Đồ án môn học - Mạng điện P3 pot

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