Tính toán về điện trong hệ thống cung cấp điện

Xác Xác định định các các thông thông số số chế chế độ độ của của hệ hệ thống thống cung cung cấp cấp điện điện và và tính tính toán toán ảnh ảnh hưởng hưởng đến đến các các hệ hệ thống

1

1 Giới Giới thiệu thiệu chung chung

•• Chúng Chúng ta ta làm làm gì gì? ? Xác Xác định định các các thông thông số số chế chế độ độ của của hệ hệ

thống

thống cung cung cấp cấp điện điện và và tính tính toán toán ảnh ảnh hưởng hưởng đến đến các các hệ

hệ thống thống cung cung cấp cấp điện điện và và trong trong thiết thiết kế kế

•• Tính Tính toán toán cái cái gì gì? ?

– TínhTính toántoán điệnđiện ápáp tạitại cáccác nútnút vàvà dòngdòng côngcông suấtsuất trêntrên tấttất cảcả

cáccác nhánhnhánh củacủa sơsơ đồđồ cungcung cấpcấp điệnđiện

– TínhTính toántoán lựalựa chọnchọn thiếtthiết diệndiện dâydây dẫndẫn vàvà cápcáp

– KiểmKiểm tratra tổntổn thấtthất điệnđiện ápáp, , điềuđiều chỉnhchỉnh điệnđiện ápáp vàvà bùbù côngcông suấtsuất

phảnphản khángkháng trongtrong lướilưới vàvà cáccác bàibài toántoán kháckhác

•• Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế hệ hệ thống thống và và đáng đáng giá giá các các thông thông số số chế chế

độ

độ

2

2 Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế của của lưới lưới điện điện

2.1

2.1 Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế dây dây dẫn dẫn

•• Thông Thông số số đường đường dây dây đặc đặc trưng trưng cho cho quá quá trình trình vật vật lý lý xảy xảy

ra

ra trong trong dây dây dẫn dẫn khi khi có có điện điện áp áp đặt đặt lên lên hoặc hoặc dòng dòng điện điện xoay

xoay chiều chiều đi đi qua qua.

– Phát Phát nóng nóng do do hiệu hiệu ứng ứng Joule: Joule: Điện Điện trở trở

– Dòng Dòng điện điện XC XC gây gây nên nên từ từ trường trường tự tự cảm cảm của của từng từng dây dây

dẫn dẫn và và hỗ hỗ cảm cảm giữa giữa các các dây dây dẫn dẫn với với nhau nhau Điện Điện kháng kháng – Điện Điện áp áp cao cao áp áp gây gây ra ra điện điện trường trường lớn lớn trên trên bề bề mặt mặt dây dây

– ĐiệnĐiện trởtrở thaythay đổiđổi theotheo nhiệtnhiệt độđộ::

– ĐiệnĐiện trởtrở xoayxoay chiềuchiều: : mậtmật độđộ dòngdòng điệnđiện phânphân bốbố khôngkhông đềuđều do do

•• Điện Điện kháng kháng

0.779r

D ln

10

2 r

D 4ln

1 8

0.1213 fL

r: BánBán kínhkính ngoàingoài củacủa dâydây dẫndẫn (m)(m)

Dm : : KhoảngKhoảng cáchcách trungtrung bìnhbình hìnhhình họchọc giữagiữa cáccác dâydây dẫndẫn(m)(m)

Dab, , DDbc, , DDac : : KhoảngKhoảng cáchcách phapha vớivới phapha

a

Dab

Dac

D D

D m = 3 2 =1.26

D

D m =

•• Dung Dung dẫn dẫn

r

D ln 18

10

r

D ln

ε

2 C

m

9 m

ε0 : Khoảng cách không gian ( F/m)

r: Bán kính ngoài của dây dẫn (m)

fC 2

10 36

1 ε

× π

×

=

r: Bán kính ngoài của dây dẫn (m)

Dm : Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dân (GMD) (m)

•• Điện Điện dẫn dẫn

2 0

2

2 Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế của của lưới lưới điện điện

2.1

2.1 Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế dây dây dẫn dẫn

•• Các Các dạng dạng sơ sơ đồ đồ thay thay thế thế của của dây dây dẫn dẫn

TổngTổng dẫndẫn: Y=: Y=G+jBG+jB=(g=(g0+jb0).l; (l: ).l; (l: ChiềuChiều dàidài, km), km)

– HệHệ thốngthống phânphân phốiphối ((ngắnngắn hơnhơn 80km)80km)

ĐườngĐường dâydây trêntrên khôngkhông hoặchoặc cápcáp UU≤≤22kV, l22kV, l≤≤5km: Dung 5km: Dung dẫndẫn vàvà

điệnđiện dẫndẫn cócó thểthể bỏbỏ quaqua SơSơ đồđồ thaythay thếthế bởibởi tổngtổng trởtrở nốinối tiếptiếp

ĐốiĐối vớivới đườngđường dâydây dàidài U>22kV: U>22kV: ChỉChỉ bỏbỏ qua qua điệnđiện dẫndẫn

2

2 Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế của của lưới lưới điện điện

2.1

2.1 Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế máy máy biến biến áp áp

•• Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế của của máy máy biến biến áp áp

– TổngTổng dẫndẫn máymáy biếnbiến ápáp (Z(ZT))

– SơSơ đồđồ thaythay thếthế

2

2

. r

l T

S

U P

r

r I

r

I T

T

S

U u

I

u Z

RT, XL: Điện trở và điện kháng vòng dây

Rc: Điện trở do tổn thất trong các cuộn dây

Xm: Điện kháng do từ trường

Sr , Ur: Dung lượng MBA và điện áp

∆PI, ∆P0: Tổn thất có tải và không tải

uI: Điện áp ngắn mạch (%)

I0: Dòng điện không tải (từ trường)

r

U jI P

Q j P

∆

•• Máy Máy biến biến áp áp 3 3 cuộn cuộn dây dây

– SơSơ đồđồ thaythay thếthế

Z (Z

Z

) Z

Z (Z

Z

) Z

Z (Z

Z

S P S

S S

P S

S S S

P S

P P

2 2

1 1

1

2 1 2

1

1 2 1 2 1

=

− +

=

− +

=

TổngTổng trởtrở cuộncuộn dâydây

) Z

Z (Z

P

r

r S

P S

P S

P S

P

S

%.U

u j S

.U

∆P

jX R

Z

2 1

2

2 1 1

1 1

Sr , Ur: Dung lượng MBA và điện áp

∆PI, uI: Tổn thất có tải và điện áp có tải khi cuộn sơ cấp và thứ

cấp thứ 1 kết nối với hệ thống Cuộn thứ cấp thứ 2 mở.

) Re(

) (

V V

∆ & & & &

V

QX PR

V

QX

PR X

R I ZI

≅

+

= θ +

P, Q: công suất tải 3 pha kW và kVar

PL+jQL

VS

100

V V

i r

X Q R

P V

suất tác dụng gây trên đoạn đường

dây dx tại chiều dài đường dây x

từ cuổi

l

x dx

dx r

x P dR

x x

Px

V

dx r

x P V

dR

P V

d ∆ = . = 0. . 0.

r r

l r P V

dx x r

P V

2

.

2

.

.

0

0 0

2

V

X Q R

P V

V

V

2

.

+

=

∆ +

∆

=

∆

⇒

•• Tổng Tổng thất thất công công suất suất trên trên đường đường dây dây

R V

S R

I P

3

3

Q

P Q

r

L L

R V

Q

P R

V

S

r

L L

2 2

– TổnTổn thấtthất côngcông suấtsuất phảnphản khángkháng

3

3 Tổn Tổn thất thất điện điện áp áp và và công công suất suất

3.1

3.1 Tổn Tổn thất thất công công suất suất và và điện điện năng năng

•• Tổn Tổn thất thất công công suất suất của của đường đường dây dây có có phụ phụ tải tải phân phân bố bố

đều

Mật

Mật độđộ phụphụ tảitải II0 (A/m), (A/m), chiềuchiều dàidài l (m)l (m)

– TổnTổn thấtthất côngcông suấtsuất trêntrên vi vi phânphân dxdx củacủa đườngđường dâydây

dx r

x I R

I P

d ( ∆ Px) = 3 Ix2 Rx = 3 ( I0 x )2 r0 dx

d ( ∆ x) = 3 x. x = 3 ( 0 ) 0.

– TổnTổn thấtthất trêntrên toàntoàn tuyếntuyến::

R I

l r I dx x

r I P

l

.

.

.

0

2 0

2

=

•• Phân Phân bố bố tải tải trên trên lưới lưới

r

T

.V3

D.l.w

I =

Tải phân bố tại vị trí 1/3 chiềudài đường dây

– PhânPhân bốbố hìnhhình tam tam giácgiác ::

Tải phân bố tại vị trí 8/15 trongkhoảng cách từ đỉnh đến dáy củatam giác

•• Tổn Tổn thất thất công công suất suất trong trong máy máy biến biến áp áp

– TổnTổn thấtthất côngcông suấtsuất táctác dụngdụng vàvà phảnphản khángkháng

I r

P S

S n

P n

S

S u

n

S

I n

Q

100

% 1

100

× +

×

×

=

∆

Sr : Dung lượng máy biến áp

Smax: Công suất tải cực đại của trạm biến áp.

∆PI, ∆P0: Tổn thất ngắn mạch và không tải

uI: Điện áp ngắn mạch (in %)

I0: Dòng điện không tải (%) n: Số máy biến áp trong trạm (làm việc song song)

•• Tính Tính toán toán tổn tổn thất thất điện điện năng năng

– ĐịnhĐịnh nghĩanghĩa ((∆∆A) A) ::

0

) ( ∆P(t) :Tổn thất công suất của lưới điện

T: Khoảng thời gian trên đồ thị phụ tải

∆ A Pmax ∆Pmax: Tổn thất công suất cực đại

τ : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

•• Tính Tính thời thời gian gian tổn tổn thất thất công công suất suất lớn lớn nhất nhất ((ττ))

– SửSử dụngdụng biểubiểu đồđồ phụphụ tảitải cựccực đạiđại –– TTm

QuanQuan hệhệ giữagiữa ττ vàvà TTm

8760 )

10 124

0

10 124

0

A T

0 max max

) ( 1

1 : Đồ thị phụ tải hệ thống

2 : vùng giao giữa Pmax và Tm

Tm: Tra trong sổ tay thiết kế

T T

P

A P

⇒

– TínhTính hệhệ sốsố tổntổn thấtthất côngcông suấtsuất (Fs)(Fs)

QuanQuan hệhệ giữagiữa FFS vàvà FFL

2

) 1

•• Tổn Tổn thất thất điện điện năng năng của của đường đường dây dây

τ

∆

=

∆ A Pmax. ∆Pmax: Tổn thất công suất cực đại

τ : Thời gian tổn thất công suấtlớn nhất

P S

S n

P n

P S

S n

T P n

∆

= τ

∆

=

2 max 0

2 max 0

Sr : Công suất của máy biến áp

Smax: Công suất cực đại của trạm

∆PI, ∆P0:Tổn thất có tải và không tải

n : Số lượng máy biến áp trong trạm (làm việc song song)

T : Thời gian đóng điện máy biến áp (1 năm: 8760h)

Ví dụ 2 Xét trạm biến áp trung gian có 2 máy biến áp với các thông số

SđmB = 10MVA, cấp điện áp 132/11kV Tổn thất không tải 18kW và có

tải 60kW, điện áp ngắn mạch % là 10.5%, dòng điện không tải % là

0.9% Xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng của trạm biến

áp với phụ tải 12+j7.2MVA, Tm=5000h/năm

Đáp án: Máy biến áp làm việc song song

) (

75 94

60 10

2 7 12

2

1 18 2

.

1

2 2

2 max

S

S n

P n

∆

=

∆

10 )

2 7 12

( 5 10 1

10 10

9 0

% 1

I

)(

1208 kVAr

=

3411

60 10

2 7 12

2

1 8760 18

2

.

1

2 2

2 max

S n

T P n

A

) ( 3411 8760

) 10 5000 124

0 ( 8760 )

10 124

0

=

) (

5083854 kWh

=

10 100

10 )

2 7 12

( 5 10 2

1 100

10 10

9 0 2

100

% 1

100

%

3 2

2 3

2 max

× +

×

×

×

= +

=

∆

r

I T

S

.S u

n

.S I

n

Q

•• Đặc Đặc điểm điểm lưới lưới điện điện hở hở

– LướiLưới điệnđiện cócó mộtmột nguồnnguồn cấpcấp, ,

– SơSơ đồđồ cócó dạngdạng hìnhhình tiatia, , liênliên thôngthông ((phânphân nhánhnhánh) ) hoặchoặc hỗnhỗn

hợphợp

•• Số Số liệu liệu ban ban đầu đầu

4

4 Tính Tính toán toán dòng dòng công công suất suất

4.1

4.1 Thiết Thiết lập lập bài bài toán toán

– SơSơ đồđồ lướilưới điệnđiện,,

– CácCác thôngthông sốsố củacủa đườngđường dâydây vàvà máymáy biếnbiến ápáp,,

– ĐiệnĐiện ápáp nguồnnguồn UoUo

– CôngCông suấtsuất cáccác nútnút phụphụ tảitải

•• Nhiệm Nhiệm vụ vụ tính tính toán toán

– DòngDòng điệnđiện vàvà côngcông suấtsuất chạychạy trêntrên cáccác nhánhnhánh

– TổnTổn thấtthất côngcông suấtsuất trêntrên cáccác nhánhnhánh

– TổnTổn thấtthất điệnđiện ápáp cáccác nhánhnhánh vàvà điệnđiện ápáp cáccác nútnút trêntrên lướilưới

•• Tính Tính toán toán lưới lưới điện điện không không xét xét đến đến tổng tổng dẫn dẫn đường đường dây dây ((lưới lưới phân phân

phối

phối điện điện))

– CácCác giảgiả thiếtthiết tínhtính toántoán::

Sơ Sơ đồ đồ thay thay thế thế chỉ chỉ xét xét thành thành phần phần điện điện trở trở và và điện điện kháng kháng đường đường

Khi Khi xác xác định định tổn tổn thất thất công công suất suất và và tổn tổn thất thất điện điện áp áp, , coi coi điện điện áp áp các các

nút nút bằng bằng điện điện áp áp định định mức mức của của lưới lưới điện điện

– TrìnhTrình tựtự tiếntiến hànhhành::

Lập Lập sơ sơ đồ đồ thay thay thế thế

Tính Tính phân phân bố bố dòng dòng công công suất suất trên trên các các nhánh nhánh

Tính Tính tổn tổn thất thất công công suất suất và và tổn tổn thất thất điện điện áp áp trên trên các các nhánh nhánh

Tính Tính điện điện áp áp tại tại các các nút nút

2 24

22 2

5 57

56 5

S & = & + & + & = & + & + &

7 6

5 4

3 2

1 15

12 1

01 S S S S S S S S S S

S& = & + & + & = & + & + & + & + & + & + &

7 6

5 4

3 2

1 15

12 1

01 S S S S S S S S S S

S& = & + & + & = & + & + & + & + & + & + &

– Tổn thất công suất và điện áp trên các đoạn đường dây:

r

2 ij

2 ij ij

ij 2 r

2 ij ij

R

.U

SQ

j

∆PS

r

ij ij ij

ij ij

U

.X Q R

P

– Điện áp nút: Uj = Ui − ∆Uij

•• Tính Tính toán toán lưới lưới điện điện hở hở có có xét xét đến đến dung dung dẫn dẫn đường đường dây dây

– CácCác giảgiả thiếtthiết tínhtính toántoán::

SơSơ đồđồ thaythay thếthế cócó xétxét thànhthành phầnphần điệnđiện trởtrở, , điệnđiện khángkháng vàvà

TínhTính phânphân bốbố côngcông suấtsuất trêntrên cáccác nhánhnhánh

XácXác địnhđịnh tổntổn thấtthất điệnđiện ápáp vàvà điệnđiện ápáp tạitại cáccác nútnút

S&'ij = & j − ij 2

r ij

Q =

ij

' ij

.(RU

)S

(S

2 ij

2 ij ij

ij 2

2 ' ij

U

)j.X

.(RU

S

r

ij ij

2 r

2

QjS

S&i = &ij − ij

– Tổn thất điện áp trên các nhánh và điện áp tại các nút

0

01 01

01 01

0

01 01

01 01

01

U

.R Q

.X

P j U

.X Q

.R

P U

01 0

ij i

ij ij ij

ij ij

U

.R Q X

P j U

.X Q R

P U

ij i

j U ∆ U

U & = & − &

⇒

………

•• Tính Tính toán toán về về điện điện trong trong lưới lưới điện điện kín kín đơn đơn giản giản

I Z

I Z

I &01 01 + &12 12 − &02 02 =01

01 SS

01 01

U3

SU

3

S

I& = ∗ ≅

0.Z

S.Z

S.Z

S01 01 + 12 12 − 02 02 =

r

02 02

U3

S

I ≅&

r

12 12

U3

S

S&01 − &12 − &1 =

0S

S

S&02 + &12 − &2 =

Tính dòng điện theo Kirchhoff tại nút phụ tải 1 và 2

02 12

01

02 2

02 12

1 01

ZZ

Z

ZS

)ZZ

(SS

ˆˆ

ˆ

ˆˆ

ˆ

++

×+

01

01 1

12 01

2 02

ZZ

Z

ZS

)ZZ

(S

S

ˆˆ

ˆ

ˆˆ

ˆ

++

×+

1 01

S & = & − & = & + &

0S

S

S02 + 12 − 2 =

Từ (1), (2) và (3), ta có

;