Bài tập lớn học phần ngắn mạch trong hệ thống điện tính toán ngắn mạch hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG ĐIỆN BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ HP 13472 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trần Anh Dũng SINH VIÊN Trần Hoàn[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN

HỌC PHẦN: NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

MÃ HP: 13472

HẢI PHÒNG, Tháng12 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN

HỌC PHẦN: NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

MÃ HP: 13472

HẢI PHÒNG, Tháng 12 năm 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi, Trần Hoàng Việt cam đoan những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Anh Dũng Các số liệu và kết quả

trong đồ án là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác Các tham khảo trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian và nơi công bố Nếu không đúng như đã nêu trên, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về đồ án của mình

Hải Phòng, ngày tháng năm 2022

Sinh viên

Trần Hoàng Việt

Lời cảm ơn

Em xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng và cảm ơn sâu sắc nhất chân thànhnhất đến Giáo viên hướng dẫn Phạm Minh Thảo Trong quá trình học tập và tìm

hiểu bộ môn NGẮN MẠCH , chúng em đã nhận được sự giúp đỡ rất tận tính của

thầy Thầy đã giúp chúng em tích luỹ thêm nhiều kiên thức để có cái nhìn sâu hơn

về nghề ghiệp tương lai mà chúng em đang được định hướng đến, từ những kiếnthức mà thầy đang truyền tải cho chúng em, chúng em đã học hỏi và khám phá rarất nhiều công nghệ cũng như công cụ thực hành và việc liên quan đến nghề nghiệpcủa bọn em sau này, thông qua bài tập lớn này chúng em xin trình bày những tìm

hiểu về Hệ thống tự động nén khí vào bình được lập trình và vận hành bởi NGẮN

MẠCH gửi đến thầy.

Em biết kiến thức luôn luôn là vô hạn mà sự tiếp nhận kiến thức củamỗi ngườiluôn có một hạn chế nhất định Do đó trong quá trình chúng em hoàn thành bài tậplớn, chắc chắn không thể tránh những thiếu sót.Bản thân chúng em luôn nhậnnhững ý kiến góp ý đến từ thầy để bài tậplớn của chúng em được hoàn thiện hơn.Chúng em kính chúc thầy thật nhiều sức khoẻ, hạnh phúc và gặt háiđược nhiềuthành công trên sự nghiệp giảng dạy của mình

Hải Phòng, ngày tháng năm 2022

Người cam đoan

Trần Hoàng Việt

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

1 Hình thức trình bày

2 Đồ án thể hiện đầy đủ

các nội dung đề tài

3 Các kết quả tính toán

4 Thái độ làm việc

Các ý kiến khác:

Hải Phòng, ngày tháng .năm 2022

Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

HỆ THỐNG

Chương 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN

1.1 Tính toán ma trận tổng trở theo Phương pháp Z bus

Để tính ma trận tổng trở Z theo phương pháp Zbus  thì chỉ cần sử dụng mạch điện số 2, trong đó bỏ hết các nguồn ban đầu Khi đó ma trận tổng trở Z được tính bằng cách tăng dần bậc của nó từ bậc 1 đến bậc cuối cùng (bằng số điểm nút của

hệ thống điện) theo thứ tự đóng dần các nút vào hệ thống Nguyên tắc tính như sau:

cứ mỗi lần hệ thống có sự thay đổi (thêm một điểm nút hoặc thêm một tổng trở) thì

ma trận Z mới sẽ được tính theo ma trận Z cũ theo một quy tắc nhất định Cứ như vậy, khi đóng dần các nút vào hệ thống từ nút đầu tiên đến nút cuối cùng (thứ tự các nút được đóng dần vào hệ thống có thể là bất kỳ), ma trận Z sẽ thay đổi dần

không nêu lại cách chứng minh nữa Khi đóng dần các nút vào hệ thống thì có thể xảy ra 4 trường hợp khác nhau, mỗi trường hợp lại có quy tắc riêng để thay đổi ma trận Z từ ma trận Z cũ trước đó Sau đây ta sẽ liệt kê cả 4 trường hợp với các quy tắc tương ứng để thay đổi ma trận Z, với giả thiết thứ tự các nút được đóng dần vào

Chú ý: Thứ tự các hàng và cột để trong ngoặc (1), (2), (3), ghi trên ma trận

Z là thứ tự các nút được đóng dần vào hệ thống, chứ không phải thứ tự thật của cáchàng và cột này trong ma trận Chẳng hạn nếu đề bài cho thứ tự các nút đóng dầnvào hệ thống là 3,4,1, 2 thì các hàng và cột của ma trận Z sẽ lần lượt được ghi là(3),(4),(1),(2)…

Trường hợp 2: Thêm một nút mới và đóng vào nút (i) cũ của hệ thống qua một tổng trở như hình 2

Hình 2: Trường hợp 2

Giả sử hệ thống điện đang có n nút (trong đó có nút (i)) với ma trận tổng trở Z(n×n) đã được xác định, cho thêm 1 nút mới (n+1) vào hệ thống và nút này được đóng vào nút (i) qua tổng trở Z P Hệ thống điện bây giờ trở nên có (n+1) nút, ma trận Z mới sẽ có bậc (n+1)×(n+1) và được xác định theo ma trận Z cũ như sau:

Trong đó, ma trận (n× n) bên trong là ma trận Z cũ, hàng (n+1) được chuyển

từ hàng (i) sang, cột (n+1) được chuyển từ cột (i) sang, riêng phần tử cuối cùng

´Z (n+1)(n+1)= ¿ ´Z ii + ´Z p

Trường hợp 3: Đóng nút cũ (i) xuống đát qua một tổng trở như 3

Hình 3: Trường hợp 3

Giả sử hệ thống điện đang có n nút (trong đó có nút (i)) với ma trận tổng trở

Z(n ×n) đã được xác định, sau đó đóng nút cũ (i) xuống đất qua tổng trở ´Z p Lúc này ma trận Z mới ban đầu sẽ có bậc (n+1)×(n+1) và được xác định theo ma trận Z

cũ như sau (giống quy tắc của trường hợp 2):

Trong đó, ma trận (n× n) bên trong là ma trận Z cũ, hàng (n+1) được chuyển

từ hàng (i) sang, cột (n+1) được chuyển từ cột (i) sang, riêng phần tử cuối cùng

´Z (n+1)(n+1)= ¿ ´Z ii + ´Z p Tuy nhiên đây là trường hợp mà số lượng nút không tăng lên

phải có kích thước là (n× n), vì vậy cần phải suy biến ma trận Z mới từ bậc

(n+1)×(n+1) xuống bậc (n× n) Công thức suy biến đối với các phần tử bên trong của ma trận Z mới như sau:

¯Z km N =¯Z km−¯Z k(n+1) ⋅ ¯Z (n+1)m

¯Z (n+1)(n+1) ;k ,m=1,n

Trong đó ký hiệu N là các phần tử của ma trận Z mới sau khi suy biến (có bậc

(n× n) ), còn không có ký hiệu N là các phần tử của ma trận Z mới ban đầu (có bậc

(n+1)×(n+1)); k ,m - chỉ số hàng và cột theo thứ tự thật của hàng và cột mà phần tử đứng trong ma trận

Trường hợp 4: Đóng nút cũ (i) vào nút cũ (j) qua một tổng trở như hình 4.

Hình 4: Trường hợp 4

Giả sử hệ thống điện đang có n nút (trong đó có nút (i) và nút (j)) với ma trận tổng trở Z(n×n) đã được xác định, sau đó đóng nút cũ (i) vào nút cũ (j) qua tổng trở ´Z p Lúc này ma trận Z mới ban đầu sẽ có bậc (n+1)×(n+1) và được xác định theo ma trận Z cũ như sau:

Trong đó, ma trận (n× n) bên trong là ma trận Z cũ, hàng (n+1) là kết quả củahàng ( j) trừ hàng (i), cột (n+1) là kết quả của cột (j) trừ cột (i), riêng phần tử cuối cùng được tính như sau:

¯Z (n+1)(n+1) = ¯Z ii + ¯Z jj −¯Z ij −¯Z ji +¯Z p =¯Z ii +¯Z jj −2¯Z ij +¯Z p

(vì ma trận Z luôn là đối xứng nên ´Z ij = ´Z ji )

Tuy nhiên cũng giống như trường hợp 3, đây là trường hợp mà số lượng nút không tăng lên (vẫn là ) vì không có thêm nút mới Vì vậy cần phải suy biến ma trận Z mới từ bậc (n+1)×(n+1) xuống bậc (n× n) Công thức suy biến đối với các phần tử bên trong của ma trận Z mới cũng là công thức (5) ở trên

Sau khi có được ma trận tổng trở Z cuối cùng (tất cả các nút và các tổng trở đều đã đóng vào hệ thống), nếu ngắn mạch xảy ra tại nút (k) thì dòng ngắn mạch được tính như sau:

˙I f= 1¯Z kk (t đ cb)

Trong công thức này cần lưu ý rằng, phần tử ´Z kk là phần tử nằm ở hàng (k)

và cột (k) theo cách đánh số trên ma trận tổng trở Z cuối cùng (tức là theo thứ tự các nút được đóng dần vào hệ thống), chứ không phải theo thứ tự thật của các hàng

và cột trong ma trận

Ngoài ra cũng cần tính dòng trên các nhánh giữa 2 nút để xét xem dây dẫn

có chịu được hay không (nếu đó là đường dây) khi ngắn mạch xảy ra Cụ thể dòng trên nhánh từ nút i sang nút j khi ngắn mạch xảy ra tại nút k được tính như sau:

˙I ij= 1¯Z kk ⋅ ¯Z jk − ¯Z ik

¯Z ij¿

Trong đó ´Z ij¿ - tổng trở phức của nhánh giữa 2 nút i và j trong sơ đồ thay thế ban đầu của hệ thống điện.

Một số nhận xét về cách tính toán ma trận tổng trở Z theo Phuơng pháp Zbus :

 Tính toán ma trận tổng trở Z theo Phương pháp Zbus  tránh được việc phải tính

ma trận nghịch đảo của ma trận tổng dẫn Y Nếu không có sự trợ giúp của các phần mềm tính toán (chằng hạn như Matlab) thì đây là công việc rất cồng kềnh, mất nhiều thời gian, đặc biệt là đối với các hệ thống điện lớn Ngoài ra, mỗi khi

có sự thay đổi trong hệ thống điện lại phải tính lại ma trận nghịch đảo từ đầu

 Trong quá trình tính toán khi tăng dần bậc của ma trận Z thì các ma trận Z

thu được luôn là ma trận đối xứng

 Nếu cùng sơ đồ hệ thống điện và cùng vị trí điểm ngắn mạch, thì dù thứ tự đóng dần các nút có khác nhau thì kết quả tính dòng ngắn mạch đều giống nhau

 Cách tính toán này phù hợp với việc tính toán ngắn mạch trên thực tế như sau Đối với một hệ thống điện nào đó, người ta đã tính toán xong ma trận Z từ trước Mỗi khi có một sự thay đổi nào đó trong hệ thống (thêm một điểm nút hoặcthêm một tổng trở), thì người ta sẽ tính ra ngay ma trận Z mới bằng một trong các quy tắc ở trên, rồi từ đó tính ngay ra được giá trị mới của dòng ngắn mạch

Suy biến ma trận Z mới kích thước (3×3) về ma trận Z mới kích thước (2×2)

Do số nút không thay đổi

− j 0,31 − j 0,379 0 j 0,75 j1,289 ]

Suy biến ma trận Z mới kích thước (5×5) về ma trận Z mới kích thước (4×4)

Do số nút không thay đổi

Do số nút không thay đổi.

Do số nút không thay đổi.

Suy biến ma trận Z mới kích thước (6×6) về ma trận Z mới kích thước (5×5)

Do số nút không thay đổi

j0,132 j 0,228 j0,147 j0,254 j 0,184

j 0,123 j 0,043 j1,064 j 0,162 j0,107

j 0,07 j 0,021 j0,087 j0,194 j0,229

j 0,084 j 0,009 j 0,089 j0,144 j0,285]

I23 =Z122 z32−z22

z23 =j 0,1941 j 0,254− j 0,194 j0,16 = -j1,932

I24 = Z122 z42−z22

z24 =j 0,1941 j 0,162− j0,194 j 0,17 = j0,97

I34 = Z122 z42−z32

z34 =j 0,1941 j 0,162− j0,254 j 0,18 = j 2,63

I45 = Z122 z52−z42

z45 =j 0,1941 j 0,066− j 0,162 j 0,12 = j 4,123