ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV : Lâm Huỳnh Quang Đức 55 CHƯƠNG V BÙ KINH TẾ TRONG MẠNG ĐIỆN I - MỞ ĐẦU Công tác chống tổn thất được tiến hành thông qua việc phân tích tổn thất trong hệ thống điện, thiết lập các biện pháp phòng chống tổn thất và đánh giá tác dụng của các biện pháp này. Các biện pháp giảm tổn thất điện năng: - Chống tổn thất thông qua cải tạo lưới điện: + Phát triển trục hệ thống truyền tải. + Xây dựng các nhà máy và các trạm ở các trung tâm phụ tải. + Đơn giản hoá các cấp điện áp. + Thay các đường dây phân phối trung áp và hạ áp và biến đổi hệ thống phân phối một pha thành ba pha. + Đặt tụ bù để nâng cao cosφ đường dây: Hệ số công suất thấp gây ra bởi các phụ tải động cơ cảm ứng, cùng với tính cảm của đường dây. Điều này gây ra sụt áp lớn và tổn thất điện n ăng nhiều hơn trên đường dây. Tụ điện bù ngang trên đường dây được dùng ở những nơi cần điều chỉnh cosφ cao hơn trên cơ sở của việc đo hệ số công suất trên đường dây phân phối. + Giảm tổn thất trong các máy biến áp phân phối. - Chống tổn thất thông qua cải thiện điều kiện về vận hành. - Công tác giảm tổn thất đối với tổ n thất phi kỹ thuật. II - TÍNH TOÁN BÙ KINH TẾ Các giả thiết và điều kiện: - Dùng công suất kháng của phụ tải trước khi bù. - Không xét đến tổn thất công suất tác dụng do P gây ra. - Không xét tới tổn thất trong sắt của máy biến áp và công suất kháng do điện dung đường dây sinh ra. - Chỉ xét sơ đồ điện trở đường dây và máy biến áp. 1 - Xét các mạng điện có hai phụ tải (N-1-2): 1T 25MVA 2T 25MVA r B2 Q 1 -Q b1 Q 2 -Q b2 R 1 R 2 r B1 Q 1 -Q b1 Q 2 -Q b2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV : Lâm Huỳnh Quang Đức 56 - Điện trở đường dây : R N1 = 4,174 Ω R 12 = 6,037 Ω - Điện trở máy biến áp : R B1 = 2,539Ω R B2 = 2,539Ω - Công suất kháng của phụ tải : Q 1 = 11,25 MVAr Q 2 = 12,92 MVAr Chi phí tính toán cho bởi: Z = Z 1 + Z 2 + Z 3 Trong đó: Z 1 : phí tổn hàng năm do đầu tư vào thiết bị bù Q b . Z 1 = (a vh + a tc )×k 0 × (Q b1 + Q b2 ) a vh : hệ số vận hành của thiết bị bù a vh = 0,1 a tc : hệ số thu hồi vốn đầu tư phụ a tc = 0,125 k 0 : giá tiền một đơn vị công suất thiết bị bù đồng/MVAr Z 2 : phí tổn do tổn thất điện năng do thiết bị bù Z 2 = c×t×ΔP*× (Q b1 + Q b2 ) c : tiền 1 MWh tổn thất điện năng ΔP* : tổn thất công suất tương đối của thiết bị bù, với tụ điện tĩnh lấy bằng 0,005 t : thời gian vận hành tụ điện, xét tụ vận hành suốt năm t = 8760h. Z 3 : chi phí tổn thất điện năng do thành phần công suất kháng tải trên đường dây và máy biến áp sau khi đặt thiết bị bù. Đối với mạng điện hở cung cấp cho một phụ tải. Z 3 = c×ΔP×τ τ : thời gian tổn thất công suất cực đại : τ = (0,124 + T max .10 -4 ) 2 .8760 = (0,124 + 5000.10 -4 ) 2 .8760 = 3410,934 giờ/năm Tính toán các phí tổn: Z 1 = (a vh + a tc )×k 0 ×(Q b1 + Q b2 ) = (0,1 + 0,125)×5000×(Q b1 + Q b2 ) = 1125×(Q b1 + Q b2 ) Z 2 = c×t×ΔP*×(Q b1 + Q b2 ) = 50×8760×0,005×(Q b1 + Q b2 ) = 2190×(Q b1 + Q b2 ) Z 3 = c×ΔP×τ = 50×3410,934× ()( )( )( ) 22 2 11 1 22 2 2 121 21 2 1 bB b B bb QQ R QQ R R QQQ Q R U ⎡⎤ −+−+++−− ⎣⎦ = ()( )( )( ) 2 22 2 12 12 170546,7 110 11,25 2,539 12,92 6,037 2,539 11,25 12,92 4,174 bb bb QQ QQ =× ⎡ ⎤ ×−×+− +++−−× ⎣ ⎦ = 14,095× ()( )( ) 22 2 1212 2,539 11,25 8,576 12,92 4,174 24,17 bb bb QQQQ ⎡⎤ ×−+×−+×−− ⎣⎦ Vậy chi phí tính toán: ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV : Lâm Huỳnh Quang Đức 57 Z = Z 1 + Z 2 + Z 3 = 1125×(Q b1 + Q b2 ) + 2190×(Q b1 + Q b2 ) + +14,095× ()( )( ) 22 2 1212 2,539 11,25 8,576 12,92 4,174 24,17 bb bb QQQQ ⎡⎤ ×−+×−+×−− ⎣⎦ Lấy đạo hàm riêng hàm chi phí theo Q b1 và cho bằng không: () ( ) 112 1 1125 2190 14,095 2 2,539 11,25 2 4,174 24,17 0 bbb b Z QQQ Q ∂ =++ ×−× × −−× × −− =⎡⎤ ⎣⎦ ∂ 189,24Q b1 + 117,67Q b2 = 334,18 1,608 Q b1 + Q b2 = 2,84 (1) Lấy đạo hàm riêng hàm chi phí theo Q b2 và cho bằng không: () ( ) 212 2 1125 2190 14,095 2 8,576 12,92 2 4,174 24,17 0 bbb b Z QQQ Q ∂ =++ ×−× × −−× × −− = ⎡⎤ ⎣⎦ ∂ 117,67Q b1 + 359,423Q b2 = 5967,471 0,327Q b1 + Q b2 = 16,603 (2) Giải hệ phương trình 1, 2 ta được Q b1 = - 10,744 MVAr Q b2 = 20,116 MVAr Do Q b1 có giá trị âm nên cho Q b1 =0 giải lại phương trình (2) ta được Q b2 =2,84 MVAr 2 - Xét các mạng điện kín cung cấp từ 1 nguồn: a) Mạng kín N-1-2-N - Điện trở đường dây : R N3 = 13,606 Ω R N4 = 13,606 Ω R 34 = 19,516 Ω - Điện trở máy biến áp : R B3 = 2,196Ω R B4 = 2,196Ω AC-70 42,4264km 3T 16MVA AC-95 41,2311km AC-95 41,2311km 4T 16MVA 15+j11,25 15+j11,25 N R N4 R N3 R B4 R B3 R 12 11,25-Q b 4 11,25-Q b3 N ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV : Lâm Huỳnh Quang Đức 58 - Công suất kháng của phụ tải : Q 3 = 11,25 MVAr Q 4 = 11,25 MVAr - Phân bố công suất kháng trong sơ đồ điện trở : ()( )() ()( )() ()() 44 34 3 33 3 34 4 3 43 43 11,25 19,516 13,606 11,25 13,606 0,709 11,25 0,291 11,25 19,516 13,606 13,606 bNbN IV NN bb bb QQ R R QQ R Q RR R QQ QQ −×+ +−× == ++ −× + + −× ==−+− ++ ()() ( ) ()()( ) ()() 44 433 34 4 34 4 3 43 43 11,25 13,606 11,25 19,516 13,606 0,291 11,25 0,709 11,25 19,516 13,606 13,606 bN b N III NN bb bb QQ R QQ R R Q RR R QQ QQ −×+−×+ == ++ −× + −× + ==−+− ++ () ()()()()() 33 43343 0,291 11,25 0,709 11,25 11,25 0,291 11,25 0,291 11,25 III IV III b bbbbb QQQQ QQQQQ − =−− = =−+−−−=−−− - Thành lập hàm chi phí tính toán : Z 1 = (a vh + a tc )×k 0 ×(Q b1 + Q b2 ) = (0,1 + 0,125)×5000×(Q b1 + Q b2 ) = 1125×(Q b1 + Q b2 ) Z 2 = c×t×ΔP*×(Q b1 + Q b2 ) = 50×8760×0,005×(Q b1 + Q b2 ) = 2190×(Q b1 + Q b2 ) Z 3 = c×ΔP×τ = 50×3410,934× ()()()()() 22222 44 4333 4 3 34 2 2 1 170546,7 110 b B b B IV N III N III IV QQ R QQ R Q R Q R Q R U − ⎡⎤ ×− +− + + + = ⎣⎦ =× ()() ()() () ()() () ()() () 2 22 43 43 2 2 43 43 11,25 .2,296 11,25 .2,196 0,709 11,25 0,291 11,25 .13,606 0,291 11,25 0,709 11,25 .13,606 0,291 11,25 0,291 11,25 .19,516 bb bb bb bb QQ QQ QQ QQ ⎡ ⎤ −+−+ −+− + ⎢ ⎥ × = ⎢ ⎥ +−+− +−−− ⎣ ⎦ Lấy đạo hàm riêng hàm chi phí theo Q b3 và cho bằng không: 3 1125 2190 14,095 b Z Q ∂ =++ × ∂ () ()() ()() ()() 343 43 43 2 2,196 11,25 2 13,606 0,291 0,709 11, 25 0,291 11,25 2 13,606 0,709 0,291 11,25 0,709 11, 25 2 19,516 0,291 0 0,291 11,25 0,291 11,25 bbb bb bb QQQ QQ QQ ⎧ ⎫ −× × − − × × × − + − − ⎡⎤ ⎣⎦ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ −× × × − + − + × × × = ⎡⎤ ⎨ ⎬ ⎣⎦ ⎪ ⎪ ×−−− ⎡⎤ ⎪ ⎪ ⎣⎦ ⎩ ⎭ 3315 + 14,095 () ( ) 34 23,68 11,25 7,923 11,25 0 bb QQ×− − − − = ⎡⎤ ⎣⎦ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV : Lâm Huỳnh Quang Đức 59 333,7696Q b3 + 111,675Q b4 =1696,248 2,989Q b3 + Q b4 = 15,189 (1) Lấy đạo hàm riêng hàm chi phí theo Q b4 và cho bằng không: 4 1125 2190 14,095 b Z Q ∂ =++ × ∂ () ()() ()() ()() 443 43 43 2 2,196 11,25 2 13,606 0,709 0,709 11,25 0,291 11,25 2 13,606 0,291 0,291 11,25 0,709 11, 25 2 19,516 0,291 0 0,291 11,25 0,291 11,25 bbb bb bb QQQ QQ QQ ⎧ ⎫ −× × − − × × × − + − − ⎡⎤ ⎣⎦ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ −× × × − + − − × × × = ⎡⎤ ⎨ ⎬ ⎣⎦ ⎪ ⎪ ×−−− ⎡⎤ ⎪ ⎪ ⎣⎦ ⎩ ⎭ 3315 + 14,095 () ( ) 34 7,923 11,25 23,68 11,25 0 bb QQ×− − − − =⎡⎤ ⎣⎦ 111,675Q b3 +333,7696Q b4 = 1696,248 0,335Q b3 +Q b4 = 5,082 (2) Giải hệ phương trình 3, 4 ta được : Q b3 = 3,808 MVAr Q b4 = 3,806 MVAr b) Mạng kín N-5-6-N Xây dựng mô hình - Điện trở đường dây : R N5 = 8,538 Ω R N6 = 23 Ω R 56 = 18,966 Ω - Điện trở máy biến áp : R B5 = 1,27Ω R B6 = 3,968 Ω - Công suất kháng của phụ tải : Q 5 = 13,5 MVAr Q 6 = 6,72 MVAr AC-70 41,2311km 6T 10MVA AC-70 50km AC-120 31,623km 5T 25MVA 18+j13,5 10+j6,72 N R N5 R N6 R B5 R B6 R 56 18-Q b5 10-Q b6 N ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV : Lâm Huỳnh Quang Đức 60 - Phân bố công suất kháng trong sơ đồ điện trở : ()() ( ) ()()( ) ()() 66 655 56 6 56 5 6 65 65 6,72 23 13,5 18,966 23 0,455 6,72 0,831 13,5 18,966 23 8,538 bN b N V NN bb bb QQ R QQ R R Q RR R QQ QQ −×+−×+ == ++ −×+ −× + ==−+− ++ ()( )() ()( )() ()() 66 56 5 55 5 56 5 6 65 65 6,72 18,966 8,538 13,5 8,538 0,545 6,72 0,169 13,5 18,966 23 8,538 bNbN VI NN bb bb QQ R R QQ R Q RR R QQ QQ −×+ +−× == ++ −× + + −× ==−+− ++ () ( )()()( )() 55 655 65 0,455 6,72 0,831 13,5 13,5 0,455 6,72 0,169 13,5 VVI V b bbb bb QQQQ QQQ QQ − =− − = =−+−−−=−−− - Thành lập hàm chi phí tính toán : Z 1 = (a vh + a tc )×k 0 ×(Q b5 + Q b6 ) = (0,1 + 0,125)×5000×(Q b5 + Q b6 ) = 1125×(Q b5 + Q b6 ) Z 2 = c×t×ΔP*×(Q b5 + Q b6 ) = 50×8760×0,005×(Q b5 + Q b6 ) = 2190×(Q b5 + Q b6 ) Z 3 = c×ΔP×τ = 50×3410,934× ()()()()() 22222 66 6 55 5 6 5 56 2 1 b B b B VI N V N V VI QQ R QQ R Q R Q R Q R U − ⎡⎤ ×− +− + + + = ⎣⎦ 2 170546,7 110 =× ()() ()() () ()() () ()() () 2 22 65 65 2 2 65 65 6,72 .3,968 13,5 .1,27 0,545 6,72 0,169 13,5 .23 0,455 6,72 0,831 13,5 .8,538 0,455 6,72 0,169 13,5 .18,966 bb bb bb bb QQ QQ QQ QQ ⎡ ⎤ −+−+ −+−+ ⎢ ⎥ × = ⎢ ⎥ + −+− + −−− ⎣ ⎦ Lấy đạo hàm riêng hàm chi phí theo Q b5 và cho bằng không: 5 1125 2190 14,095 b Z Q ∂ =++ × ∂ () ( )() ()() ()() 565 65 65 2 1,27 13,5 2 23 0,169 0,545 6,72 0,169 13,5 2 8,538 0,831 0,455 6,72 0,831 13,5 2 18,966 0,169 0 0,455 6,72 0,169 13,5 bbb bb bb QQQ QQ QQ ⎧ ⎫ −× × − − × × × − + − − ⎡⎤ ⎣⎦ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ −× × × − + − + × × × = ⎡⎤ ⎨ ⎬ ⎣⎦ ⎪ ⎪ ×−−− ⎡⎤ ⎪ ⎪ ⎣⎦ ⎩ ⎭ 3315 + 14,095 () ( ) 56 16,729 13,5 7,777 6,72 0 bb QQ×− − − − =⎡⎤ ⎣⎦ 235,795Q b5 +109,617Q b6 = 604,861 2,151Q b5 +Q b6 = 5,518 (1) Lấy đạo hàm riêng hàm chi phí theo Q b6 và cho bằng không: ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV : Lâm Huỳnh Quang Đức 61 6 1125 2190 14,095 b Z Q ∂ =++ × ∂ () ()() ()() ()() 665 65 65 2 3,968 6,72 2 23 0,545 0,545 6,72 0,169 13,5 2 8,538 0,455 0,455 6,72 0,831 13,5 2 18,966 0,455 0 0,455 6,72 0,169 13,5 bbb bb bb QQQ QQ QQ ⎧ ⎫ −× × − − × × × − + − −⎡⎤ ⎣⎦ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ −× × × − + − − × × × =⎡⎤ ⎨ ⎬ ⎣⎦ ⎪ ⎪ ×−−− ⎡⎤ ⎪ ⎪ ⎣⎦ ⎩ ⎭ 3315 + 14,095 () ( ) 56 7,777 13,5 32,987 6,72 0 bb QQ×− − − − =⎡⎤ ⎣⎦ 109.617Q b5 +464,952Q b6 = 1298,303 0,236Q b5 +Q b6 = 2,773 (2) Giải hệ phương trình 1, 2 ta được : Q b5 = 1,43 MVAr Q b6 = 2,435 MVAr - Hệ số công suất tại các nút sau khi bù : 11 11,25 0 0,75 cos 0,8 15 tg ϕϕ − ′′ ==⇒= 22 12,92 2,84 0,504 cos 0,89 20 tg ϕϕ − ′′ ==⇒= 33 11,25 3,808 0,496 cos 0,896 15 tg ϕϕ − ′′ ==⇒= 44 11,25 3,806 0,496 cos 0,896 15 tg ϕϕ − ′′ ==⇒= 55 13,5 1,43 0,671 cos 0,831 18 tg ϕϕ − ′′ ==⇒= 66 6,72 2,435 0,4285 cos 0,92 10 tg ϕϕ − ′′ ==⇒= 3 - Bảng số liệu sau khi bù kinh tế Phụ tải P (MW) Q (MVAr) Cosφ trước khi bù Q bù (MVAr) Q-Q bù (MVAr) Cosφ sau khi bù 1 15 11.25 0,80 0 11,25 0,80 2 20 17.64 0,75 2,84 14,8 0,89 3 15 13.23 0,75 3,808 9,422 0,896 4 15 11.25 0,80 3,806 7,444 0,896 5 18 13.50 0,80 1,43 12,07 0,831 6 10 8.81 0,75 2,435 6,375 0,92 . ra. - Chỉ xét sơ đồ điện trở đường dây và máy biến áp. 1 - Xét các mạng điện có hai phụ tải (N- 1-2 ): 1T 25MVA 2T 25MVA r B2 Q 1 -Q b1 Q 2 -Q b2 R 1 R 2 r B1 Q 1 -Q b1 Q 2 -Q b2. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV : Lâm Huỳnh Quang Đức 56 - Điện trở đường dây : R N1 = 4,174 Ω R 12 = 6,037 Ω - Điện trở máy biến áp : R B1 = 2,539Ω R B2 = 2,539Ω - Công suất kháng. 6,72 MVAr AC-70 41,2311km 6T 10MVA AC-70 50km AC-120 31,623km 5T 25MVA 18+j13,5 10+j6,72 N R N5 R N6 R B5 R B6 R 56 18-Q b5 10-Q b6 N ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN SV