Giải tích hệ thống điện INE372 học kỳ 1 2021, tuần 2 mô hình hóa các phần tử trong hệ thống điện

Giải Tích Hệ Thống Điện - INE372 Học kỳ 2021, Tuần Mơ Hình Hóa Phần Tử Hệ Thống Điện Nguyễn Đồn Quyết, Ph.D., quyetnd@ntu.edu.vn Bộ mơn Điện Công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử Ngày 29 tháng năm 2021 Nội Dung Chính Mơ hình Phụ Tải Điện Định nghĩa Phụ Tải Điện Tính chất Phụ Tải Điện Tính chất Phụ Tải Điện Các Cơng thức Tính tốn Phụ tải Điện Mơ hình Máy Phát Điện Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Mơ hình Thanh Cái Vơ Hạn Mơ hình Phụ Tải Điện Thiết bị dùng điện Là thiết bị biến đổi điện thành dạng lượng hữu ích khác để sử dụng Có nhóm thiết bị dùng điện • Động cơ: biến điện thành • Thiết bị sinh nhiệt • Thiết bị chiếu sáng • Thiết bị điện hóa • Thiết bị chỉnh lưu Source: Trần Bách (2007), “Giáo trình Lưới điện” Thiết bị dùng điện • Thiết bị dùng điện thiết kế dùng điện hạ áp, số thiết bị chế tạo cấp điện áp trung áp • Thiết bị dùng điện u cầu cơng suất tác dụng P, số thiết bị yêu cầu công suất phản kháng Q Source: Trần Bách (2007), “Giáo trình Lưới điện” Thiết bị dùng điện - Các thông số làm việc Các thông số làm việc thiết bị dùng điện • Điện áp định mức • Cơng suất tác dụng định mức dịng điện • Hệ số cosϕ • Cơng suất tác dụng phản kháng thiết bị dùng điện phụ thuộc điện áp lưới điện cực chúng tần số lưới điện Source: Trần Bách (2007), “Giáo trình Lưới điện” Thiết bị dùng điện - Đặc điểm Một số đặc điểm làm việc thiết bị dùng điện • Khi khởi động, thiết bị dùng điện u cầu dịng điện lớn • Dịng điện làm việc nhỏ dịng điện định mức tùy theo u cầu • Thiết bị điện đóng cắt khỏi lưới điện tùy u cầu • Các thông số thiết bị dùng điện dùng để thiết kế đường dây cấp điện cho chúng Source: Trần Bách (2007), “Giáo trình Lưới điện” Định nghĩa phụ tải điện Định nghĩa phụ tải điện • Là yêu cầu công suất tác dụng P công suất phản kháng Q lưới điện • Tại điện áp tần số danh định • Tại điểm lưới điện (điểm đấu phụ tải) • Tại thời điểm khoảng thời gian Source: Trần Bách (2007), “Giáo trình Lưới điện” Định nghĩa phụ tải điện Source: T.A Short (2018), “Electric Power Distribution Equipment and Systems”, CRC Press Định nghĩa phụ tải điện Một số đặc điểm phụ tải điện • Phụ tải điện cịn dùng để hộ dùng điện nói chung • Phụ tải bao gồm công suất thiết bị dùng điện tổn thất công suất lưới điện từ điểm nối thiết bị dùng điện đến điểm đấu phụ tải • Đơn vị phụ tải điện kW MW • Cơng suất biểu kiến phụ tải S = P + jQ có đơn vị kVA hay MVA Source: Trần Bách (2007), “Giáo trình Lưới điện” Các Cơng thức Tính tốn Phụ tải Điện Ba Pha Khi biết dịng điện điện áp, tính cơng suất pha phụ tải Pf = Uf Icosϕ (2) 3UIcosϕ = Scosϕ √ Q = Ptg ϕ = 3Uf Isinϕ = 3UIsinϕ = Ssinϕ (3) S˙ = S∠ϕ = P + jQ (5) P = 3Pf = 3Uf Icosϕ = √ (4) Quan hệ véc-tơ S∗ I˙ = It − jIp = √ 3U √ ˙ ˙ ∗ S = 3UI (6) (7) Lưu ý: * số phức liên hợp (phần ảo đổi dấu) dịng điện cảm tính nên có phần ảo có dấu âm 18 Source: Trần Bách (2007), “Giáo trình Lưới điện” Các Cơng thức Tính tốn Phụ tải Điện Pha - Trung Tính Pha-Pha Phụ tải điện Pha-Trung Tính I = P Uf cosϕ (8) I = P Udd cosϕ (9) Phụ tải điện Pha-Pha 19 Source: Trần Bách (2007), “Giáo trình Lưới điện” Mơ hình phụ tải điện tính tốn chế độ xác lập (CĐXL) • Mơ hình tốn học phụ tải quan trọng • Mơ hình tốn học phụ tải định hệ thống điện tương đối dễ • Khơng cần thiết khơng thể mơ hình hàng trăm hàng nghìn phụ tải cách chi tiết 20 Mơ hình phụ tải điện tính tốn chế độ xác lập (CĐXL) • Phụ tải công suất tác dụng công suất phản kháng yêu cầu từ lưới điện vị trí định thời điểm • Như vậy, phụ tải không bao gồm thiết bị sử dụng điện mà gồm MBA, mạng điện phân phối, thiết bị bù công suất phản kháng, máy phát điện nhỏ, 21 Mơ hình phụ tải điện tính tốn chế độ xác lập (CĐXL) • Khơng thể mơ hình xác phụ tải • Cơng suất tác dụng công suất phản kháng phụ tải thay đổi theo tần số điện áp 22 Mơ hình phụ tải điện tính tốn chế độ xác lập (CĐXL) Trong tốn phân tích chế độ xác lập, phụ tải mơ hình cơng suất PQ khơng đổi • Mơ hình tính toán CĐXL mạng điện cao áp máy biến áp có điều áp tải 23 Mơ hình Máy Phát Điện Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và24 Phân Phối” Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn • Sức điện động hiệu dụng pha Ef = kF φf • k - hệ số phụ thuộc số vòng dây hệ số dây quấn dây quấn stato • φf - từ thơng kích thích rotor (phần cảm) • Điện áp pha A, B, C biên độ lệch 120◦ trễ thời gian để từ thơng kích thích đến pha A,B, C Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và25 Phân Phối” Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn Khi máy phát điện làm việc có tải, có loại từ thơng sau • Từ thơng kích thích phần cảm φf • Từ thông đập mạch phần ứng φu • Từ thơng phản ứng phần ứng φur • Từ thơng tản phần ứng khơng móc vịng qua cuộn kích thích rotor φt Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và26 Phân Phối” Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn Tóm lại quan hệ điện áp – sức từ động trình bày H.4.2: Hình 4.2: a) Đồ thị vectơ máy phát điện đồng rôto cực ẩn b) Mạch tương đương máy phát rôto cực ẩn Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và27 Phân Phối” Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn Tóm lại quan hệ điện áp – sức từ động trình bày H.4.2: Hình 4.2: a) Đồ thị vectơ máy phát điện đồng rôto cực ẩn b) Mạch tương đương máy phát rôto cực ẩn • F , A, R - véc tơ sức từ động từ trường kích thích (rotor), phản ứng phần ứng qua khe hở khơng khí (sang stator) • , xa - điện trở điện kháng tản phần ứng • Ia dịng điện làm việc mạch ngồi máy phát có tải • XS - điện kháng đồng máy phát Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và28 Phân Phối” Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Lồi • Dòng điện phần ứng biểu diễn thành hai thành phần: ngang trục Iq pha với sức điện động E0 dọc trục Id vng góc với sức điện động E0 • Thành phần dịng điện ngang trục Iq sinh từ thông phản ứng phần ứng vuông trục với từ thơng kích thích tương ứng với điện kháng ngang trục (vng trục) Xq • Thành phần dịng điện dọc trục Id sinh từ thơng phản ứng phần ứng dọc trục với từ thơng kích thích tương ứng với điện kháng dọc trục Xd Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và29 Phân Phối” Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Lồi Hình 4.3: (a) Đồ thị vectơ máy phát điện rôto cực lồi; (b) Trường hợp đặc biệt hệ số công suất không; (c) Cách xây dựng đồ thị vectơ ứng với hình (a) Source: Hồ Văn Hiến (2005), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và30 Phân Phối” Mơ hình Thanh Cái Vơ Hạn • Thường gặp trường hợp máy phát điện đồng pha ghép song song qua điện kháng tương đương Xht mạng điện đến hệ thống có cơng suất lớn vơ hạn • Hệ thống có cơng suất vơ hạn có khả thu phát cơng suất vơ hạn (có điện áp tần số khơng thay đổi) Source: Hồ Văn Hiến (2012), “Hệ Thống Điện - Truyền Tải và31 Phân Phối” ... áp tải 23 Mơ hình Máy Phát Điện Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn Source: Hồ Văn Hiến (20 05), ? ?Hệ Thống Điện - Truyền Tải v? ?24 Phân Phối” Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn • Sức điện động... Hiến (20 05), ? ?Hệ Thống Điện - Truyền Tải v? ?27 Phân Phối” Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Cực Ẩn Tóm lại quan hệ điện áp – sức từ động trình bày H.4 .2: Hình 4 .2: a) Đồ thị vectơ máy phát điện đồng... Chính Mơ hình Phụ Tải Điện Định nghĩa Phụ Tải Điện Tính chất Phụ Tải Điện Tính chất Phụ Tải Điện Các Cơng thức Tính tốn Phụ tải Điện Mơ hình Máy Phát Điện Mơ hình Máy Phát Điện Đồng Bộ Mơ hình Thanh