Mô hình các thiết bị trong ổn định hệ thống điện

MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ TRONG NGHIÊN CỨU ÔN ĐỊNH HTĐ  Hệ đơn vị tương đối  Đường dây tải điện  Tìm hiểu về ổn định với nhiễu loạn nhỏ TCSC…... Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

MỤC LỤCCHƯƠNG 2 MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ TRONG NGHIÊN CỨU ÔN ĐỊNH HTĐ

 Hệ đơn vị tương đối

 Đường dây tải điện

 Tìm hiểu về ổn định với nhiễu loạn nhỏ

TCSC…)

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

Bài trình bày theo nhóm

 Tìm hiểu về ổn định quá độ

điểu khiển tốc độ cao, hệ thống kích từ……)

 Tìm hiểu về ổn định điện áp

2.1 Hệ đơn vị tương đối

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

cb

cb cb cb

cb cb

I3

VZ

;V3

S

Một HTĐ bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, do đó cần

có sự biến đổi các đại lượng về một cấp điện áp => dùng

hệ đơn vị tương đối

)(Z

)(Z)Z(Z

;)A(I

)A(

)

I

I

;)V(V

)V(V)V(V

;)MVA(S

)MVA(S

đvtđ cb

pu

đvtđ

cb pu

cb pu

)cb(kVS

VZ

2

cb

2 cb

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.1 Hệ đơn vị tương đối

 Trong hệ đơn vị tương đối, giá

trị pha và 3 pha là giống nhau,

vẫn dùng các công thức:

 Nếu công suất tải ba pha có

thể được tính theo công thức

 Dòng điện tải pha:

 Thay vào ta có:

 Tổng trở tải:

cb cb cb cb

* cb

cb P

* cb P )

*

2 L L ) 3 ( cb

*

2 P P

S

V S

V 3 Z

* cb 2 cb

2 L L

cb

P pu

S

S V

V Z

Z Z









2.1 Hệ đơn vị tương đối

 Thay đổi các đại lượng cơ bản

 Thông số của MPĐ, MBA được

cho bởi nhà phân phối, thường

cho bởi hệ đvtđ cơ bản định mức

của MPĐ và MBA

 Khi tính toán HTĐ thường chọn

một đại lượng cơ bản chung, ví

dụ Scb=100MVA, Do đó cần phải

chọn điện áp cơ bản Thông

thường chọn Vcb cho mỗi cấp là

điện áp danh định của mỗi cấp

S Z Z

Z

cb cu cb cu

_ cb cu pu cu

_ cb moi pu

moi

V

S Z Z

cb cu cb moi pu cu pu moi

V

V S

S Z

 Các giá trị trong hệ đvtđ có giá trị nhỏ

 Các giá trị trong đvtđ của MBA, MPĐ đơn giản

không cần quan tâm đến các phía cao áp, hạ áp,

2.1 Ví dụ các đại lượng cơ bản của MPĐ

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.1 Ví dụ 1

2.2 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.2 Mô hình đường dây truyền tải

 Đ/dtt là thiết bị q/t trong htđ

 Có nhiều loại đ/d khác nhau

chiều, xoay chiều, có bù

 Các thông số cơ bản của đ/d

trên không:

 R, G, L,C

) km / F

 Ba pha khôngđối xứng

 Đường dây đảo pha

 Đường dây phân pha

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

Z=(R+jX)

Y/2 Y/2

V2, I2 V1, I1

V2, I2 V1, I1

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài

x

x

(

) x ( )

x ( )

x

x

(

I z x

V V

I x z V V

I z dx

dV



) x x ( ) x ( ) x x (

) x x ( )

x ( ) x x (

V.yx

II

V.xyII

V y dx

 Tương tự: dòng điện

) x ( )

x ( 2

dI z

V

d

) x ( 2 2

x

V    

) C j g )(

L j r zy

x 2 x 1

x 2 x 1 )

x ( )

x (

e A e A Z

1 I

e A e A z

y

e A e A z dx

dV z

1 I

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

I Z V A

R C R 2

R C R 1

x R c

)

x

(

e 2

I Z V e 2

I Z V e 2

I Z V

R x x

C ) x (

R x x

C R x x

) x (

I 2

e e V 2

e e Z

1 I

I 2

e e Z V 2

e e V

 Nếu V0là điện áp pha=>

công thức trên là SIL pha

 Nếu V0là điện áp dây=>

công thức trên là SIL 3 pha

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

đường dây ngắn để tính điện áp và công suất ở đầu đầu và đầu cuối đường dây, tính điện áp điều chỉnh khi mang tải

 Với điện áp điều chỉnh =(điện áp đầy tải -điện áp không tải)/ điện không tải

 Các đường dây có thiết bị bù linh hoạt FACTS và

HVDC…

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

Để đơn giản trong tính toán, Thông thường trong chương trình

học thì đường dây mô tả bởi một điện kháng Xl

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.3 Mô hình phụ tải (LOADs )

 P0, Q0: là công suất tác dụng vàphản kháng tại nút tải ở chế độban đầu định mức

 p1, p2, p3và q1, q2, q3: là cácthành phần diễn tả điện khángkhôngđổi, dòng điện không đổi

và công suất không đổi với tổngcủa chúng bằng 1.0

 kpf∆f, kqf∆flà các thành phần phụthuộc tần số

 Trong công thức dưới

 P0, Q0là công suất tác dụng vàphản kháng tại giá trị điện ápV=1.0(pu),

p

P

P

qf 3

2 2 1

0

pf 3

2 2 1

8/9/2012

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp

Quá trình quá độ (sau 5s)

Tác động của ULTC (at t=35 s)

Quá trình quá độ (sau 5s)

Tác động của ULTC (at t=35 s)

Sụp đổ điện áp (lúc t=80s)

Tác động của OEL(t=65s)

Điện áp của nút 11 Công suất phản kháng của G3

0 5 35 65 80 100(s)

 Nếu MBA lý tưởng (không

tổn thất) được biểu diễn như

khi tính toán trào lưu công

 Với S0= P0+j Q0là tổn hao không tải của MBA

 Ymba=1/(Zmba)=1/(Rmba+jXmba) (Siemens)

 a: tỉ số biến đổi tương đối

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.4 Mô hình MBA

2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

36

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

 Hành lang tuyến lớn hơn do phải truyền tải cả ba pha

 Nếu k/c nhỏ hơn 700km thìdùng AC

 Phụ thuộc vào độ lệch góc phagiữa hai đầu,(giới hạn truyền tảigiảm khi chiều dài tăng)

 Đ/dây càng dài thì tổn thất côngsuất phản kháng càng lớn, đặcbiệt là đ/d cáp (đ/d cáp

 Bùđường dây: không cần

 Không có dòngđiện điện dung

và hiệu ứng mặt ngoài

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

 Cách điện lớn hơn

 Ví dụ: 500kV, Vmax=500x1.414

 Không Dễ dàng đảo chiều công suất

 Khó khăn khi có nhiều hệ thống không đồng bộ, tần số khác nhau

 Có cả tác dụng và phản kháng

 Tổn thất vầng quang khá lớn với đ/d siêu cao áp

SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

chỉnh/nghịch lưu và điều khiển khó khăn hơn (50% tổng P)

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.6 Một số khái niệm về FACTS

 FACTS dựa trên sự phối hợp giữa thiết bị điện tử công suất và các phương pháp bù ở phía cao áp của htđ để nâng cao khả năng truyền tải và làm cho HTĐ dễ dàng điều khiển được

 FACTS -một thiết bị tích hợp tinh vi - là một khái niệm mới

và được để xuất trong thập kỷ 80 của thế kỷ trước ở EPRI

(Electrical Power Research Institute -US)

 FACTS chủ yếu tập trung vào các thiết bị điện tử công suất với điện áp và dòng điện cao để nhằm mục đích

 Là tăng khả năng truyền tải và điều khiển dòng công suất

ở htđ cao áp trong cả điều kiện xác lập và quá độ

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.6 Một số khái niệm về FACTS

khiển điện tử đã bắt đầu thay đổi cách xây dựng và thiết kế các thiết bị của Nhà máy điện, cũng như

là xây dựng các qui chế để mà qui hoạch và vận

hành các đường dây truyền tải và hệ thống phân

phối

đến sự thực hiện các giao dịch về năng lượng giữa các công ty, vì từ nay chúng ta có khả năng điều khiển nhanh dòng chảy của năng lượng

 Một số FACTS trên thế giới ví dụ: USA, Sweden, Japan, UK,

Brazil, USA/Mexico, Australia, China…

 Loại dựa trên Thyristor

 Loại dựa trên công nghệ GTO (Switched at the fundamental

frequency: 60/50 Hz)

 Loại dựa trên công nghệ IGBT (Switched at higher frequencies)

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.6 Một số khái niệm về FACTS

2.6 Một số khái niệm về FACTS

 Ngay từ những ngày đầu tiên, các công ty đã quan sát, thí nghiệm

và chứng minh rằng, FACTS có những lợi ích sau:

 Điều khiển dòng công suất thứ tự thuận

 Điều khiển dòng công suất 3 pha

 Tối ưu hóa dòng công suất

 Giảm quá độ điện từ

 Nâng cao khả năng ổn đinh

 Chất lượng điện năng

 Đo lường và xác định trạng thái

 Đó là những lý do để chúng ta nâng cấp các đường dây hiện tại với các thiết bị FACTS nhằm nâng cao khả năng truyền tải điện năng

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

Nguyễn Đăng Toản

2.7 MÁY PHÁT ĐiỆN

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

 Cực lồi (MPĐ thủy điện)

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

Nguyên lý làm việc

Rotor của MPĐ được kéo bởi động cơ sơ cấp (tuabin thủy

lực hoặc tuabin hơi, tuabin gas)

Một dòng điện DC chạy trong cuộn dây Rotor sinh ra một

từ trường quay trong MPĐ

Từ trường quay cảm ứng một điện áp 3 pha trong cuộn dây

f e  m



2.7.1 Chế độ xác lập của MPĐ cực ẩn

I jX V

I V

P



 d

q

X

VE

d

2

XV

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

Vcos VE sinIVQ

sin X

VEcosIVP

2 q

e

d

q e

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.7.1 Chế độ xác lập của MPĐ cực ẩn

 Tuabin sẽ điều khiển: Pe

 Bởi công suất cơ sinh ra bởi

tuabin sẽ có ảnh hưởng trực

tiếp đến Pe

 Bộ phận tự động điều chỉnh điện

áp (Automatic Voltage

Regulator)

 Điều khiển điện áp đầu cực V

 Dòng điện kích từ sẽ ảnh

hưởng đến Eq,

 Các giới hạn

 Giới hạn dòng điện rotor: max Ikt-> max Eq

 Giới hạn dòng phần ứng: (stator)

-> max Ia

 Công suất của tuabin – min và max

Pm

 Giới hạn ổn định P phụ thuộc vào Eq

Min P m

56

8/9/2012

2.7.2 Chế độ xác lập máy phát điện cực lồi

 Sơ đồ véc tơ như hình vẽ

 P/t đặc tính công suất :

 Xd,Xq là điện kháng dọc và ngang trục của MPĐ đồng bộ

 Khi biết công suất ở điều kiện ban đầu cho trước ta tính được 

V

Eq

I a

I q

I d

jXqIq





XdId

2 sin X X 2

X X V sin

X

V

E

Pe

q d

q d 2

d











) sin(

Ia X cos

V

E

hay I X cos V E d d d          ) sin sin cos (cos Ia X

) cos( Ia X I X sin V q q q q             sin Ia X V

cos Ia X tg

q

q 1









2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

 Khi xảy ra sự cố thì quá trình

quáđộ điện từ làm cho sức

điện động Eq tăng lên, và làm

chođiện áp đầu cực giảm

 Hiện nay các MPĐ đều trang

bị thiết bị tự động điều chỉnhđiện áp AVR nên E’ lại cànggiảm chậm

 MPĐ không bị bão hòa mạch

 Nếu máy phát nối với thanh góp vô

cùng lớn

 Điện áp quá độ

 Khi một máy phát đột nhiên

bị ngắn mạch thì dòng điện trong quá trình quá độ bị giới hạn bởi giá trị X’

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.7.3 Chế độ quá độ của MPĐ cực ẩn

 Nếu máy phát điện nối với thanh

góp vô cùng lớn qua đường dây

như hình:

 Điện áp quá độ

 Khi một máy phát đột nhiên bị ngắnmạch thì dòng điện trong quá trìnhquáđộ bị giới hạn bởi giá trị X’

dvàđiện kháng đường dây,

( V

 Nếu sơ đồ phức tạp như hình vẽ

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

 Dùng biến đổi sao -> tam giác

 Giá trị y10,y12, y20 được tínhnhư sau thông qua biến đổisao/tam giác

s 12

L s L d ' s d '

d ' 20

L s L d ' s d '

L 10

ZZZjXZjX

Zy

ZZZjXZjX

jXy

ZZZjXZjX

Zy

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

 Đặc tính công suất

 Viết dưới dạng phương trình dòng nút ta có

 Viết dưới dạng mạng hai cửa ta có

 Giải phương trình trên để được giá trị E’, V, I1, I2

 ( nhăc lại Bài toán trào lưu công suất gauss-seidel- newton raphson)

y y V E

yI

VyEyyI

12 20

' 12 2

12

' 12 10 1

E Y Y

Y Y I

22 21

12 11 2

 Sau khi tính được I1 và E’ thì Công suất điện tại nút 1:

 Nếu bỏ qua điện trở , thì 11 =12=900, và Y12=B12=1/X12

Y E

P

I E

Re

P

12 12

' 11 11

12

'

12 ' e

%100.P

PP

max 0 max

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

 Ví dụ: Cho 1 MPĐ đồng bộ có các thông số như sau

 MPĐ mang tải P= 0,5pu với cos=0,8 chậm sau

 Xácđịnh điện áp quá độ và phương trình đặc tính công suất trongtrường hợp cực ẩn

 Gợi ý:

 Vẽ sơ đồ thay thế, Tính S,

 Dòngđiện chạy trong mạch, Tính E’

 Tính P=> tínhđược Pmax=> tính được độ dữ trữ ổn định(Pm=0,7)

64

8/9/2012

2.7.4 Chế độ quá độ của MPĐ cực lồi

 Khi nghiên cứu ảnh hưởng của

rotor cực lồi, trong quá trình

quá độ thì điện kháng quá độ

dọc trục là X’dvà thành phần

điện kháng vuông góc vẫn giữ

là Xq. Sơ đồ véc tơ như sau:

X X V sin X

V E Pe

q d ' q d ' 2 d

' q '

IaXcosVE

IXcosVE

d ' q

'

d d ' q

Ia 

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.7.4 Chế độ quá độ của MPĐ cực lồi

trường hợp cực lồi

X

cos V E ) sin(

cos V X X E X

E

d

d ' d d

Dac tinh cong suat cua MPD cuc an va cuc loi

dac tinh cong suat cua MPD cuc an

2.7.4 Chế độ quá độ của MPĐ cực lồi

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

P m

 Nếu ko có việc điều khiển kích từ, điện áp đầu cực MPĐ sẽ thay đổi khi mà PMPĐ thay đổi tùy theo điều kiện của HTĐ.

 Điều khiển thường là phản hồi âm bởi vì khi điện áp đầu cực tăng lên, thì dòng điện kích từ sẽ giảm xuống và ngược lại

68

8/9/2012

2.8 Hệ thống kích từ

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

BỘ HẠN CHẾ

VÀ BẢO VỆ

BỘ CẢM BIẾN ĐIỆN ÁP

VÀ BỘ BÙ TẢI TẠO ĐẶC TUYẾN

MÁY PHÁT

BỘ KÍCH TỪ

BỘ ĐIỀU CHỈNH AVR

BỘ ỔN ĐỊNH

Tới

hệ thống

BỘ HẠN CHẾ

VÀ BẢO VỆ

BỘ CẢM BIẾN ĐIỆN ÁP

VÀ BỘ BÙ TẢI TẠO ĐẶC TUYẾN

MÁY PHÁT

BỘ KÍCH TỪ

BỘ ĐIỀU CHỈNH AVR

BỘ ỔN ĐỊNH

Tới

hệ thống

 Khối tự động điều chỉnh điện áp (automatic voltage

 Có ba loại kích từ cơ bản sau đây:

 Máy phát một chiều (DC Generator Exciter)

 Máy phát xoay chiều (AC Generator Exciter)

 Hệ thống kích từ tĩnh (Static Exciter)

2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

trượt, và chổi than,

72

8/9/2012

cung cấp dòng điện kích từ cho MPĐ đồng bộ

chổi than, không dùng vòng trượt, và ko đặt trên trục của MPĐ đồng bộ

Chỉnh lưu tĩnh

Chỉnh lưu quay

8/9/2012

Nguyễn Đăng Toản

2.8.3 Loại tĩnh

 Gồm các thiết bị điện tử và hoàn toàn không có phần quay

 Nguồn cấp cho loại này là từ BU, BI, hoặc là từ đầu cực của MPĐ

 Dòng 3 pha được cung cấp đến bộ chỉnh lưu và đầu ra của bộ

chỉnh lưu DC được đưa vào rotor của MPĐ qua hệ thống vòng

trượt không cần chổi than