phản kháng phân ra làm hai loại: Bù cưỡng bức hay bù kỹ thuật: là bù một lượng công suất. ------------o0o------------ ủủđoàn văn đIện nghiên cứu bù công suất phản kháng nâng cao chất lợng đIện trong mạng phân phối Luận Văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên nghành : đIện khí hoá
