Luận văn các phương pháp phân tích hệ thống Điện Ứng dụng lập chương trình hỗ trợ các phương pháp giảng dạy phân tích lưới

Có rất nhiều loại phụ tải điện ,n6 là thông số quan trọng để xây dựng lưới diện và cấu trúc hệ thống điện Ta có thể phân biệt nhiệu loại hệ thống điện - liệ thống điện tập trung grong đ

=

ù

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

zo CÁC PHƯƠNG PIIÁP GIẢNG DẠY PHÂN TÍCH LƯỚI

BO GIAO DUC VA BAO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN

ỨNG DỤNG LẬP CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ CÁC

PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY PHẦN TÍCH LƯỚI

NGANH: MANG VA HE THONG DIEN

MÃ SỎ:

PHAN THỊ LAN

Người hướng dẫn khoa hoc: PGS.TS TRAN BACH

CHUONG I:

TONG QUAN VE HE THONG BIEN

T Téng quan về hệ thông điện

1.1 Khải niệm về hệ thống điện

+à một hệ thống bao gôm tất cả các phần tử tham gia vào việc sản xuất, truyền tải, nhân phối và tiêu thụ điện năng Bua gâm cúc nhà máy điện , trạm biếu dp , các đường day truyén tải điện và các thiết bị khác nhữ tụ bù, thiết bị điều khiển, thiết bị bảo

vệ „được nổi với nhau thành hệ thống bợp nhất

220 kV

soo kV

m 220kV

Học viên: Phan Thị [an — 1.6p C11 06-08 HTD - DEBKEIN

TIệ thẳng điện là một phân của hệ thống năng lượng, nhằm thực hiện nhiệm vụ cung, cấp điện năng cho sinh hoạt va hoạt động sản xuất, xã hội, dịch vụ của con người, là

một đạng năng lượng để sử đụng vả có tính phủ hợp cao với nhiêu mục đích kháo nhau

từ trên đường dây tải điện Các thông số của đường dây không chỉ phụ thuộc vào bản chất

vật lý của các thiết bị điện mà căn phụ thuộc vào cấc thông số động như công suất truyền

tải của đường dây, diện áp và dòng điện

- Khâu sản xuất điện năng là nhiệm vụ của các nhà máy điện Các nguồn năng lượng

cung cấp lên đường dây cung cấp cho các phụ tải vả các hộ tiêu thụ là do các nhà máy

điện cung cấp Ta có thể nhân ra một sổ loại nhà máy điện dựa vào nguỗn năng lượng mã

nó sử dụng để biến đổi thành diện năng như sau:

+ Nhà máy thuỷ diện-biến dối thuỷ năng của dồng nước thành diện năng, Đây là loại năng lượng được khai thác tập trung hơn cả do nguồn năng lượng sơ cấp của nó không

mất tiền mưa ,chỉ tốn công xây dựng nhà máy đường dây truyền tải công suất về các trung

†âm công nghiệp thường cách xa nhà máy

+ Nhà máy nhiệt điện - biên đổi nhiệt năng thành điện năng, nguồn nhiệt lấy từ các chất đốt có sẵn trong tự nhiên như than đá, dấu mổ, khí đốt lấy Lữ ngành công nghiệp

khai thác nguyên liệu chất đốt Các nhà máy này phải xây dựng ở nơi có đường giao thông

thuận lợi, nhất là về giao thông đường thuỷ

+ Nhà máy điện nguyên tử - là loại nhà máy điện hiện đại nhất hiện nay đo tình

chất nguy hiểm của nồ trong quá trình sản xuất diện Nhä máy này sản xuất diện năng

nhờ và năng lượng hạt nhân được giải phóng trong phan img hạt nhân Sử đụng hai loại phần ứng hạt nhân để sản xuất năng lượng là phản ứng phân trách và phần ứng nhịê! hạch 'Trong các nhà mnáy này, đảm bảo an toàn cho người vận hành và cho kiểm soát tộc độ phan ứng được quy định hết sức kĩ căng và ngãi ngèa

- Khâu truyền tải và phân phối điện năng là nhiệm vụ của hệ thống đường dây và các

trạm biến ấp cũng như có sự tham gia của các thiết bị diễu khiển, bảo vệ Phần này sẽ

được đi sâu và chỉ tiết hơn ở chương hai khi nói về các phần tử trong hệ thống điện

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

- Khâu cuối cũng trong hệ thống điện là vấn để Liêu thụ điện năng, Ổ đây là nói đến các phụ tải điện sử đụng diện năng để biến đổi thành các đạng năng lượng khác,phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện trong sinh hoạt và sẵn xuất Có rất nhiều loại phụ tải điện ,n6 là thông số quan trọng để xây dựng lưới diện và cấu trúc hệ thống điện

Ta có thể phân biệt nhiệu loại hệ thống điện

- liệ thống điện tập trung grong đó các nguồn điện và các nút phụ tải lớn tập trung trong một phạm ví vữa và nhố, chỉ cân dùng các đường dây ngắn dể lao thành hệ thống,

- Hệ thống điện hợp nhất ,rong đó các hệ thông điện độc lập ở cách xa nhau được nổi liển thành hệ thống các đường dây tải điện siêu cao áp

ệ thống điện địa phương hay cô lập là hệ thống điện riêng, như hệ thống điện tự dùng của các xí nghiệp công nghiệp lớn, hay các hệ thống điện ở các vùng xa không thể nối vào hệ thống điện quốc gia

'Irong quản lý, hê thống điên phân thành:

- Các nhà mấy điện do các nhà máy điện tự quản lý,

Về mãt quy hoạch ,hê thống điện chia thành 2 cấp:

-Nguồn điện, lưới hệ thống ,các trạm khu vực được quy hoạch trong tổng sơ đổ

-Lưới truyền tải và phân phối được quy hoạch riêng

Về mắt diều độ, hệ thống điện chia ra 3 cấp:

- Điều độ trung ương Áo

- Điều độ địa phương :điểu độ các nhà máy điện điểu độ các trạm khu vực, điểu độ các công ty điện

- Lưởi truyền tải(35-220 kV)

- Lưới phân phối trung ấp (6-35 kV)

- Lưới phân phối hạ áp

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

Mỗi loại lưới cĩ các quy luật hoạt động và tích chất vật lý khác nhau ,do đĩ các

phương pháp tính được sử dụng khác nhau,cấc bài toấn đặt ra để nghiên cứu cũng khác

nhau

12 Khái niệm vẻ mạng điện

Mạng diện là một phần của hệ thống điện, là một lập hợp gầm cĩ các trạm biển

ap, tram dịng cắt, các dường đây trên khơng và cúc dường dây cáp, Mạng diện được

dùng đễ truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ

Tưởng đây truyền tải điện cĩ điện áp lớn hơn 1 kV là đường đây điện áp cao Dường

đây cĩ điện áp nhỏ hơn 1 kV là đường đây điện áp thấp

Truyền tải điện răng Lừ cáo nhà máy điện được thực hiện bằng các đường đây truyền

tải diện áp từ 100 kV trõ lên

Các ưạm được sử dụng để biến đổi điện áp và phân phối điện năng, [rong các tram

cĩ các máy biển áp, các thanh gĩp, các thiết bị đĩng cắt và các thiết bị phụ để bảo vệ, đo lường, điều khiển và tự động hố Các trạm điện được dùng để liên kết các máy phát điện

và các hộ tiêu thụ điện với cáo đường đây truyền tải điện, và cũng như để liên kết các

phản riêng biệt của hệ thống điện

Nhu vậy cơn hai phần tử nữa của hệ thơng điện là hộ tiêu thụ diện hay cịn gọi là phụ

tãi và nguồn điện (các nhà máy điện)

lộ tiểu thụ điện bao gồm các thiết bị sử dụng điện riêng biệt hay lả tập hợp tất cả thiết bị điện đĩ Thiết bị sử dụng điện là các động cơ điện đồng bộ, động cơ khơng đồng,

bộ, các lị điện cảm, máy hàn điện, các thiết bị chiêu sáng,

Dựa vào yêu cầu liên tục cập điện, các hộ tiêu thụ được phân thánh ba loại:

Hộ loại 1 : là những hộ tiêu thụ diện quan trong, nêu như ngừng, cung cấp điện cĩ thể gây ra nguy hiểu dến tính mạng và sức khỏe của con người, gây thiệt hại nhiễu về kinh tế,

hư hồng thiết bị, làm hỏng hàng loạt sản phẩm, rồi loạn các quả trình cơng nghệ phức tạp { các lị luyện gang, thép hay mạ, sản xuất hố chất dộc hại)

Hộ loại II : là các hệ tiêu thụ nếu như ngừng cung cấp điện chỉ gây thiệt hai kinh tê

đo quá tình sân xuất bị giám đòn ( các nhà máy cơng cụ, đội, sẵn xuất đây chuyển.)

Hộ loại IH : là tắt c các hộ tiêu thụ khơng thuộc hai loại trên ( như sinh hoạt dân

Mang điện có thể tiến hành phân loại theo dòng điện, điện úp, chúc răng thực hiển,

tỉnh chất của hộ liêu thụ, hình đăng của sơ đỗ

- Theo loại dòng điện, các mạng điện được chia thành mạng xoạy chiéu, mang mét

chiêu Đa số các nước tiêu thụ điện trên thê giới đẻu sử đụng mạng điện xoạy chiêu ba

pha tan sé 50 hz, hofic 60 hz Các mạng điện một chiêu được đừng để truyền tải công suất hay để liên kết các hệ thống điện với nhau Ngoài ra điện một chiều còn được sử dung

trong một số lĩnh vực, ví đụ trong công nghiệp hoá chất, điện khí hoá giao thêng, truyền

điện áp cao Ua : 110 - 220 kV của các nhà máy tiên đến các trạm biển áp khu vực (cáo

trung tâm cung cấp) của mạng phân phdi Cac mang cung cấp có điện áp từ 110 kV trở lên, đôi khi do mật độ phụ tải tăng, công suất của các nhà raáy diện cũng tăng và chiều đài mạng điện cũng ting nên cấp điện của mạng cũng tăng lên, đôi khi có thẻ lên đến 330 -

550 kV Trong các trạm khu vực có các máy biển áp diễu chỉnh diện áp dưới tải Mạng, phân phổi được dùng để truyền tải điện năng tử các thanh góp hạ áp cúa các trạm khu vực

dén các hộ tiêu thụ điện Khoảng cách truyền tãi của các mạng phân phối không lớn Các mạng phân phối hở hay vận hành hở Các mạng phân phối được chia (hanh mang dién áp cao và mạng điện áp thấp (hạ ap)

- Theo tỉnh chất của hộ tiêu thụ các mạng điện phân phổi được chia thành mạng điện

công nghiện, mạng điện nông nghiệp và mạng điện thành phổ

~ Theo vùng lãnh thể, các mạng diện được phân thành mạng khu vực vá mạng điện

địa phương, Các mạng khu vực dùng để cấp và phân phối điệu năng lrêu một khu vực

rộng lớn Mạng khu vực có điện áp từ 100kV trở lên, Các dường dây truyền tải của mang,

khu vực có chiều dai lon Mang địa phương có điện áp đến 66 kV và dược dùng để cũng cấp điện cho khu vực nhớ Các dường day truyền tải trong mang diện địa phương cỏ chiều

đài dưới 50-60 km Các mạng diện thành phổ, mạng công nghiệp và mạng điện nông nghiệp là các mạng điện địa phương

Mỗi một mạng điện được đặc trưng bằng điện áp danh định, điện áp này được sử đụng để tính điện áp danh định của các thiết bị trong mạng điện ( máy phát điện, máy biên

áp, đường dây ) Điện áp danh định đâm bảo cho cáo thiết bị làm việc bình thường vả đạt

được hiệu quả kinh lễ tốt nhất

Các giả trị tiêu chuẩn của điện áp danh định trên thé giới với rang xoay chiều diện

áp cao (KV) lá : 3; 3,3; 6,6 ; 1Ó ; 11; 15, 20; 22, 30; 35, 45; 47; 66; 69, 110; 115; 132,

150, 161, 220; 230, 275; 287; 330; 345, 380, 400, 500; 735; 765; 1150

Đổi với các mạng điện áp thấp, điện áp danh định giữa các pha và điện áp pha là 220/127, 380/22/ ; 660/380 (V)

Các mạng điện một chiều có thể có các cấp điện áp : L80, i100, 1125, 1200, 1250,

~266, +270, +300, +400, +200, +450, +S00, +533, +600, ~750

cấp điện áp cao hơn như

1050, 1100, 1300, 1500, 200-2500 KV va durong day mét chiéu 11500 kV

Dự bảo có thể xuất hiện các mạng điện xoay chiều có

144 Yêu cầu đối với mang điện Khi thiết kế mạng điện cần phải bảo đảm 4 yêu cầu chính sau đây,

1.4.1 Liên tục cùng cấp điện Mức bảo đảm tuỳ theo loại hộ dùng diện

a Hộ loại |

Không cho phép mất điện, nếu bị mất điện sẽ bị thiệt hại về kinh tế, về chính trị Nguy

hại đến tính mạng cơn người, Ví dụ: Nhà máy luyện gang thép, hệ thống quạt giớ dể thống

6

Học viên: Phan Thị [an — 1.6p C11 06-08 HTD - DEBKEIN

gió cho công nhân làm việc rong các hấm lò, những buổi đón tiếp mít tỉnh quan trọng ta phải tìm mọi cách để đảm bão liên tục cung cấp điện như dùng đường dây kép đẫn điện đến, lấy diện từ nhiễu nguồn khác nhau, đặt thiết bị phát diện dự phòng,

Ví dụ: Như nhà máy dệt, phải tĩnh xem nếu phải dùng đường dây kép dể dẫn điện thĩ tiền

phí tốn xây dựng, bảo quản Lu sửa phải tăng thêm bao nhiêu, đổng thời la cũng tỉnh

trường hợp chỉ dùng một đường dây cung cấp điện khi bị mất điện một thời gian thì nhà

máy bị thiết hại vi ngưng sẵn xuất, phế phẩm, tiên lương công nhân là bao nhiêu, và cuối

cùng xem trường hợp nào có lợi thì làm,

tới I8⁄%, động cơ quay chậm lại và nếu hạ thấp nữa thì có thể ngững quay

Chỉ những nhương 4n có sơ đổ nối dây hợp lý bảo dam được chấp lượng điện năng trong mọi lình trạng vận hành khác nhau (bình thường cũng như lúc sự cổ), thì mới dược

giữ lại để so sánh kinh tế, quyết định lựa chọn phương án cuối cing

1.4.3 Chỉ tiêu kinh tế cao Chỉ tiêu kinh tế cao của một mạng điệu chủ yếu là do

~ Mốt: dầu tư nhỗ nhất

- Tổn thất điện nâng dọc đường đây ít nhất

Khi thiết kế pha: chu ý những điểu trên để đạt được chỉ tiêu kinh tế cao nhất Tuyệt

đối không thể chỉ quá chú trọng về mặt kỹ thuật mã coi nhẹ mật kinh tế, Quan điểm kinh

tế - kỹ thuật phải được áp dụng thật linh hoạt tuỳ theo từng giai đoạn, tuỳ theo chính sách

của nhà nước Thường hai điển trên mâu thuẫn với nhau, ta phải linh động tuỳ theo chính

sách mà thiết kế, ví dụ như vốn của nhà nước cồn ít thì lại phải chú ý đến vốn dầu tư ban đầu

1.4.4 An toàn đối với con người

Khi quyết định sơ đô nối dây của mạng điện cần phải đảm bảo an toàn cho công nhân, nhận viên thao tác vận hành, phai dam bảo an toàn cho nhân đân ở những vùng cố đường dãy đi qua Lại Việt Nam rất coi trọng vấn để này, tuyệt đối không thể coi nhẹ được

TL Phụ tải điện

ILI Dinh aghia

- Là công suất tác dụng và công suất phản kháng yêu cầu tại một điểm nào đó của hưới điện ở điện áp định mức gọi là điện áp định mức hay điểm đấu phụ tải

- Cũng là công suất của các thiết bị dùng điện được cấp điện từ điểm đấu cùng tổn

thất công suất trên lưới điện nối Lừ điểm cấu tới các thiết bị dũng điện

- Cũng có thể cho theo đồng điện

- Hay là khái niêm đùng để chỉ chưng các hộ dùng điện và các thiết bị dùng điện

là công suất sinh ra từ trường, mang tính cảm, không tiêu thợ năng lượng của nguồn điện,

nhưng đồng điện chạy trong dây dẫn lại gây ra tổn thất công suất tấc dụng và tổn thất điện

năng,

Phụ lải điện có các đạc điểm sau:

- Hiến thiên theo quy luật cña sinh hoạt và sẵn xuất lA quy luật ngày và đêm Do 46

đổ thị phụ tải ngày đêm của các ngày thứ 2- 6 là có thể coi như giống nhau,cồn ngày nghỉ thì khác hơn

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

- Tại một thời điểm,phụ tải trong các ngày đêm khác nhau biến thiên ngẫu nhiên

quanh giá trị trung bình và theo phân phối chuẩn

- Ngoài ra phụ tả: còn có tính chất mùa

- Phụ tải biến thiên nưạnh theo thời tiết,đặc biệt là nhiệt độ môi trường, mưa hoặc khô

~ Phụ tải biến đối theo tần số và điện ấp tại diểm dấu vào lưới điện tieo công thức

P=Kgp

Qs (Waa

Kp.Kq:phụ thuộc vào giá trị định mức của phụ tải P, Q

T,pav,gf:là đại lượng thống kê đặc trưng cho các loại thiết bị dùng diện

Tuy nhiên, đôi khi người ta tính công suất tác dụng và phân kháng dựa vào đặc tính

có dạng một parabol

P=U7/Rp

UK

ILL Hoạt động của hệ thống điện

TIL.L Chế độ làm việc của hệ thống điện và cân bằng công suất Khi hệ thống điện hoạt động, điện năng được sản xuất ra trong các nhà máy điện truyền lên lưới hệ thống, từ lưới mày điện năng đi qua lưới truyền tải đến lưới phân phối,

và tại đây điện năng được phản phối cho các phụ tải cấp trung áp và qua các trạm biến áp

nhân phối để điện năng cung cấp cha mạng lưới điện hạ ấp,

Các quá trình điện từ và các quá trình khác xảy ra trong hệ thống điện hay một phần của hệ thống điện và xác định trạng thải của nó trong một thời điểm hay một khoảng thời gian nhất định gọi la chế độ hệ thống điện

Chế độ hệ thống điện bao gồm các thông số về công suất tác dụng P, công suất phần kháng Q, diện áp U, góc pha của điện áp, dòng diện Lai mợi điểm của lệ tiống diện Các

thông sẽ này luôn biến đổi theo thời gian do nhu cầu điện năng của phụ tải luôn biến đổi

theo quy luật sẵn xuất và sinh hoạt và các sự cố bất thường như: ngắn mạch, hồng hốc ngẫu nhiên các tổ máy phát

- Chế độ lầm việc của hệ thống diện tại chế độ xác lập là chế độ làm việc mà các thông số của hệ thống điện chỉ đao động trong khoảng thời gian rất bé, gần như không đối

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

- Chế độ quá độ là chế độ mà trong đó các thông số hệ thống biến đổi rất nhanh, mạnh do một sự biến động đột ngột về giá trị một thông số hệ thống nào đó được phân ra làm hai loại: chế dộ quả độ bình thường và chế dộ qúa dộ sự cổ

Trong chế độ quá độ hình thường, các thông số biến đổi nhanh và

hội Lụ tại một giá trị cản bằng mới, đưa chế độ hệ thống điện chuyến sang chế độ xác lập mới, nguyên nhân của chế độ qúa độ bình thường là sự thay dối phụ tải hay thay đổi thông số vật lý của

hệ thống điện Irong chế độ quá độ sự cố, là sự thay đối thông số chế độ nhanh và mạnh

vũ không tiến tối một giá trị cân bằng như trường hợp trước và có thể dẫu tới việc tách lưới

de hệ thống bảo vệ của hệ thống tác động,

*, Cân bằng công suất của hệ thống điện

Do đặc điểm của điện năng là một đạng năng lượng không thể dự trữ được nên lại

mọi thời điểm khi vận hành hệ thống điện, lên luôn phẩ: duy trì cân bằng công suất của

e quá trình làm việc của máy móc hoặc thậm chí

Công suất tác dụng và công suất phản kháng của hệ thống phải luôn dược cân bằng

giữa công suất phát và công suất tiêu thụ

Thước đo cho sự cân bằng này là 2 chỉ tiêu chất lượng điện năng là tấn số và điện áp

Nếu công suất tác dựng của nguồn nhỗ hơn công suất

ic dụng yêu cẩu của phụ lải thỉ sẽ

làm cho tân số của hệ thống giảm xuống, ngược lại thì tấn số sẽ tăng lên cao Nếu tần số

của hệ thống nằm trong phạm vi cho phếp thĩ hệ thống coi như đũ công suất tác dụng Do tần số lä một thông số tức thời tại mọi thời điểm nên dể dảm bảo giữ cho tấn số nằm trong

nhamn vì cho nhếp thì cẩn cổ dự trữ công suất cho hệ thống, nhà máy đản: nhận việc dự trữ

công suất cho hệ thống sẵn sàng đáp ứng khi hệ thống yêu cầu gọi là nút cân bằng của hệ thống Và hệ thống dự trữ công suất này gọi là bộ điều chỉnh tần số hay gọi là bộ điều lần Ngoài công suất dự trữ sự cố, còn có thể đặt thêm công suất dự trữ bảo quản để bảo quản

các tổ mấy mã không ảnh hưởng đến phụ tải

"trước hết, công suất điện nót chung cần đảm bảo cũng cấp cho phụ tải và các tốn

hao ngay cả trong khi có sự cổ tại thời điểm phụ tải cực đại năm theo công Unite sau:

EPpamEFy EL Pat Patse 1 Eup, | ÁP

DP, :téng cong suất tác dụng của nhà máy điện

m : hệ số xuất hiện đồng thời các phụ tải cực đại

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

ZT Py tong công suất của các phụ tải

> Pg iténg công suất tự dùng của nhà máy điện,với nhiệt điện

thì lấy 5-10%(m 5"P,, 1 3: ÀP}j;thuỷ điện lấy bằng 1%

SAP dng công suất tốn hao trong hệ thống điện,lấy khoảng

10% công suất phụ tải

Đa, :công suất dự trữ sự cổ ,bằng khoảng

10- 15%0m.5"P,, +>' ÁP) và lớn hơn công suất tổ máy lớn

nhất;

Pàjp„ sông suất dự trữ bảo quản , nhú cầu công suất này được

tính theo điểu kiện cụ thể của hệ thống điện

Với việc cân bằng công suất phần kháng ,ta lấy thước đo là điện áp nút Nếu điện áp nằm trong giới hạn quy định thĩ công suất phần kháng của hệ thống là đáp ứng đủ cho phụ tải Nếu không thì điện áp sẽ tăng quá cao hay giảm thấp.và cũng gây ra hậu quả nguy

ch điện không chíu đựng được

hiểm không kếm sơ với tần số, nếu quá áp thị dẫn tới cát

và có thể gây cháy nỗ động cơ hay thiết bị, nếu tụt áp thì sẽ đẫn tới quá trình suy giảm

điện án và có thể đẫn tới rã lưới

Việc cân bằng công suất phần kháng của hệ thống cũng được tiển hành tương tự

SOp-m.XQ„ +3 Qá+ 5Q + Qn+ĐAQ- XÓ,

Tp đống công suất phẩn kháng của nguồn

2Q, crống công suất phản kháng của phụ tải

ma : hệsố xuất hiện đồng thời các phụ tải cực đại (m=1)

TQ tổng công suất phản kháng Lự dùng của nhà máy diện

®Q, :tống công suất phản kháng dự trữ của hệ thống,

>;ÁQ:tổng tổn thất công suất phản kháng của hệ thống

TQ, tiổng công suất phần kháng do dường dây sinh ra

Qg :công suất lổn hao của các máy biến áp ,lấy xấp xỉ

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

Trong thiết kế lưới điện hệ thống đơn giản, ta coi 3) Q„¡ =O , bổ qua công suất phần

kháng sinh ra do dung dẫn của đường đây, công suất phẩn khá g tiểu háo do vận hành

máy biến áp

EQp~1,15m.SQ„

Như vậy,để đầm bảo cân bằng công suất trong hệ thống điện,công suất nguồn cẩu

thoả mãn điều kiện :

Pn

Pp

Qn> >Q¡

Cân bằng công suất hệ thống điện là điều kiện cần cho sự tổn tại chế độ xác lập của

hệ thống, Điều kiện đủ là ổn định tĩnh Đồ là khả năng khôi phục lại thông ñ trang thấi

làm việc ban đầu của thiết bị sau khi bị các kích động nhỏ, nó phụ thuộc vào thông số cấu

trúc của hệ thống, lức là đắm bảo được các bất phương trình trên

Khi hệ thống cố các biến động lớn mà vẫn phục hồi được chế độ ban đầu thì ta nói hệ

thống điện cố khả năng ổn định động Ổn định động được đảm bảo nhờ cấu trúc hợp lý

của lưới, các thiết bị điều khiển, và đồng cắt, các thiết bị chống sự cố khác

Ôn dịnh động là điều kiện làm việc lâu dài của hệ thống diện

1H 2.Mục đích hoạt động của hệ thống điện

'Ta biết rằng như cẩu sử dụng điện như nguồn năng lượng tiện lợi nhất cho sinh hoạt

và sẵn xuất Đó là lý do thúc đẩy sự phát triển của hệ thống điện Và khi đã đứng trên

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

nhiệm vụ sẵn xuất điện năng cho xã hội thì ngành điện phải đảm bảo chất lượng điện năng cho sẵn xuất và sinh hoạt cũng như đảm bảo hiệu quả kinh tế để tự nuơi sống chính mình

Nhĩ đã biết, hệ thống điện được đánh giá theo 4 tiên chuẩn

- An tồn điện

~ Chất lượng điện năng

- Độ tin cậy cung cấp điện

- Liệu quả kinh tế

Điện năng sản xuất sử dụng trong đời sống cĩ mức độ nguy hiểm rất lớn đối với con người, và hậu quả thường [a ảnh hưởng tới tính mạng của con người Vì vậy việc đầm bảo

an tồn cho con người và cho cả hệ thống điện là hết sức quan trọng

Việc dảm bảo an tồn cho con người dược thực hiện bằng cách tạo khoảng cách an tồn cách ly người và các thiết bị mang điện, với những người làm việc với điện thì phải

cĩ các dụng cụ an tộn chống tiếp xúc với diện áp, dịng điện Ngồi ra cồn cĩ hệ thống,

nổi đất chống dị điện, gây tổn thương cho con người khi sơ ý chạm vào vật bị rị điện An

tồn cho các thiết bị điện được đảm bảo bằng lệ thống diều khiển và bảo vệ tự động Bảo

vệ hệ thống điện Khổi các sự cố nguy hiểm cho thiết bị điện và các máy điện

- Vấn đề chất lượng điện năng của hệ thống được thể hiện bằng hai thơng số là điện

Ap va tin sé, Như đã nối ở phần cân bằng cơng suất, đây chính là hai thước đo sự căn bằng cơng suất của hệ thống Đảm bảo điện áp nút và tấn sở hệ thống nằm trong vùng chấp

nhận được là đấm bão được chất tượng điện năng của hệ thống, người ta dùng nhiều biện

php dé dam bảo vấn để này, như đã giới thiệu chung ở phần cân bằng cơng suất trên

- Độ tin cậy cung cấp diện là khả năng cung cấp diện liên tục cho phụ tải mà khơng

bị gián đoạn trong thời gian dài Vấn để này quan trọng do tính chất ảnh hưởng của điện

năng lới các cơng việc khác trêu các khía cạnh mang tính xã hội và ảnh hưởng tới dời sống,

Với các phụ lãi loại một, như:

c loầ nhà chính trị, điện nang dimg cha chiếu sáng,

dùng cho các hệ thống thơng tin liên lạc quan trọng mang tắm cỡ ảnh hưởng tới quốc gia,

hay ở các bệnh viện, việc cứu chữa bệnh nhân hết sức quan trọng và cần cĩ sự trợ giúp của

các thiết bị kĩ thuật dùng diện, nén cung cấp điện liền tục cho các bệnh viện là phải dược

1u tiên hàng đầu, sau đĩ là các phụ tải cơng nghiệp, các xí nghiệp sản xuất nếu bị gián

đoạn sản xuất do mất điện cĩ thể lăn cho sản phẩm trở thành phế phẩm -lcuối cùng là hộ

sinh hoạt, mặc dù luơn hạn chế việc cất điện trong lưới nhưng hộ sinh hoạt được ưu tiên

cuốt cùng khi cung cấp cơng suất cho phụ tải

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

- Cuối cùng là hiệu quả kinh tế của vận hành hệ thống điện thể biện bằng độ tổn

thất điện năng, giá thành điện nâng, chỉ phí vận hành hằng nâm-1Các chỉ tiêu này phải

nằm trong khoảng chấp nhận dược,

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

CHƯƠNG II:

MÔ HÌNH HOÁ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

LÝ THUYẾT VỀ GIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN

1 Thay thế các phần tử trong hệ thống điện

Hệ thống điện là tập hợp các phần tử từ máy phát đến đường dây và tới các nút phụ tải Một cách khái quát thì hệ thống điện gồm những phần tử chính như sau:

~ Máy phát

- Máy biến áp

~ Đường dây

~ Tụ điện, kháng điện để điều chỉnh điện áp nút hay bù công suất cho đường dây

- Các phần tử điều khiển SVC, các thiết bị đồng cắt như máy cắt, dao cách ly, và các

thiết bị khác

Đứng trên quan điểm về giải tích lưới, ta quan tâm tới các thiết bị chính trong hệ thống tham gia trực tiếp vào việc truyền tải điện năng và ảnh hưởng trực tiếp đến thông số

của hệ thống điện Như là máy phát, máy biến áp đường dây, tụ , kháng điện, phụ tải điện

1.1 Máy phát và sơ đồ thay thế của máy phát

Máy phát là bộ phận khởi đầu cho bất cứ một hệ thống điện nào Đây là nơi cung cấp

điện năng phát lên lưới Trong chế độ xác lập.máy phát chỉ được coi như là một nút phát

công suất âm của lưới điện Ngoài ra máy phát còn có những chế độ làm việc khác và

tương ứng có những sơ đồ thay thế hợp lý hơn phục vụ cho việc giải tích lưới tính toán

thông số chế độ, như chế độ quá độ,chế độ sự cố

Như vậy, máy phát điện trong nghiên cứu ở chế độ xác lập được coi như một nút phát

công suất vào lưới điện và theo qui ước chung.công suất sẽ mang dấu âm

L2 Đường dây và sơ đồ thay thế đường dây

Đường dây là phần tử chính để truyền tải điện năng,cĩ rất nhiễu loại dường dây khác nhau nhưng chúng cùng mang bản chất vật lÿ giống nhau, cùng là loại vật chất dẫn điện

chiều thì tạo ra lữ trường biến thiên xung quanh dây dẫn, gây tổn hao măng lượng

Ngồi ra giữa các pha của đây dẫn cịn cĩ sự cảm ứng cửa từ trường biến thiên lẫn nhau gây điện áp cảm ứng trongdây dẫn Giữa các pha cồn cĩ diện dung ki sinh gay dong

điện rị và tổn hao cơng suất phản kháng Các tốn hao này đều được tính đến trong quá

trình giải tích lưới nhằm dạt dược độ chính xác cho kết quả

+ Do mang một điện trở nhất định,đường đây luơn tộ ra nhiệt lượng khi đang vận hành, đây là hiện tượng phát nĩng dây dẫn và đặc trưng bằng diện trở của dây dẫn Với mỗi km chiểu dài, điện trở của dây din được gọi lã điện trở dơn vị : Ra Œ3/km)

+ Với dịng điện xoay chiểu luơn tổn tại trên đường dây, giữa các dây dẫn sẽ cĩ từ

trường tự cảm và Hỗ cảm gây ra giữa các dây dẫn Hiện tượng này gây ra lổn thất cơng

suất phản kháng và tạo điện áp rơi trên tồn bộ chiêu đài đường dáy, và được đặc trưng bởi thơng số vật lý là điện kháng dơn vị : Xe(/km)

+ Điện áp xoay chiều tổn tại trên đường day gảy ra điện trường giữa các đây dẫn,

tiêu

giữa dây dẫn với đất, Điện trường tầy gây ra dịng điện dung cĩ tác dụng làm trí

một phẩn đồng diện câm (của phụ tải) chạy trong dày dẫn, Và dược đặc trưng bởi dung dẫn đơn vị B;(1/03/km), hoi

suất này cĩ giá trị đáng kể ở các đường dày cao áp điện áp trên LIOKV

là cơng suất phản kháng dung tính Q của đường dây, cơng

+ Một hiện tượng vật lý nữa thường xảy ra tại điện áp cao gây tổn thất diện năng là tổn thất vắng quang, đĩ là hiện tượng phĩng điện vắng quang, và đặc Irưng bởi điện din dơu vị tỉnh trên mỗi km chiếu dài dây dẫn: G.(1/Ø/km) Đi

được tính ở điện áp cao trên 330kV vĩ ở điện áp thếp hơn, tổn thất ving quang và rị điện rất nhổ, khơng đáng kể

dân của dường dây G chỉ

Tất cả các thơng số trên đều dược tính trên mỗi km chiểu dài dây dẫn nên gọi là

thơng số rải Và được tính tốn trên tồn bộ đường dây Sau đĩ mới được thay thế bằng

thống số tập trung và lựa chọn sơ đổ thay thế tập trune tương ứng với mỗi cấp diện ấp

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

Tổng quát dây dẫn được thay thế bằng sơ đổ như sau

tập trung cũng được rút gọn và đơn giản hơn Tương ứng với từng cấp điện dp , sa đồ thay

thế như sau:

- Với lưới cao ấp, hoặc siêu cao áp có độ dài ngắn, phóng diện vắng quang dược coi như bỏ qua vì cường độ điện trường gây ra do điện áp giữa các pha my lớn nhưng chưa

gây ra phống điện vắng quang lớn tao tổn thất dáng kể Hoặc với cáp diện thì hiện nay

cũng chưa có loại cáp điện dùng cho cấp điện áp này Tuy nhiên ở cấp điện áp cao nên

điện đụng giữa các pha vẫn đáng kể nên vẫn được tính đến

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

Sơ đổ thay thể như sau

phóng điện vâng quang, độ cách điện của không khí giam thấp thì mới gây ra rốn

thal nay, vi vậy điện dẫn cũng khôngđược tính đến trong sơ đồ thay thế như trường

hợp trên, và điện dẫn phan kháng cũng được bỏ qua do mức điện áp có thể cho phép không tính đến

Sơ đồ thay thể là:

Với dường dây siêu cao áp chiếu dài lớn thì sơ đồ thay thế chính là sơ đồ thay thế

tổng quái

Các thông số của đường đây trong sơ đồ thay thế được tính như trong sơ đổ thay thế

tổng quát dã trình bây trên,

là các nhánh MIBA hoặc nhánh tụ, khang

Học viên: Phan Thị [an — Lớp CHÍ 06 - 08 HT - DEBKEIN

Với nhánh MBA, ta có 2 loại máy biến áp, MBA hai cuộn dây và MBA ba cuộn đây Voi méi loại ta phẩi e6 cách thay thế khác nhau phù hợp với đặc điểm từng loại máy MBA khi vận hành luôn cố tốn hao không tải dù nó cö truyền tải công suất hay không, đây là tổn hao trong lõ: thép của MA, sinh ra do từ thông trong lõi thép của MBA gây phát nóng do các hiệu ứng vẻ dòng Fuco hay tổn hao mạch từ khi truyền tải công suất qua

Tnáy biến áp Tổn Ihất không tải được đặc trưng bởi nhánh ngang trong sơ đồ thay thế máy

biến áp

AREAP, 1 jAO,

Được tính bằng các kết quả của thí nghiệm không tải Kết quả này do nhà sẵn xuất

do dac va dua ra dựa trên kết quả về đồng diện không tải và tốn hao công suất tác dụng,

không tải 1ừ đây có thể từm giá trị điện dẫn và dung dẫn của MI3A theo các công thức sau:

6 uy, edd 10002 edd

Irong đó các đơn vị của thông số là: MW, MVA kV

Bản thân MBA được thay thế bằng các thông số vẻ điện trở và điện kháng Các giá trị

này được xác định bằng các thí nghiệm ngắn mạch Tổn thất công suất tác dụng trong thí nghiệm ngắn mạch rất nhỏ nên ta cho rằng tất cả tổn thất công suất trong thí nghiện ngắn

mach AP, sé dé nồng các cuộn day MBA, va hiên tượng này là hiệu ứng Tun—I.enxơ được

tính trên 3 cuộn đây cla MBA hut sau:

Trong các MBA công suất lớn, Rs<X› và điện áp ngắn mạch hầu như là điện áp dọc,

14.1 Máy biến áp hai dây quấn

Sơ đồ thay thế của MBA hai cuộn dây bằng sơ đồ thông số tập trung hình z như sau:

- Ta coi một MBA bao gồm cáo lấn thất không tải và các thông số dặc trưng củu nổ được phân ra làm hai phẩn,một MEA lý tưởng và một tổng dẫn đặc trưng cho các tổn hao

của MEA gây ra trong quá trình vận hành,sơ đổ được hiến thị trên hình vẽ

Trong sơ đồ này ta tính dòng diện từ hai phía như hình vẽ với chiều đã mặc định Và

từ đó thiết lập hệ phương trình dòng vã áp cho mạng hai cửa này:

k= YC a)

Học viên: Phan Thị [an — 1.6p C11 06-08 HTD - DEBKEIN

20

1i=-Œ;/ a)

Như vậy ta.c6 :

k= YU-¥ Cia

T= -CY Usfa}+(¥ Uifa2)

Va Wong ing vii so d6 linh 1 vdi các thông số thay thé nh sau:

1| |Aa Azll||o -1/a |[1,

Như sơ đồ thay thế trình bày ở trên, ta cổ,

UGw,,LUng„.Lin¿2: Điện áp định mức trên mỗi cuộn đây

P-: Tổn thất công suất tác dụng khi không tải

I,#®: Dòng điện không tải phần trăm so với dồng diện định mức

APa: Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch khi hai cuộn dây làm việc

Ui:,Uwis: Điện áp ngắn mạch tính theo phần trăm so vơi điện áp dịnh mức

Sơ dồ thay thế của máy biến áp ba cuộn dây:

Với các giá trị Rac,Rur,Rr=,Xue,Xur.Xen: là các giá trị điện trở và điện kháng của các

cuộn cao, trung và ha oủa mấy biến án, được Lĩnh Loán như sau:

a Diện trở tắc dụng của các cuộn dây cao áp,hạ áp rung Áp của máy biến áp

Được tính toán tương tự như trong máy biến áp hai cuộn dây, ta tính điện trở tác

dụng theo tổn thất công suất tác dụng ngắn mạch trên mỗ: cuộn dây

2

AP,U210Ẻ

@) Sua

Với công suất Lắc dụng ngắn mạch trên mỗi cuộn dây được lnh như sau:

lu —OSLAP eH) | AP en APguml

An =05[APnem + APsø — Ân pm]

|aP., = OSTAP, (4p ~ APutnar — APuey]

Thay các giá trị công suất tác dựng ngắn mạch tỉnh được trên từng cuộn dây vào công thức trên, ta sẽ lần lượt tính được diện trở tác dụng của các cuộn dây

b Điện khẳng thay thế của từng cuộn đây

Điện khángthay thế của từng cuộn dây được tính thông qua điện 4p ngắn mạch của từng cuộn dây đó theo công thức

2

xe Hà UấM vay

1008 44

Với điện ấp ngắn mạch phần trăm được tính trên mỗi cuộn dây theo công thức:

“Au,„ = 0.5[Au,¿ 49 % — Atneco®6— Am]

4 AUlgy % = OSTAU 6 9) %— AU ge 45% — AU yee)

Duly, % = OS[AU gee 5) %+ Atlan % — Auge.)

e Giá trị điện dân Gy va By duce tinh như trong mây biến áp hai cuộn dây

Để bù công suất phần kháng do các phụ tâi và các phần tữ của mạng điện tiêu thụ,

cũng như dể bù thông số phản kháng dường dây, có thể sử dụng các thiết bị bù, ví dụ như

máy bù đồng bộ, các bộ Lụ điện, các kháng điện "1

Các bộ tụ, các máy bù đồng bộ được sử dụng để phát công suất phắn kháng vào các

nd cau mang dién Cac thiết bị này dược nối với các thanh góp của các trạm và được gọi

là các thiết bị bù song song hay là bù ngang Trong các sơ đồ thay thể các thiết bị bù công

suất phản kháng thường được biểu diễn giống như các nguồn cung cấp Trong trường hợp

nay các giá trị công suất phản kháng do các thiết bị bù phát ra được cho ở các sơ đồ thay

thế

Các thiết bị bù các thông số phan kháng của mạng điện là các bộ tụ đấu nối tiếp với

dường dây (bù dọc), các kháng điện nối song song [ITrong sơ đổ thay thế các thiết bị bù

Dụng kháng của bộ tụ đặt nối tiếp vào đường dây được xác định

Œ : điện dung của tụ điên điện đơn vị [ara

Uạs : điện áp danh định cita bd ta kV

Qạ« : công suất đanh định cña bộ tụ điện, KVAR

Quu;: Công suất danh định cúa kháng điện (KVAR)

“Tển thất công suất tắc dụng trong các thiết bị bù thường không được tính trong sơ đồ

thay thế Tính đến ảnh hưởng của tốn thất công suất tác dụng chỉ yêu cầu trong khi đánh

giá hiệu quả của mạng điện

15 Phụ tdi va sơ dé thay thé

15.1 khái niệm về nút và phụ tải Nút là các điểm nối hai hay nhiều nhánh lại với nhau, tại đó có các phụ lải, nguồn điện hay là điểm đấu cho các thiết bị bù của hệ thống đặc trưng cho nút là các thông số

hệ thống là công suet, điện áp nút gồm cố 3 loại mút, đó là :

Nút cân bằng (CE) là nút duy trí điện áp ổn định có công suất đú lớn để gánh tồn

thất trên lưới, đây cũng là nút diều tần cho hệ thống và là nút có công suất lớn nhất trong

hệ thống Ở nước ta, nút cán bằng chính là nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, có công suất

1920 MW Trong tính toán giải tích lưới, ta sẽ qui ước nút cân bằng là nút thứ Ø trong hệ thống Và nút cân bằng này có điện áp nút là đã biết trước: Ll,

Nút nguồn (P, V) được đặc trưng bằng 2 thông số chế độ là công suất nguồn và điện

áp modul của nút Tức là với nút nguồn tlã công suất lác dụng và điện áp lưới là đã biết trước ta cần tìm góc nha của điện áp nút và giá trị công suất phần kháng của nút để duy trì dược diện áp nút như trên Số nút nguồn được kí hiệu là: ng

Nút tải (P, Q) là nút tiêu thự công suất trong lưới, và được đặc trưng bởi hai thông

số chế độ là công suất tác dụng và công suất phản kháng của lưới điện Với nút tải (P, Q),

thì ta cẩn tìm điện áp nút và gốc pha cia nit

Với một hưới điện có n+l nút thì bao gồm:

+ L nút cân bằng (CB)

+ ug mit nguén (P,V)

+ n-ng mit ti (P,Q) 1.5.2 Mô hình phụ tắi trong tính toán hệ thống điện

Tuy theo tinh chất của mạng điện và mục đích tính chế độ các phụ tải điện có thể

biểu điển bằng các phương phấp khác nhau

a Vhu tdi duoc biểu điễn bằng dòng điện không đổi về madHI và góc pha

Ips = Trl const

In= Ep ty "p = const

Phương pháp biểu điễn phụ tải này dược áp dụng trong khi tính chế độ của các mạng phân phổi điện áp thấp L < IkV Thông thường trong các mạng điện thành phố,

nông nghiệp phụ tải cũng được cho bằng đòng điện không đổi vẻ modul và góc pha Các ngưồn cung cấp cho cấc mạng phân phối là các thanh góp hạ äp của các trạm Khu vực Thường giả thiết rằng diện áp của các nguồn cung cấp đã biết Khi cho phụ tải ở dạng dòng điện Không đổi thì chế độ xác lập của mạng được mô tä cho dưới dạng dòng điện không đối sẽ dẫn tới sai số rất lớn vì vậy người ta thường không sử dụng dạng phụ tải này

Phương pháp biểu diễn phụ tải bằng công suất không đổi là khá chính xác đối với

các hệ thống điện có đủ các thiết bị điểu chỉnh điện áp 1rong các hệ thống này, điện áp ở các hộ Liêu thụ được giữ không đổi nhờ có sác máy biến áp và biến áp tự ngẫu điều chỉnh đưới tải, cũng như các máy biến áp điều chỉnh điện áp tại chỗ ( các bộ tụ điểu khiển, các máy bù đồng bộ v v ) Trong các điều kiện này diện áp ở khu vực tải thực tế không thay

đổi khi thay đổi chế độ, và công suất toàn phần của phụ tải cũng không thay đổi

"Trong khi tính các mạng phân phối điện áp thấp, phụ tải được cho bằng công suất

không đổi Su = const với giả thiết rằng điện áp ở tất các nũt bằng điện áp danh định

Phương pháp này tương đương với cho phụ tải băng các đường đặc tính tỉnh có dạng của các paraboi bậc hai:

Pụ = U2G„

Qn = U2Be Biểu diễn phụ tải như trên không dam bao độ chính xác cao của các kếi quả nhận

được bởi vì trong thực tế chính tổng trở và tổng dẫn của các phụ tả: là các hàm số của điện

ấp đặt vào Cho tổng trở và tổng dẫn không đổi của phụ tải không đổi khi tính các qua trình quá độ điện cơ

d, Phụ tải dược cho bằng các dường dặc tính tĩnh

Công suất tác dụng và phản kháng là các đặc trưng quan trọng nhất của phụ tắt tiêu

thụ điện năng Công suất tiều thụ của phụ tải phụ thuộc vào diện áp, tẩn số Để thị đặc

trưng cho sự phụ thuộc cũa công suất tiêu thụ vào điện áp hay là tần số trong chế độ xác lập được gọi là các đường đặc tính tĩnh của phụ tải

h tĩnh của phụ tất theo điện áp phần ánh dây dủ hơn các tỉnh chất của

phụ tải so với trường hợp cho bằng dòng điện, công suất hay là tổng trẻ không đổi, song

sử dụng phương pháp này dẫn đếu sự phức lap trong lĩnh toán Trong nhiều trường liợp các

đường đặc tính này không biết và chỉ có thể sử đụng các đường đặc tính điển hình Tuỳ

từng loại phụ tắt ( động cơ, chiếu sang, phu tải nhiệt f1) mà la có các đặc tính nh khác

nhau Xét đến các đường đặc tính tĩnh theo điện áp ảnh hưởng chủ yếu đến kết quả tính chế độ xác lập Sau khi sự cố, điện áp khác nhiều so với điện áp danh định Các đường đặc tính tĩnh theo diện áp dối với các phương pháp biểu diễn khác nhau của phụ tải cho trên Tình sau:

Dung L: Sp = const ( Px = const, Qpt = const}

Duing 2; Yn = const

Đường 3: Đường đặc tính tỉnh điển hình Po (UD

Đường 4: Đường đặc tính tỉnh điển hình Q«(U)

e Phụ tải được biểu diễn bằng dòng điện ngẫu nhiên

Thụ tải được cho bằng đại lượng ngầu nhiên được sử dụng trong khi tính toần chế

dộ của các hệ thống diện có tỷ lệ phụ tải kéo lớn Điện khí hoá giao thông là dạng đặc biệt của phụ tất điện, phụ tãi này thay đối theo thời gian về giá trị và vị trí nối Các phụ tải kéo được biểu diễn dưới dạng l„(q), trong đỏ q là dại lượng ngẫu nhiên Phân tích chế độ cố

xét đến tính chất ngẫu nhiên của phụ tâi được áp dụng để tính các chế độ của các hệ thông

va dạo biết là với các hệ thông điện cung cấp cho đường sắt

TI Thanh lap ma tran tổng dân

TI.1 Khái niệm chung

Để phân tích các tưới điện nhất là khi áp đụng máy tính thì m2 hình nứi là mô hình

co ban va liên lợi Mô hình này mô tả các đại lượng điện ở các nút của lưới đi

: điện án mit

đồng điện nút Điện áp nút là một đại lượng quen thuộc còn đồng điện nút ta hiểu là

đồng điện trong nguồn điện hoặc phụ tải điện (phần tử ngoài lưới) nối vào núi Đề lổng

quất ta coi điểm đất hay điểm trung tính của lưới là mệt nút như mọi nút khác, đánh số 0

và có điện án Uø = 0 nếu được đơ so với điện thế của chính điểm đồ

Quan hệ giữa đồng và áp nút có thể rút ra từ các định luật Kirchotf 1, 2 và định luật

tưới điện cổ 4 mút đánh số từ 0

Ohm eho mach điện Không mất tính tổng quái ta giả thì

đến 3, áp dụng định luật Kirchotf 1 cho nút | ta có:

Tie+Ï-+ la = j¡ @.D

Trong đó vế trái biểu diễn tổng các dòng diện trong cầc nhánh của lưới nối tới nút 1,

chẳng hạn Tyo 1A dong nhánh 1 — 0 Nếu trong lưới không tổn tại nhánh nối trực tiếp giữa

L và 0 thĩ coi Tyo = 0 V6 phai biểu diễn đồng nút 1, ở nút I và ta quy ước đồng mang dấu dương nếu đi vào lưới ( nguồn điện ) và mang dấu âm nếu ra khỏi lưới ( phụ tải ) Quy ước này đối với đồng nút dẫn đến xác định dấu đồng nhánh, chẳng hạn dòng nhánh Tạ dương

Ứng dụng định luật Ohm ta biểu diễn các dòng nhánh trong phương trính theo điện

ấp hai nút đầu nhánh Phương tình 2.1 trở thành:

Trong đó U kí hiệu điện áp và yus yiz , Vy: là tống dẫn các nhánh {-O, I-2 , 1-3

( bằng nghịch đảo của tổng trở nhánh ), tổng dẫn nhánh bằng 0 nếu không lồn tại nhánh

đó Các đại lượng này khác với đại lượng tổng dẫn ngang của đường dây truyền tải điện,

Phương trình này cho ta quan hệ giữa dòng nút [ va điện áp các nút trong lưới, mỗi

số hạng ứng với một điện áp nút, hệ số của chúng là một đạt lượng có thứ nguyên tổng dẫn

Yute+ Yati+ YoUs+ Yuts= J,

Phương trình biểu điển quan hệ giữu các diện áp nút và dòng nút 1, cde phương

trình tương tự có thể viết cho các nút 0l, 2, 3 Từ dạng phương trình nút ta có thể lập /££

phương trình cân bằng đồng nút, viết ở dạng ma trận sẽ là :

ý ye NN ON

Yon You Yoo Yq Uo ! Jo

Yo 19 Yu vu Yo 2 Ya || U 1ã 1 = J Ị (2.4)

Yoo Yo Yoo Yo3 Us Jy

Yao Yar Yao Yas /(Usy Us)

Đây là hệ phương trình tuyến tính, ma trận của hệ là ma trận tổng đẫn nút kí hiệu là

Y, nếu ta cũng kí hiện LI và J lA véc tơ điện áp nút và vectơ đồng núi thì phương trinh 2.4

có thể viết gọn thành: Y.U =J (25)

Dang của hệ phương trình cân bằng dồng nút không phụ thuộc cấu hình cụ thể của

lưới điện, đố là điều kiện cần thiết cho một mô hình tổng quất để nghiên cứu hệ thống Ta

khái quát hoá quy tắc xác dịnh tổng dẫn nút cho một lưới diện bất kì, giả thiết không cổ

hổ cắm từ giữa các nhánh

"Tổng dẫn riêng của một nút k nào đó bằng tổng tất cả các tổng dẫn nhánh nối trực tiếp với nút k:

Ye bbe (mek)

Nếu nhánh nối trực tiếp k — m không tổn tại thi yin = 0, tdng trén lay theo moi nit

m, m = k và ta thấy đại lượng tổng dẫn riêng của 1 nút trong lưới bao giờ cũng khác 0

"Tống dẫn tương hỗ giữa nút k và nút m bằng giá trị âm của tổng dẫn nhánh k— m

và bằng 0 nếu không lồn tại nhánh này:

“Vậy —— gu Như vậy ma trận tổng dẫn có thể xác dịnh từ thông số nhánh và đó là một ma trận đối xứng vì Yu„ = Y„ Nếu lấy tổng các phần tử của một hàng hay một cột của ma trận thì

ta được giá trị 0, nói cách khác ma trận có một hàng ứnột cột) phụ thuộc vào hàng (cột) khác Ma lrận như vậy lä suy biến, không tồn lại ma trận nghịch đảo

Mặt khác tổng các phần tử của vectơ dòng nút j ở vẽ phải của (2.4) cũng bằng O0 theo luật cân bằng dồng vào _ ra của toàn lưới diện Vậy một phương trình trong hệ phương trình là phụ thuộc, nó bằng tổng của các phương trình khác [lệ phương trình như vậy theo toán học sẽ e6 nghiệm Không đuy nhất, tức là với vectơ J đã cho cố nhiều nghiệm điện áp nút thoả mãn hệ phương trình

'Irở lại phương trình 2.2 ban đầu, rong phương trình này vì điện ấp chỉ xuất hiện dưới đọng hiệu hai điện áp nên phương trình thoả mãn với vô số điện áp có giá trị khác

nhau cùng một hằng số cộng, Nếu điện áp được so sánh với một nút quy chiếu là nút đất ~

nút số 0 như đã nối ở trên, có điện áp La = O Thay giá trị này vào hệ phương trình đồng

thời bổ đi phương trình ứng với nút 0 có dòng Íạ phụ thuộc vào các đồng nút khác thì hệ

phương trình trở nên hoàn toàn xác định và có nghiệm duy nhất

Nhu vay die

trong lưới, nút này gọi là mứi cơ sở điện ấp của lưới, nó xác định một "mặt bằng điện áp"

ngang nối đất trong lưới vấn tham gia vào các phương trình khác trong các đại lượng tổng

dẫn riêng cia mit (You)

'tóm lại đối vời lưới điện n + 1 nút ta sẽ có n phương trình cân bằng dòng nút độc lận

Trên cơ sở xây dựng hệ phương trình câu bằng dồng nút (2.4) la cố những khái niệm cơ bản về tổng dẫn nhánh, tổng dẫn tương hỗ, tổng dẫn riên , mã trận rổng đẫn, điện áp nút, đông điện nữ, nữ cở sở điện áp LÍ "uy nhiên như đã nó: ở trên, mô hình lưới điện sữ dụng,

để lập phương trinh tính toán lA mô hình Hới chuẩn, nhánh chuẩn Vì vậy ta sẽ viết hệ

phương trình cân hằng đồng nút cho mô hình này ỡ phẩn tiếp theo

TI2 Hệ phương trình cân bằng đồng nút viết cho lưới chuẩn

Giả thiết sơ đổ bao gồm các nhánh chuẩn với n + I nut ké cả nút đất, nút đất cố số thử tự là 0 Xét nút k gồm các nhảnh nối trực tiếp với k qua máy biến áp lý tưởng, nguồn

dong bơm vào nút ký hiệu là J., ]x có thể được tính từ công suất và điện áp nút

Áp dụng dịnh luật Ohm cho cdc nhanh ;

=> ta c6 hé phitong trink sau :

Yue Cat LT Vin Un= se 26)

Sự khác nhau chỉ ở biểu thức tính tổng dẫn riêng Yw của nút, khi nút k cổ số nhánh

bất kì nếi thì biểu thức tính tổng dẫn riêng có dạng chung:

1 kể

#u=> +y; im (28)

i Lkm j Zkm

Irong đó tổng đầu tính cho : nhánh có máy biến áp lý tưởng nối gián tiếp với nút K,

tổng sau tính cho j nhánh có máy biến áp tý lưỡng nổi trực tiếp với nút k

Khi nút k có số nhánh ni bat ki thi tir (2.6) va (2.7) ta thay phương trïnh cân bằng

đồng nút không đổi, ở dạng khai triển hệ phương trình:

YU, 4+ ¥pU yt

YoU, + ŸzyÙ¿ + — Vana

L3 Ma trận tổng dẫn nút

Phân 2 ta đã có định nghĩa vẻ tổng dẫn nứt gồm tổng dẫn riêng và tổng dẫn tương hỗ Cách xác định từng phần tử như sau :

- Tổng dẫn tương hỗ : tổng dẫn lương hỗ giữa nút k và nút mm bằng giá trị ãmrr của tổng

dẫn nhánh k-zn nhân với hệ số biển áp cña máy biến áp lý nrởng và bằng 0 nếu không tổn tại nhãnh này :

Yan ~~ Kien Yim

- Tổng dẫn riêng : tổng dẫn riêng của nút k hằng tổng tất cả các tổng dẫn nhánh nối

trực tiếp với nút k nhân với hệ số À„

— >ÁkmŸkm

mek

Yaa —

Trong đồ

Aiø = KẦ„ nếu nhánh k-rn có máy biến áp lý tưởng nối trực tiếp với nút k

Am = 1 nếu nhánh k_m có máy biến áp lý tưởng nối gián tiếp với nút k

Nếu nhánh nối trực liếp km không Lổn lại thã yu = (, lổng trên lấy theo mợi nút mà

với m zk vã ta thấy dại lượng tổng dẫn riêng của một nút trong lưới bao giờ cũng khác 0

Ma trận tổng dẫn nút Y có các đặc diểm sau

— Ma trận vuông bậc nxn với lưới n+ nút kế cả nút đất, ede nhánh ngang nối đất

Tiếu có trong lưới vẫn tiram gia vão ma trận tổng dẫn trong các dại lượng tổng dẫn riêng

Yuu cia mit,

Là ma trận đối xứng vì : Yem = Ynw = Ker Yim

lượng tính Loần và hộ nhớ để lưu trữ dữ liệu Kỹ thuật xử lý ma trận thưa là vấn để rất khó

trong lập trình và ta sẽ để cập đến ở phần sau của đổ án này,

Từ đây ta có thể suy ra cách tính thực dụng mìa trận tổng dẫn nút Y

Lữ định nghĩa về nhánh chuẩn ta có K.„ = U'/LI, với U là điện ấp phía tổng trổ Z4

“Tổng trở này đặt phía cao ấp của máy biến áp lý lưỡng nếu khi tính toán quy đổi theo điện

áp cuộn cao áp Về nguyên tắc có thể quy đổi theo điện áp cuộn cao áp, cuộn trung áp hay

cuộn hạ ấp nhưng Lhông Ihường người ta quy đổi theo cuộn cao ấp Như vậy nếu giả thiết

mọi máy biến áp trong lưới diện có tổng trở thay thế quy đổi theo cuộn cao áp thì hệ số

mấy biến áp của máy biến áp lý tưởng luôn bằng điện áp của cuộn cao áp chia cho đi

Atm = K¬xa nếu nhánh km có máy biến áp lý tưởng nối trực tiếp với nút k

Am = | niểu nhánh k—m có mấy biến ấp lý tưởng nối gián liếp với nút k

Nếu nhánh nối trực tiếp km không tổn tại thi y;„= 0

114 Hệ phương trình cân bằng công suất nút

Trong thực tế đối với bài toán tính chế độ xác lập thường không cho trước dòng nút

mà cho trước công suất nút của nguồn điện hay của phụ tải diện Vì vậy dễ lập mô hình

toán học cho bài toán phân tích chế độ ta xây dựng phương trình nút & dang can bing công

Ta nhận thấy vế trái là phi tuyến đối với điện áp, đấu * chỉ số phức liên hợp của điện

áp Biến đối (2.9) ta có công suất nút là

P‹+jQ= Ủy ly —ÚEYkml„ — G10)

m Trong (2.10) sông suất pha nếu ứng với điện áp dây và tổng lấy theo mọi nút kể cả

trút k nhưng trữ nút đất, nếu tổng đẫn hiểu điển bởi Y¬ = Gia + jBe thĩ ta cố:

Pet id= FIM IE (Gm Jy IMR) 19

m

Tách phần thực và ảo trong (2.11) ta có

Pe= UE (Uy Gt Ve Bian} — Vick Vie Gh + Uy Bin)

P= VRE, Gin YE Bon) | UKE, Gin | Uy Bin) (2.12)

Đó là phương trình nút ở dạng cân bằng công suất viết theo điện áp ở toa độ vuông

g6c Thực tế thường hay viết theo điện áp ở lọa độ cực nên ta đặt :

Ủy = ek

Thay vao (2.10) ta duge

Pet iQ GLO T yg Mk 1,6 FM = LE Vig Um Ok hn?

Trong dé Orn = %%— On tách phần thực phẩn ảo tá có

P= UKE Vim Un C08(8 hn — Phan)

qe = UaX Yim Um S8iN hn — Yen) 2.13)

Ta cũng có thể viết (2 13) ở dạng như sau:

p‹= Uc>Um(Gim €o5Ôyu, | BmSinÔi.,)

m

q= c3 LIm(GknSIP Ôym — Hạn COSÔkjm) (2.19)

Các phương trình (2.12) và (2 14) là dạng toa độ vuông gốc và toa độ cực của phương trình chế độ xác lập , các phương trình này mô tả cân bằng công suất ở các nút và là phương trình phi tuyến đối với điện ấp Các phương trình này không chứa biến thời gian

vi đang xét & chế độ xác lập các đại lượng trong phương trình đều là số thực vì ta đã tách

thực và ảo

Bây giờ ta xem xét việc giải

c phương trình này Trong trường hợp chung i P,Q

là những hàm phức tạp của điện áp và tấn số , do vậy phương trình có đạng phí tuyến rõ rệt nên không thể đũng phương pháp giải tích tường minh mà phải dùng phương pháp giải thích hợp , dó là phương phấp lập Có nhiễu phương pháp lặp khác nhau để giải hệ phương trình phi tuyến Trước hết ta có một số nhận định về hệ phương trình công suất TÚC:

Giả sử lưới điện có n + I nút đánh số từ 0 và la không viết phương trình cho nút này

“Tại mỗi nút có 4 biển thực p:, qx, Uš „ Ú hoặc pt cu, vé Nếu cho trước 2(n +1) các đại lượng này thì từ 2(n +1) phương trình chế độ xác lập ở trên ta có thể xác định được 2(n +D) biến cồn lại Điều này được thơả mãn nếu ta biểu diễn nút phụ tải bởi công suất P và

Q là những hằng số đã biết Đối với nút nổi dây (nút trung gian) thì I' = 0, Q= 0 hoặc Q = Q; với Q mồ tả cho công suất do diện dung dường dây sinh ra Với nút nguồn điện cho trước công suất tác dụng P và medul điện ấp U Ta cõ những nhận xét sau:

— Phương trình (2.14) dạng toa độ cực chứa một biến số là góc pha của điện áp, tuy

nhiên

phương trình này chỉ phụ thuộ:

ào góc tương đối giữa hai nút Ôà = Öy — Ôn Do

đó nếu cộng thêm một dại lượng rrào d6 vào tất cả các góc thì không làm thay đổi phương

công suất phụ tấi, tổn thất công suất trên lưới và tổng công suất phát ở các nguồn khác,

các dại lượng này vốn luôn luôn thay đổi Nút như vậy gọi là mút cân bằng công suất và

được chợn trong số các nút nguồn