BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
NGUYỄN TIẾN DŨNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BÙ PHÂN TÁN ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP
SỬ DỤNG NHIỀU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điu khin và t đng ha
Mã số: 9 52 02 16
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2023
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG
Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Phạm Trung Dũng
2. TS Đinh Ngọc Quang
Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Đức Khoát
Phản biện 2: PGS.TS Lê Văn Doanh
Phản biện 3: PGS.TS Trương Xuân Tùng
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân s
- Thư viện Quốc gia
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đ tài gp phần làm sáng tỏ việc nâng cao hiệu suất ĐC-KĐB, giảm tổn thất điện
năng, gp phần nâng cao hiệu quả, làm tăng tuổi thọ, khả năng làm việc của đng cơ
là mt bài toán cấp bách và đang được nghiên cứu rng rãi trên toàn thế giới.
2. Mục đích của đề tài
Mục đích của đ tài là tối ưu ha tổn thất công suất tác dụng cho các chế đ hoạt
đng của các nhà máy, khu công nghiệp sử dụng nhiu các đng cơ không đồng b, đồng
thời nâng cao chất lượng điện áp
3. Đối tượng nghiên cứu
Các phụ tải sử dụng các ĐC-KĐB công suất lớn.
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xây dng thuật toán, phương trình tính toán xác định vị trí bù, dung
lượng bù trong mạng hạ áp nhằm nâng cao chất lượng điện áp. Và tối ưu ha chế đ
làm việc theo các điu kiện của hệ thống điện trong các nhà máy
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng bằng máy tính đ đánh giá kết quả,
kim chứng các thuật toán đã xây dng và đưa ra các đ xuất.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học:
Luận án đã đ xuất phương trình đtính toán lượng tổn thất công suất trong các
nhà máy và xí nghiệp, trong đ c tính tới ảnh hưởng của CLĐA tới hiệu suất của ĐC-
KĐB giúp quá trình tối ưu ha tổn thất của tải và c cơ sở khoa học vững chắc.
Luận án đ xuất phương pháp bù phân tán, điu khin tập trung và xây dng cơ
sở lý thuyết cho giải pháp mới này. Kết quả mô phỏng việc sử dụng phương pháp đ
xuất đem lại hiệu quả giảm tổn thất CSTD so với phương pháp truyn thống đang sử
dụng rng rãi trên thế giới.
- Ý nghĩa thực tiễn:
Luận án tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống bù phân tán điu khin tập trung và
lắp đặt thc nghiệm cho thấy tổn thất công suất tác dụng tổng tại nhà máy giảm với các
điu kiện của lưới điện Việt Nam.
7. Bố cục của luận án
Luận án gồm:
Chương 1. Tổng quan v chất lượng điện năng và phương pháp bù công suất phản kháng
Chương 2. Phương pháp bù phân tán điu khin tập trung cho lưới điện phân phối
Chương 3. Giải pháp xây dng cấu hình hệ thống bù phân tán điu khin tập trung
Chương 4. Mô phỏng và thc nghiệm hệ thống bù phân tán điu khin tập trung
2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1.1 Tổng quan về chất lượng điện năng
1.1.1 Đặt vấn đề
Cùng với s phát trin của khoa học công nghệ, bài toán v chất lượng điện năng
(CLĐN) ngày càng trở nên quan trọng với mọi quốc gia trên thế giới. Việc giải quyết
tốt bài toán này sẽ giúp cho quốc gia sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, tăng
cường đ tin cậy và an toàn cung cấp điện, tăng tuổi thọ và khả năng làm việc của các
thiết bị sản xuất, truyn tải, phân phối, tiêu thụ điện cũng như đảm bảo sức khỏe cho
các khách hàng sử dụng điện.
Bài toán CLĐN bao gồm các bài toán nhỏ liên quan đến chất lượng điện áp
(CLĐA) và chất lượng tần số, trong đ chất lượng tần số được quản lý bởi đơn vị điu
đ hệ thống điện quốc gia. Chính vì vậy, trong giới hạn của luận án, tác giả tập trung
nghiên cứu, phân tích CLĐA do các phụ tải gây ra và tác đng ngược trở lại của CLĐA
đến các phụ tải.
1.1.2 Các tham số ảnh hưởng của chất lượng điện áp
Đ giải quyết bài toán CLĐA người ta thường tập trung vào xét các yếu tố chính
sau: đ lệch điện áp so với định mức, dao đng điện áp, đkhông đối xứng điện áp của
hệ thống 3 pha, đkhông sin điện áp.
C th thấy 4 yếu tố trên của CLĐA sẽ ảnh hưởng rất nhiu tới hiệu suất làm việc
của các thiết bị điện, tuy nhiên yếu tố dao đng điện áp không ảnh hưởng nhiu đến ĐC-
KĐB. Thc tế cho thấy, trong các nhà máy c rất nhiu loại phụ tải điện khác nhau,
phụ tải là các đng cơ điện không đồng b, chiếm khoảng 60% trên tổng số lượng
phụ tải nhưng lại tiêu thụ khoảng 70% sản lượng điện hàng năm. Chính vì vậy, trong
khuôn khổ của luận án, tác giả sẽ nghiên cứu, phân tích chi tiết ảnh hưởng của CLĐA
đến hiệu suất làm việc của ĐC-KĐB.
1.2 Ảnh hưởng của CLĐA đến hiệu suất làm việc của động cơ
1.2.1 Ảnh hưởng của độ lệch điện áp
Mt số nghiên cứu gần đây của các nhà nghiên cứu đã chỉ ra, đ lệch điện áp ảnh
hưởng rất lớn đến hiệu suất (η) và hệ số công suất (cosφ) của các đng cơ.
Theo những kết quả nghiên cứu của Kostic, đã chứng minh khả năng tiết kiệm
năng lượng của các đng cơ sẽ rất hiệu quả trong dải điện áp Uđm ±5%, bởi vì hơn 80%
đng cơ, đặc biệt là các đng cơ c công suất nhỏ và trung bình (1 - 30kW) làm việc ở
hệ số tải là 70%.
1.2.2 Ảnh hưởng của điện áp bất đối xứng
Khi đ không cân bằng điện áp là 2%, 3,5% và 5% thì tổn thất công suất trong
3
phần ứng của các đng cơ điện tăng lên lần lượt là 8%, 25% và 50% so với tổn thất
công suất danh định của các đng cơ. Bên cạnh đ, khi đ không đối xứng điện áp lớn
hơn 5% thì tổn thất công suất trên các cun dây sẽ lớn hơn 90% so với tổn thất công
suất danh định.
Mt số kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hiệu suất đng cơ giảm từ 93,2% ở đ
cân bằng điện áp là 0% xuống 59,51% khi điện áp mất cân bằng 5%.
1.2.3 Ảnh hưởng của độ méo dạng sóng điện áp (sóng hài) đến hiệu quả sử dụng
năng lượng của động cơ
S xuất hiện sng hài điện áp làm cho điện trở và điện kháng trong mạch rotor thay
đổi. Theo nghiên cứu của Colin Debruyne và cng s cho thấy s thay đổi nhiệt đ trong
hầu hết các b phận của đng cơ theo ảnh hưởng của mức đ sng hài. Ở cùng mt bậc
sng hài, nhiệt đ tăng lên khi biên đ sng hài tăng. Mặt khác, hiệu quả của đng cơ
tiết kiệm năng lượng và đng cơ tiêu chuẩn đu giảm khi bậc của sng hài tăng.
Nhận xét
CLĐA không đảm bảo sẽ làm tăng tổn thất công suất, tăng nhiệt đ trong đng cơ
dẫn đến hiệu suất làm việc và tuổi thọ của các đng cơ giảm xuống. Do vậy, cần phải c
những giải pháp đ nâng cao, cải thiện chất lượng điện áp.
1.3 Các giải pháp điều chỉnh điện áp
1.3.1 Nguyên lý chung
Việc duy trì điện áp ổn định là mt trong những biện pháp cơ bản đ đảm bảo chất
lượng điện năng của hệ thống điện. Điện áp thc tế tại các nút phụ tải được xác định
theo công thức sau:
21
U = U - ΔU
(1.1)
∆U - Tổn thất điện áp trên đường dây:
1
P.R + Q.X
ΔU = U
(1.2)
Vì vậy đ điu chỉnh điện áp, người ta c th sử dụng các phương pháp sau:
1.3.2 Điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát điện
Phương pháp này thì tốc đ điu chỉnh điện áp không quá nhanh do phụ thuc vào
đặc tính của máy phát và công suất cơ đầu vào. Mặt khác, do khoảng cách từ các máy
phát điện đến các nút phụ tải nằm cách xa nhau và phân bố không đồng đu nên giải
pháp này không khả thi khi cần điu chỉnh điện áp tại từng nút phụ tải.
1.3.3 Điều chỉnh điện áp bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc sử dụng bộ điều
áp dưới tải của máy biến áp
Đ thay đổi điện áp thứ cấp của máy biến áp, người ta sử dụng các đầu phân áp
của máy biến áp.