Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng thiết bị bù có điều khiển SVC trong hệ thống điện của khu Gang Thép Thái Nguyên

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT

CỦA VIỆC ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN

SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA KHU GANG THÉP

THÁI NGUYÊN

Ngành : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

Mã số :23.04.3898

VŨ THỊ THÙY NINH

Thái nguyên 2008

MỤC LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC

Các chữ viết tắt và ký hiệu

Mở đầu

Chương I: Đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện công nghiệp

công suất lớn

I.1: Đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện công nghiệp công

suất lớn

I.2: Bù công suất phản kháng cho phụ tải trong lưới điện

công nghiệp

I.2.1. Hệ số công suất và sự điều chỉnh

I.2.1.1. Hệ số công suất

I.2.1.2. Điều chỉnh hệ số công suất

I.2.2: Điều chỉnh điện áp

I.2.2.1: Nguyên tắc điều chỉnh điện áp

I.2.2.2. Công thức gần đúng cho việc điều chỉnh điện áp.

I.2.2.3. Đặc tính gần đúng của công suất phản kháng

Chương II: Tổng quan về công nghệ FACTS

II.1. Đặt vấn đề

II.2. Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS

II.2.1. Các ưu điểm khi sử dụng thiết bị FACTS

II.2.2. Phân loại thiết bị FACTS

II.3. Một số thiết bị FACTS

II.3.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor

(SVC)

II.3.2. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor

(TCSC)

II.3.3.Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM)

Trang

1

2

6

6

7

8

8

9

11

11

14

16

28

28

28

28

29

30

30

32

33

MỤC LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

II.3.4. Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor

(TCPAR)

II.3.5. Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất

(UPFC)

II.4. Khả năng áp dụng thiết bị FACTS tại Việt Nam

Chương III: Các thiết bị bù công suất phản kháng và hoạt

động của thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC)

III.1: Các thiết bị bù công suất phản kháng

III.1.1: Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện

III.1.2: Các thiết bị bù điều khiển bằng thyristor

III.2: Hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển SVC

III.2.1: Đặc tính điều chỉnh của SVC

III.2.2: Đặc tính làm việc của SVC

III.3: Một số ảnh hưởng phụ của SVC

Chương IV: Đánh giá hiệu quả sử dụng SVC tại khu gang

thép Thái Nguyên

IV.1: Mở đầu

IV.2: Căn cứ thiết kế hệ thống SVC

IV.2.1: Các thông số trạm biến thế Gia Sàng

và trạm biến thế cấp điện của Gang thép

IV.2.2: Các thông số của biến áp lò điện

IV.2.3: Trở kháng và điện kháng hạn dòng của

mạch ngắn lò điện

IV.2.4: Chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt được

IV.2.5: Hệ thống cấp điện của Công ty Gang

thép Thái Nguyên Việt Nam

IV.3. Phân tích ảnh hưởng của cụm lò điện hồ quang

tới chất lượng điện của lưới điện cung cấp điện

35

36

38

40

40

40

43

48

48

57

59

61

61

62

63

63

64

64

67

71

MỤC LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

IV.3.1: Ảnh hưởng chất lượng điện trong lưới

cấp điện hiện nay của Công ty Gang thép Thái Nguyên

IV.3.2: Ảnh hưởng của hệ thống cấp điện

tương lai không có SVC đối với chất lượng

điện năng của lưới điện

IV.4: Xác định phương án SVC

IV.5: Khả năng được cải thiện về chất lượng

điện năng của mạng điện đối với hệ thống cung

cấp điện gang thép sau này khi dã được lắp

thêm SVC

IV.6: Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng SVC

tại khu gang thép Thái Nguyên.

Kết luận chung

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

72

77

84

84

86

95

96

97

CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

CĐXL

CSPK

CSTD

HTĐ

HTCCĐ

FACTS

GTO

MBA

STATCOM

SVC

TCPAR

TCR

TCSC

TSR

TSC

UPFC

Chế độ xác lập

Công suất phản kháng

Công suất tác dụng

Hệ thống điện

Hệ thống cung cấp điện

Flexible AC Transmission Systems - Hệ thống truyền tải

điện xoay chiều linh hoạt

Gate Turn - Off Thyristor - Khóa đóng mở

Máy biến áp

Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều

khiển bằng thyristor

Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng

thyristor

Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - Thiết bị điều

chỉnh góc lệch pha của điện áp

Thyristor Controlled Reactor - kháng điện điều khiển bằng

thyristor

Thyristor Controlled Series Compensator - Thiết bị bù dọc

điều khiển bằng thyristor

Thyristor Switched Reactor - Kháng điện đóng mở bằng

thyristor

Thyristor Switched Capacitor - Tụ điện đóng mở bằng

thyristor

Unified Power Flow Control - Thiết bị điều khiển dòng

công suất hợp nhất

MỞ ĐẦU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

MỞ ĐẦU

1. Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài

Trong chế độ vận hành bình thường của HTĐ (vận hành ở trạng thái ổn định)

việc sản xuất công suất tác dụng (CSTD) phải đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ (kể cả các

tổn thất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đổi. Cũng vậy, có một sự gắn bó chặt

chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng (CSPK) với điện áp các nút hệ

thống. Công suất phản kháng ở một khu vực nào đó quá thừa thì ở đó sẽ có hiện tượng

quá điện áp (điện áp quá cao), ngược lại, thiếu CSPK điện áp sẽ bị sụt thấp. Nói khác

đi, cũng như đối với công suất tác dụng, CSPK luôn phải được điều chỉnh đề giữ cân

bằng. Việc điều chỉnh CSPK cũng là yêu cầu cần thiết nhằm giảm nhỏ tổn thất điện

năng và đảm bảo ổn định hệ thống.

Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh CSTD và điều chỉnh CSPK.

Tần số hệ thống sẽ được đảm bảo bằng việc điều chỉnh CSTD ở bất kỳ máy phát điện

nào (miễn sao giữ được cân bằng giữa tổng công suất phát và công suất tiêu thụ).

Trong khi đó, điện áp các nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện

cân bằng CSPK theo từng khu vực. Như vậy nguồn CSPK cần được lắp đặt phân bố và

điều chỉnh theo từng khu vực. Điều này giải thích vì sao, ngoài các máy phát điện cần

phải có một số lượng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công suất phản kháng: Máy

bù đồng bộ, tụ điện, kháng điện... Chúng được lắp đặt và điều chỉnh ở nhiều vị trí trong

lưới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị bù CSPK).

Trước đây, việc điều chỉnh CSPK của các thiết bị bù thường được thực hiện đơn

giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt cơ khí) hoặc thay đổi kích từ

(trong máy bù đồng bộ). Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm. Kỹ

thuật thyristor công suất lớn đó mở ra những khả năng mới, trong đó việc ra đời và ứng

MỞ ĐẦU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh công suất lớn - SVC (Static Var

Compensator), TCSC (Thyristor Controled Serie Capacitor) đó giải quyết được những

yêu cầu mà các thiết bị bù cổ điển chưa đáp ứng được, như tự động điều chỉnh điện áp

các nút, giảm dao động công suất nâng cao ổn định hệ thống.

Việc ứng dụng các thiết bị bù CSPK chất lượng cao điều khiển bằng thyristor đã

trở thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính ổn định và hiệu quả sử dụng của hệ

thống cung cấp điện (HTCCĐ) nói chung cũng như đối với các phụ tải có công suất

phản kháng thay đổi nhanh như lò nung hồ quang điện.

Với ý nghĩa trên, mục đích của đề tài luận văn được xác định là:

+ Nghiên cứu tìm hiểu các đặc điểm, tính năng hoạt động, chế độ làm việc và

mô hình tính toán của các thiết bị tự động điều chỉnh linh hoạt (FACTS) đặc biệt là

thiết bị bù điều chỉnh nhanh (SVC) trong HTCCĐ

+ Nghiên cứu, đánh giá, xác định hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của SVC khi được

lắp đặt vào HTCCĐ khu Gang thép Thái Nguyên.

2. Nội dung luận văn

Với mục tiêu nêu trên, luận văn được trình bày trong bốn chương:

Chương I : Đặc điểm tiêu thụ điện của hệ thống điện công suất lớn và lý thuyết

cơ bản về bù công suất phản kháng.

Chương II: Tổng quan về công nghệ FACTS

Chương III: Các thiết bị bù công suất phản kháng và hoạt động của thiết bị bù

ngang có điều khiển

MỞ ĐẦU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

Chương IV: Đánh giá hiệu quả sử dụng SVC tại khu Gang thép Thái Nguyên.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hiệu quả của việc ứng dụng các thiết bị bù tới lưới điện khu Gang thép Thái

Nguyên.

4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu trên sử dụng phối hợp các nhóm phương

pháp:

Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo các tư liệu kỹ thuật để

phân tích, tổng hợp những vấn đề có liên quan tới đề tài.

Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn tại xí nghiệp Năng lượng: Điều tra,

khảo sát, lắp đặt kỹ thuật,... để củng cố thêm độ tin cậy, chính xác của kết quả nghiên

cứu.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Các kết quả nghiên cứu của luận văn nhằm tìm hiểu sâu về công nghệ FACTS,

đặc biệt chú ý công nghệ SVC và mô hình hoá các thiết bị FACTS trong các phương

trình cơ bản tính toán chế độ xác lập (CĐXL) của HTCCĐ. Đi sâu nghiên cứu các ảnh

hưởng của chế độ làm việc lò hồ quang đối với hệ thống cung cấp điện như: Dao động

điện áp, méo hình sin, ảnh hưởng của sóng, sung kích vô công, tác hại của thứ tự

nghịch (âm)... Từ đó để ứng dụng SVC đối với phụ tải khu gang thép Thái Nguyên để

giảm thiếu các tác động nêu trên và nghiên cứu tính toán hiệu quả kinh tế của SVC đối

với hệ thống điện khu gang thép Thái Nguyên.

MỞ ĐẦU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong bộ môn Hệ thống

điện Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và Trường đại học Bách khoa

Hà Nội, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian

thực hiện luận văn. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo TS.

Nguyễn Mạnh Hiến, người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và

hoàn thành luận văn này.

CHƢƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

CÔNG SUẤT LỚN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6

CHƯƠNG I

ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

CÔNG SUẤT LỚN

I.1: Đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện công nghiệp công suất lớn

Điện năng là dạng năng lƣợng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp, nơi tiêu

thụ khoảng 50 sản lƣợng điện năng của cả nƣớc. Vì vậy, việc cung cấp và sử dụng

điện hợp lý trong lĩnh vực này có ý nghĩa rất to lớn đối với sự phát triển của nền kinh

tế quốc dân.

Các xí nghiệp công nghiệp có đặc điểm chung là có phụ tải điện lớn; yêu cầu độ

tin cậy cung cấp điện cao; thiết bị dùng điện đƣợc tập trung với mật độ cao, làm việc

với tải gần định mức, dùng cả điện áp xoay chiều và điện áp một chiều, tần số công

nghiệp (50Hz); làm việc liên tục trong suốt năm và ít phụ thuộc vào tính chất mùa vụ.

Tuy vậy, do quá trình công nghệ của xí nghiệp rất khác nhau nên đặc điểm tiêu thụ

điện và hệ thống cung cấp điện của chúng cũng mang nhiều đặc điểm riêng biệt khác

nhau. Trong phần lớn các phụ tải điện công nghiệp thì lò nung hồ quang điện là loại

phụ tải tiêu thụ điện lớn nhất, quá trình vận hành của nó thƣờng kéo theo sự dao động

điện áp và dao động công suất rất lớn.

Để sử dụng điện năng có hiệu quả trong các lò hồ quang luyện thép thì các vấn

đề phải đƣợc giải quyết một cách tổng thể và đồng bộ, đặc biệt là cần phải quan tâm

đến các vấn đề ổn định điện áp, hiệu chỉnh hệ số công suất và lọc sóng điều hoà ...

Ổn định điện áp cải thiện đáng kể chế độ vận hành của lò luyện, làm gia tăng

công suất cực đại dẫn đến tăng năng suất sản phẩm. Ngoài ra, trong trƣờng hợp lò hồ

quang ngắn cũng cho phép lò làm việc với cùng một mức công suất cực đại, nhƣng

giảm thiểu đƣợc mức độ khó nóng chảy của vỏ bọc bên ngoài phôi thép, giúp hạn chế

“chớp nháy” điện áp.