Bài giảng giải tích hệ thống điện nâng cao phần mở đầu võ ngọc điều

Mô Hình Hệ Thống Điện Mô Hình Hệ Thống Điện 3 System Security Evaluation Sự cố ngẫu nhiên 1 Hỏng các đường dây truyền tải 2 Hỏng hóc máy phát3 Hỏng MBA 4 Economic Dispatch – Thỏa mãn c

Trang 1

GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN

NÂNG CAO

Võ Ngọc Điều

Bộ Môn Hệ Thống Điện Khoa Điện – Điện tử Trường ĐH Bách Khoa

PHẦN MỞ ĐẦU: CÁC VẤN ĐỀ CƠ

BẢN

Trang 2

Hệ Thống Điện

Trang 3

Hệ Thống Điện Hiện Đại

 Sản xuất điện năng:

- Các nhà máy điện

* Turbine & máy phát

* MBA tăng áp

 Truyền tải điện năng

- Hệ thống truyền tải cao áp

Trang 4

Mạng Điện

- Lượng lớn công suất được truyền tải đi xa

- Chia sẻ các nguồn điện

* Độ tin cậy được cải thiện

* Lợi ích kinh tế cho hệ thống lớn

Trang 5

 Hệ thống quản lý năng lượng

- Trung tâm điều khiển

* Điều khiển máy tính

* SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition

Trang 6

* Đặc tính hoạt động đường dây

* Phân bố công suất

* Điều độ kinh tế nguồn phát

* Nghiên cứu sự cố và ổn định

Trang 7

Mô Hình Hệ Thống Điện

On-line(Điều khiển & Vận hành)

Không ràng bu c th i gian ộ ờ Có ràng bu c th i gian ộ ờ

1) Power flow analysis

2) State estimation

2.1 Đánh giá trạng thái dựa trên số dụng cụ hữu hạn

2.2 Để kiểm tra xem có dụng cụ nào hỏng hóc

Off-line(Quy hoạch)

Trang 8

3) System Security Evaluation

Sự cố ngẫu nhiên 1) Hỏng các đường dây truyền tải

2) Hỏng hóc máy phát3) Hỏng MBA

4) Economic Dispatch – Thỏa mãn công suất yêu

cầu với chi phí thấp nhất

Optimal power flow – Các ràng buộc

Khả năng cung cấp (Tính PG để cực tiểu chi phí máy phát)

Truy n t iề ải

Trang 9

5) Unit Commitment Kinh tế Unit Commitment

Tin cậy

An toàn

6) Load Forecasting Dài hạn (đến 10 năm) Load Forecasting

Trung hạn (theo ngày, tháng) Ngắn hạn (nỗi 20 phút)

7) Load management Điều khiển trực tiếp

Trang 10

Power Flow Analysis Normal

Control Phase Normal Operation, AGC Frequency control

Control of Power System

Trang 11

Stability Crisis Stability Control (short 0.5-3 sec.)

Viability Crisis Viability Control (1~ 60 min.)

(quá tải) (có nhiều thời gian để giải hơn stability crisis)

Integrity Crisis Restoration

(vài khu vực bị mất điện do thiếu công suất)

Trang 12

Công Suất Phức

)cos

)

)cos

)(t Imax ( t I

Trang 13

T avg

Trang 14

Công Suất PhứcCông suất thực:

*) Re(

cos

cos 2

1

max max

I V

P

Trang 15

Bảio Toàn Công Suất Phức

Ví dụ 1

V

S 3 C

+-

3 2

C j

y C

j

 1

Trang 16

Trang 17

Bài tập tự làm:

L

1)

Kiểm tra xem nếu L tiêu thụ công suất kháng

Tìm giá trị L theo công suất tiêu thụ Già thiết: |V1| = |V2|

2)

L

Trang 18

Ví dụ 2: G

G3

1 1

S G   S G2  0 5  j0 5

2 0 5

.

0  j  0 5  j0 2 1

S D   13

Trang 19

Giả thiết: S ij  S*ji

1

112

1

11

2.05

.01

.0

8.15

.031

*

31

j S

2.05

.0()11

(5.05

.0

132

Trang 20

a

bc

bb a

ab

I V I

V

I V I

V I

V S

Một pha chỉ đúng khi hệ thống đối xứng

Trang 21

Cân bằng công suất phức

* Theo bảo toàn năng lượng

- Công suất thực cung cấp từ nguồn = công suất tiêu thụ ở tải +

tổn thất công suất trên đường dây

- Công suất kháng cũng phải cân bằng:

• Sự cân bằng xảy ra giữa tổng các công suất kháng sớm pha và tổng công suất kháng trễ pha do các phần tử tạo ra

- Tổng công suất truyền tới tải nối song song = tổng công suất

phức được truyền đến mỗi tải

Trang 22

0 1

Trang 23

I

cIb

Tại sao hệ thống có 3 pha?

Tại sao không sử dụng nhiều pha hơn?

Công nghệ máy phát trở nên phức tạp hơn: cần nhiều cực hơn,

Cuộn dây phức tạp hơn, v.v.

Trang 24

Phân Tích Từng Pha

Giả thiết:

1) Ba pha cân bằng

2) Tất cả các nguồn và tải đều nối Y có trung tính nối đất

(nếu không, chúng cũng có thể chuyển thành nối Y có

trung tính nối đất (wye-connection))

3) Không có cảm kháng hỗ cảm giữa các pha

Kết quả:

a) Tất cả các trung tính đều cùng mức điện áp

b) Ba pha hoàn toàn có thể tách rời

c) Tất cả các biến đổi trong mạng tương ứng xảy ra cân bằng

và theo tuần tự pha của nguồn

Trang 25

Thứ Tự Pha

c b



240

1   1   120

a

Trang 26

Phương Phân Tích Từng Pha

1) Chuyển đổi tất cả các nguồn và tải thành mạch tương đương

nối Y

2) Giải tìm các biến của pha yêu cầu (chẳng hạn pha a) bằng

định luật Kirchoff

3) Trừ các góc pha lần lượt 120o và 240o từ pha tìm được trong

phần 2) để tìm các các biến cho các pha b và c theo thứ tự nguồn dương

4) Nếu cần, trở lại mạch ban đầu để tìm các biến dây-dây hoặc

các biến bên trong nguồn tam giác (delta)

Trang 27

Ví dụ

Trang 28

Trang 29

z

/ 3

z

/ 2

Z

Trang 30

j

1.0

j



45 2

350



+-

31

j z

j j

j y

j

j V

05 1

1 0 2

/ /

/ / / / /

/ /

,,

,

,,

,

a c c

b b

a a

c c b b a

n c n b n a n c n b n a

S S

S I

I I

S S

S I

I I

Trang 31

Phân Bố Công SuấtĐường dây đơn, cả hai đầu có máy phát.

+-

1

V

+-

Trang 32

Phân Bố Công Suất

Sử dụng tọa độ cực

1 2

Trang 33

Trang 34

|V1| and |V2| được điều chỉnh hằng số, 12 thay đổi tùy theo nguồn phát và tải

Trang 35

Trang 36

Bài tập tự giải: Hai vòng tròn không giao nhau nếu

(tức là )

1)Công suất thực có thể truyền được tối đa là bao nhiêu (P max12)?

2)Công suất tuyệt đối (S max) có thể truyền được là bao nhiêu?

3) Công suất thực nhận được tối đa là bao nhiêu?

4) Công suất tổng tối đa có thể nhận là bao nhiêu?

5) Các câu 1, 2, 3 và 4 có mối quan hệ như thế nào?

Trang 37

Phân Bố Công SuấtXem xét trường hợp đặc biệt:  Z 90

Trang 38

Khả năng truyền tải là bao nhiêu?

(công suất thực tối đa có thể được truyền)

12

2 1 max

,90

X

V

V P



Trang 39

Có cách nào khác để tăng khả năng truyền tải?

1) Tăng biên độ điện áp (lý do tại sao chúng ta dùng truyền tải

cao áp) (Không quan tâm đến điện cực chịu điện cao áp)

2) Giảm X

1) Đường đây truyền tải to hơn (tiết diện ngang)

2) Chèn thêm tụ điện dọc đường dây

L

j 

j C





Trang 40

Lưu ý: Nếu

Công suất thực và công suất hầu như có thể tách rời

12 phục thuộc vào công suất thực bơm vào và

Q 12 , Q 21 phụ thuộc vào biên độ điện áp

 Phân bố công suất tách biến (decoupled power flow)

3 12

Trang 41

Truyền tải công suất khi một đầu không có điện áp

Trang 42

Trang 43

Tìm mối quan hệ giữa tải vào |V 2|

Trang 44

Trang 45

Ví dụ: V1 1p.u., X 0.5 p.u

Đối với các tải có hệ số công suất trễ hiện tượng này có thể xảy ra đối với các mức công suất trong giới hạn vận hành bình thườngcủa đường dây truyền tải Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cung cấp Q ở vị trí khách hàng hơn là cố gắng

cung cấp từ xa.

Voltage collapse

P D là một biến ở hệ số công suất 1.0, 0.97 sớm pha =  âm,

và 0.97 trễ =  dương.

Trang 46

Công suất được bơm vào ở giá trị: P+jQ

P > 0, Q > 0 Vượt quá kích từ máy phát (trễ pha)

P > 0, Q < 0 Dưới kích từ máy phát (sớm pha)

Tải S D 10  j20

Bơm vào: -10 - j20 Động cơ dưới kích từ (trễ pha)

-10 + j20 Động cơ quá kích từ (sớm pha)

Trang 47

Trễ pha

Sớm pha

Trang 48



Trang 49

Công suất tổn thất trên đường dây là bao nhiêu?

Công suất tổn thất = Công suất gởi – Công suất nhận

Trang 50

- Đường dây truyền tải

 Máy phát có thể được mô hình theo 3 cách khác nhau:

 Mô hình bơm công suất: công suất thực P và công suất kháng được thể hiện ở nút mà máy phát nối vào

* hoặc điện áp hoặc dòng điện được bơm vào được thể hiện

ở nút được nối, cho phép xác định các đại lượng khác

Trang 51

Mô Hình Các Phần Tử

 Mô hình Thevenin: bao gồm điện áp cảm ứng AC đặt phía

sau điện kháng đồng bộ X d

 Mô hình Norton: bao gồm nguồn dòng điện AC bơm vào

đặt song song với điện kháng đồng bộ X d

Trang 52

 Mô hình MBA

- Mạch tương đương của một MBA 2 cuộn dây:

Trang 53

- Mạch xấp xỉ qui về phía sơ cấp:

Trang 54

- Tải được cấu thành từ các phần tử R, L, và C được nối vào một nút mạng

và đất (hoặc điểm trung tính hệ thống)

* Dòng điện hằng số, Iload

- Tải có một biên độ dòng điện hằng số I và hệ số công suất hằng số, độc

lập với điện áp nút.

- Cũng được coi là nguồn dòng bơm vào mạng.

* Công suất hằng số, Sload

- Tải có một công suất thực P và kháng Q là hằng số độc lập với điện áp và dòng điện bơm vào.

- Cũng được coi như là một nguồn công suất âm bơm vào mạng.

Trang 55

 Mô đường dây:

- Các đường dây truyền tải được mô hình bằng một mạch

tương đượng với các thông số trên cớ sở theo từng pha

+ Điện áp được tính theo pha-trung tính

+ Dòng điện được biểu diễn cho từng pha

+ Hệ thống ba pha được đơn giản hóa thành mạng 1 pha

+ Tùy thuộc vào độ dài và cấp điện áp

+ Các mô hình đường dây ngắn, trung bình và dài

Trang 56

- Mô hình này được sử dụng khi:

+ Độ dài đường dây ngắn hơn 80km hay

+ Điện áp đường dây không quá 69kV

- Mô hình thông số đường dây truyền tải

+ Điện dẫn và điện dung ngang được bỏ qua

+ Điện trở và điện kháng đường dây được xử lý như là

thông số tập trung

- Mạch của mô hỉnh

Trang 57

- Mô hình này được sử dụng khi: chiều dài đườg dây

lớn hơn 80km nhưng dưới 250km

- Mô hình các thông số

+ Một nửa điện dung ngang được coi như là thông số tập trung ở mỗi đầu đường dây

+ Điện trở và điện kháng dọc đường dây được xử lý

như thông số tập trung

- Mô hình mạch (hình )

Trang 58

- Mô hình này được sử dụng khi: chiều dài đườg dây

lớn hơn 250km

- Mô hình các thông số

+ Độ chính xác đạt được qua sử dụng thống số rãi

+ Điện kháng dọc và điện dung ngang được tính trên một đơn vị chiều dài

Trang 59

Trang 60

Trang 61

Hệ Đơn Vị Tương Đối

* Định nghĩa đơn vị tương đối (đ.v.t.đ hay pu):

Giá trị tương đối = Giá trị thực / Giá trị cơ bản

Trang 62

Trang 63

Trang 64

* Vi c s d ng ký hi u đ.v.t.đ tùy cách ch n mi n sao ệ ử ụng ký hiệu đ.v.t.đ tùy cách chọn miễn sao ệ ọn miễn sao ễn sao

Trang 65

* Một số tính chất của hệ tương đối:

Trang 66

* Một số tính chất của hệ tương đối:

Trang 67

* Chuyển đổi các đại lượng trong hệ tương đối :

Trang 68

Trang 69

* Chọn các đại lượng cơ bản trong hệ thống điện:

Trang 70

* Chọn các đại lượng cơ bản trong hệ thống điện:

Trang 71

- Các đại lượng được tính toán cho hệ thống điện được xác định với hệ đơn vị có tên.i:

* Công suất: tính cho 3 pha

* Điện áp: pha-pha (điện áp dây)

* Dòng điện: 1 pha

* Tổng trở: 1 pha

- Trong phân tích hệ thống điện, thường giải sử 3 pha cân bằng  phân tích 1 pha đơn giảin hơn

Trang 72

Thủ tục phân tích đ.v.t.đ:

quy về mức điện áp chọn theo tỷ số trong mạch.

tất cả điện kháng khác sang tương đối.

Trang 73

hệ thống với hệ đơn vị có tên.i công suất cơ bảin 2.0MVA

- Các giá trị đ.v.t.đ mỗi phần tử của HT 3 pha như sau:

Trang 74

 Công suất cơ bảin tòan hệ thống là 2.0 MVA Điện

áp cơ bảin được chọn miễn sao n như sau:

Trang 75

 Các giá trị pu của các phần tử trong hệ thống

bằng cách dùng chuyển đổi hệ tương đối:

Trang 76

 Bài tập tự giải: Sử dụng ký hiệu đ.v.t.đ tùy cách chọn miễn sao ng cơ sở: Scb = 100MVA

và Ucb = 22kV để xác định các đại lượng tương

đối của sơ đồ sau:

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	2,43 MB