Định nghĩa phụ tải điệnĐịnh nghĩa phụ tải điện • Là yêu cầu công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q đối với lưới điện • Tại điện áp và tần số danh định • Tại một điểm nào đó trên
Trang 1Giải Tích Hệ Thống Điện - INE372
Học kỳ 1 2021, Tuần 2
Mô Hình Hóa các Phần Tử trong Hệ Thống Điện
Nguyễn Đoàn Quyết, Ph.D., quyetnd@ntu.edu.vn
Bộ môn Điện Công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử
Ngày 29 tháng 9 năm 2021
Trang 2Nội Dung Chính
1 Mô hình Phụ Tải Điện
Định nghĩa Phụ Tải Điện
Tính chất của Phụ Tải Điện
Tính chất của Phụ Tải Điện
Các Công thức Tính toán Phụ tải Điện
2 Mô hình Máy Phát Điện
Mô hình Máy Phát Điện Đồng Bộ
Mô hình Thanh Cái Vô Hạn
Trang 3Mô hình Phụ Tải Điện
Trang 4Thiết bị dùng điện
Là thiết bị biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng hữu ích khác để sử dụng Có 5 nhómthiết bị dùng điện
• Động cơ: biến điện năng thành cơ năng
• Thiết bị sinh nhiệt
• Thiết bị chiếu sáng
• Thiết bị điện hóa
• Thiết bị chỉnh lưu
Trang 6Thiết bị dùng điện - Các thông số làm việc
Các thông số làm việc của thiết bị dùng điện
Trang 7Thiết bị dùng điện - Đặc điểm
Một số đặc điểm về sự làm việc của thiết bị dùng điện
• Khi khởi động, thiết bị dùng điện có thể yêu cầu dòng điện lớn
• Dòng điện làm việc có thể nhỏ hơn dòng điện định mức tùy theo yêu cầu
• Thiết bị điện có thể được đóng cắt khỏi lưới điện tùy yêu cầu
• Các thông số của thiết bị dùng điện được dùng để thiết kế đường dây cấp điện cho chúng
5
Trang 8Định nghĩa phụ tải điện
Định nghĩa phụ tải điện
• Là yêu cầu công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q đối với lưới điện
• Tại điện áp và tần số danh định
• Tại một điểm nào đó trên lưới điện (điểm đấu phụ tải)
• Tại một thời điểm hoặc trong một khoảng thời gian nào đó
Trang 9Định nghĩa phụ tải điện
7
Source: T.A Short (2018), “Electric Power Distribution
Trang 10Định nghĩa phụ tải điện
Một số đặc điểm của phụ tải điện
• Phụ tải điện còn dùng để chỉ các hộ dùng điện nói chung
• Phụ tải bao gồm công suất của thiết bị dùng điện và tổn thất công suất trên lưới điện từđiểm nối thiết bị dùng điện đến điểm đấu phụ tải
• Đơn vị của phụ tải điện là kW hoặc MW
• Công suất biểu kiến của phụ tải S = P + jQ có đơn vị là kVA hay MVA
Trang 11Phụ tải điện
Hai thông số của phụ tải điện thường gặp
• Phụ tải cực đại (max) (công suất max hoặc dòng điện max, hoặc phụ tải tính toán): giátrị công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải điện với hệ thống điện trong một chu kỳ vậnhành (thường lấy là 1 năm)
• Phụ tải chế độ nhỏ nhất (min) thường được sử dụng khi tính đường dây siêu cao áp hoặctính toán điều chỉnh điện áp
9
Trang 12Tính chất của Phụ Tải Điện
Phụ tải điện có tính chất sau đây
• Biến thiên theo quy luật ngẫu nhiên
• Biến theo mùa
• Phụ thuộc vào thời tiết
• Giá trị thực dùng của phụ tải phụ thuộc vào điện áp và tần số
Trang 13Đồ thị Phụ Tải Điện
11
Trang 15Đồ thị Phụ Tải Điện - Các thông số
Các thông số thu được từ đồ thị phụ tải ngày đêm
• Công suất yêu cầu lớn nhất tối và sáng
• Công suất yêu cầu trung bình và nhỏ nhất
• Thời gian cao điểm và thấp điểm
13
Trang 16Đồ thị Phụ Tải Điện - Các thông số
Các thông số thu được từ đồ thị phụ tải kéo dài công suất tác dụng
• Công suất trung bình ngày Ptbn =
R 24
0 Ptdt 24
Trang 17Đồ thị Phụ Tải Công Suất Phản Kháng
• Trong quy hoạch, thiết kế thường coi hệ số cosϕ không đổi, đồ thị phụ tải công suất phảnkháng có dạng giống đồ thị phụ tải công suất tác dụng
• Các trường hợp đặc biệt thì cần thiết đo đạc thực tế, ví dụ trong bài toán bù công suấtphản kháng
15
Trang 18Các Công thức Tính toán Phụ tải Điện
Trang 19Các Công thức Tính toán Phụ tải Điện Ba Pha
Phụ tải được biểu diễn bằng P, Q và cosϕ
• tg ϕ = P
Q; Q = Ptg ϕNếu chế độ làm việc của lưới điện là đối xứng thì Ia = Ib= Ic = I và
Trang 20Các Công thức Tính toán Phụ tải Điện Ba Pha
Khi biết dòng điện và điện áp, tính được công suất 1 pha của phụ tải
Trang 21Các Công thức Tính toán Phụ tải Điện Pha - Trung Tính và Pha-Pha
Phụ tải điện Pha-Trung Tính
Trang 22Mô hình phụ tải điện trong tính toán chế độ xác lập (CĐXL)
• Mô hình toán học của phụ tải rất quan trọng
• Mô hình toán học của 1 phụ tải nhất định trong hệ thống điện tương đối dễ
• Không cần thiết hoặc không thể mô hình hàng trăm hoặc hàng nghìn phụ tải một cáchchi tiết
Trang 23Mô hình phụ tải điện trong tính toán chế độ xác lập (CĐXL)
• Phụ tải là công suất tác dụng và công suất phản kháng yêu cầu từ lưới điện tại một vị trínhất định và tại một thời điểm bất kỳ
• Như vậy, phụ tải không chỉ bao gồm các thiết bị sử dụng điện mà còn gồm MBA, mạngđiện phân phối, thiết bị bù công suất phản kháng, các máy phát điện nhỏ,
21
Trang 24Mô hình phụ tải điện trong tính toán chế độ xác lập (CĐXL)
• Không thể mô hình chính xác phụ tải
• Công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải thay đổi theo tần số và điện áp
Trang 25Mô hình phụ tải điện trong tính toán chế độ xác lập (CĐXL)
Trong các bài toán phân tích chế độ xác lập, phụ tải được mô hình là công suất PQ không đổi
• Mô hình này chỉ đúng khi tính toán CĐXL của mạng điện cao áp khi các máy biến áp cóđiều áp dưới tải
23
Trang 26Mô hình Máy Phát Điện
Trang 27Mô hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn
Phần cảm: rotor; Phần ứng: stator
24
Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và
Phân Phối”
Trang 28Mô hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn
• Sức điện động hiệu dụng của từng pha Ef = kF φf
• k - hệ số phụ thuộc số vòng dây và hệ số dây quấn của dây quấn stato
• φf - từ thông kích thích của rotor (phần cảm)
• Điện áp các pha A, B, C bằng nhau về biên độ và lệch nhau 120◦do sự trễ về thời gian để
từ thông kích thích lần lượt đi đến các pha A,B, C
Trang 29Mô hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn
Khi máy phát điện làm việc có tải, có các loại từ thông sau đây
Trang 30Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn
Tóm lại quan hệ điện áp sức từ động được trình bày trong H.4.2:
Trang 31Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn
Tóm lại quan hệ điện áp sức từ động được trình bày trong H.4.2:
Hình 4.2: a) Đồ thị vectơ của máy phát điện đồng bộ rôto cực ẩn b) Mạch tương đương của máy phát rôto cực ẩn
• F , A, R - véc tơ sức từ động của từ trường kích thích (rotor), phản ứng phần ứng và quakhe hở khơng khí (sang stator)
• ra, xa - điện trở và điện kháng tản của phần ứng
• Ia dịng điện làm việc ở mạch ngồi khi máy phát cĩ tải
• XS - điện kháng đồng bộ của máy phát
28
Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và
Trang 32Mô hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Lồi
• Dòng điện phần ứng được biểu diễn thành hai thành phần: ngang trục Iq cùng pha với sứcđiện động E0 và dọc trục Id vuông góc với sức điện động E0
• Thành phần dòng điện ngang trục Iq sinh ra từ thông phản ứng phần ứng vuông trục với
từ thông kích thích chính và tương ứng với điện kháng ngang trục (vuông trục) Xq
• Thành phần dòng điện dọc trục Id sinh ra từ thông phản ứng phần ứng dọc trục với từthông kích thích chính và tương ứng với điện kháng dọc trục Xd
Trang 33Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Lồi
Hình 4.3: (a) Đồ thị vectơ của máy phát điện rôto cực lồi;
(b) Trường hợp đặc biệt khi hệ số công suất bằng không;
(c) Cách xây dựng đồ thị vectơ ứng với hình (a)
30
Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và
Trang 34Mô hình Thanh Cái Vô Hạn
• Thường gặp trường hợp máy phát điện đồng bộ 3 pha ghép song song qua điện kháng
tương đương Xht của mạng điện đến thanh cái của hệ thống có công suất lớn vô hạn
• Hệ thống có công suất vô hạn có khả năng thu và phát công suất vô hạn (có điện áp vàtần số không thay đổi)