ĐIỀU KHIỂN HTĐChương 1: Những vấn đề chung về điều khiển HTĐ 4 tiếtChương 2: Điều khiển chỉnh điện áp & công suất phản kháng 7 tiếtChương 3: Điều khiển chỉnh tần số & công suất tác dụn
ĐIỀU KHIỂN & ỔN ĐỊNH HTĐ Phần I ĐIỀU KHIỂN HTĐ Chương 1: Những vấn đề chung điều khiển HTĐ ( tiết) Chương 2: Điều khiển chỉnh điện áp & công suất phản kháng ( tiết) Chương 3: Điều khiển chỉnh tần số & công suất tác dụng ( tiết) Chương 4: Hòa đồng (5 tiết) Chương 5: Một số điều khiển khác (5 tiết) TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1)VS.GS Trần Đình Long, “Tự động hóa HTĐ”, ĐHBK Hà Nội 2) PGS.TS Phạm Văn Hịa, “Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA HTĐ”, NXB Bách khoa-Hà nội 2011 Chương 1: Những vấn đề chung Điều khiển HTĐ 1.1 Bài toán điều khiển HTĐ HTĐ đặc thù hệ thống lớn, cấu trúc phức tạp với nhiều phần tử, trình sản xuất, truyền tải, phân phối sử dụng điện xảy thời thực, thời điểm trạng thái xác định với tập hợp tương ứng trạng thái phần từ Các phần tử HT liên kết chặt chẽ với cấu trúc, quan hệ lượng quan hệ thông tin, điều khiển, thay đổi chế độ làm việc phần tử ảnh hưởng đến phần tử khác Điều khiển HTĐ bao gồm nhiệm vụ: Bảo vệ thiết bị cao áp quan trọng; Điều khiển liên động khí cụ điện đóng cắt; Định vị cố ghi chép thông số độ; Hiển thị thông số, trạng thái vận hành cảnh báo; Kiểm tra đồng hòa đồng bộ; Đóng lại tự động khơi phục chế độ làm việc bình thường; Cắt tải điều khiển phụ tải; Điều khiển chỉnh điện áp công suất phản kháng; Điều khiển chỉnh tần số công suất tác dụng; … 10 Thu thập xử lý liệu, đưa tác động điều khiển Các nhiệm vụ 1÷3 thực hệ thống thiết bị bảo vệ Các nhiệm vụ 4÷10 thực tập hợp nhiều thiết bị khác hệ thống điều khiển cho đối tượng cụ thể HTĐ 1.2 Mạng lưới điều độ HTĐ Việc điều khiển cần phân chia thành nhiều hệ thống theo lãnh thổ, theo cấp điện áp, hay theo nhiệm vụ điều khiển (P, Q, U, f,…) Việc điều khiển chế độ (làm việc bình thường, xử lý tình cố sau cố) thực mạng lưới điều độ hệ thống điện Các đơn vị điều độ phân cấp (Quốc gia, khu vực, địa phương), cấp điều khiển xử lý liệu, xếp thông tin cần thiết cho cấp chuyển đến địa cần thiết để thực lệnh điều độ Cụ thể chức cho cấp điều độ sau: Cấp Trung ương hay Điều độ quốc gia với chức huy, giám sát, quản lý trình sản xuất, truyền tải phân phối điện toàn HTĐ quốc gia, có: - Lập phương thức vận hành cho toàn HTĐ quốc gia; - Tính tốn chế độ vận hành ứng với phương thức vận hành bản; - Chi huy việc điều chỉnh tần số HTĐ điều chỉnh điện áp số nút HTĐ; … - Chỉ huy thao tác xử lý cố đối tượng quan trọng HTĐ; - Tính tốn dề yêu cầu chỉnh định thiết bị bảo vệ tự động hoa toàn hệ thống Cấp điều đồ khu vực (hoặc miền): chấp hành huy cấp điều độ quốc gia thực chi huy giám sát quản lý lưới điện khu vực, có: - Lập sơ đồ kết dây HTĐ khu vực; - Lập phương thức vận hành HTĐ khu vực sở phương thức huy động nguồn điều độ quốc gia; - Huy động nguồn điện thuộc quyền điều khiển cấp điều độ khu vưc; - Điều chỉnh nguồn công suất phản kháng, nấc phân áp MBA để giữ điện áp nút qui định khu vực giới hạn cho phép; - Tính toán đề yêu cầu chỉnh định thiết bị baỏ vệ tự động HTĐ khu vực; - Trực tiếp huy thao tác xử lý cố HTĐ khu vực; - Báo cáo cung cấp thông tin liệu thông tin cho điều độ quốc gia Cấp điều độ cơng trình (NMĐ, TBA) lưới điện địa phương: chấp hành huy cấp điều độ khu vực và/hoặc cấp điều độ trung ương, theo dõi, giám sát, quản lý đối tượng cụ thể cơng trình lưới điện địa phương, có: - Lập phương thức vận hành hành ngày; - Điều chỉnh nguồn công suất phản kháng, nấc phân áp MBA trạm; - Tính tốn chỉnh định thơng số thiết bị baỏ vệ tự động thuộc phạm vi NMĐ&TBA; - Báo cáo cung cấp thông tin liệu thông tin cho điều độ khu vực &quốc gia Mạng lưới điều độ HTĐ VN: - Điều độ quốc gia (A0) - Điều độ miền: Bắc (A1), Trung (A3), Nam (A2) - Điều độ lưới phân phối: cho tỉnh số TP lớn: HN, TP HCM, … Điều độ quốc gia có quyền điều khiển trực tiếp số nhà máy lớn, hệ thống tải điện 500kV Điều độ miền có quyền điều khiển trực tiếp số nhà máy phân theo quy định riêng, lưới truyền tải 110-220 kV 1.3.Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Phục vụ cho công tác điều độ, điều khiển HTĐ hệ thống SCADA Tương ứng 03 cấp diều độ 03 cấp SCADA: Cấp thứ nhất: phần tử có chức giám sát thơng số vận hành lưới, điều khiển lệnh cho phần tử đóng cắt, ghi chụp phân tích cố xảy lưới Đó rơ le bảo vệ kỹ thuật số DR (Digital Relay), ghi cố FR … (Fault Recorder), đồng hồ kỹ thuật đa chức DMM (Digital Multi-function Metter), biến đổi công suất, dòng điện, điện áp (Transducer),…Tất chúngđược gọi bị điện tử thông minh IED (Intelligent Electronic Devices) Khi xảy cố rơ le tác động theo thông số chỉnh định cài đăt, không cần liên lạc với hệ thống cấp Các phần tử cấp cịn có chức thu thập số liệu, thông số vận hành chế độ vận hành để gửi lên máy tính điều khiển mức tram SS (Substation Server) thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) Tuy nguyên lý làm việc chức khac nhau, IED có chuẩn giao tiếp (Protocol), cho phép chúng “nói chuyện” với trao đổi với SS, RTU Về nguyên tắc, hỏng hóc hay bảo trì IED khơng ảnh hưởng đến IED khác hệ thống Cấp thứ hai: điều khiển trạm SS thiết bị đầu cuối RTU Chức thu thâp số liệu từ IED quản lý, lưu lại, phục vụ đọc qua giao diện người máy HMI (Human Machine Interface) truyền lên cấp cấp quản lý cao theo chuẩn truyền thông tin Cấp thứ ba: Trung tâm điều khiển toàn hệ thống, nơi thu thập số liệu từ SS,RTU , thực chức năng: tính toán đánh giá trạng thái hệ thống, dự báo nhu cầu phụ tải thực điều khiển quan trọng phân phối lại công suất nhà máy, lên kế hoạch vận hành toàn hệ thống … Do quy mô rộng hệ thống truyền tải điện năng, trạm điều khiển trung tâm chia thành cấp điều khiển trung tâm CC (Central control) trạm điều khiển vùng ACC (Area Control Center) 1.4 Sự phối hợp hệ thống điều khiển Tùy theo yêu cầu điều khiển đối tượng điều khiển, người ta sử dụng hợp (hệ thống) thiết bị điều khiển sau đây: - Hệ thống điều khiển nhà máy điện (Plant Control System – PCS) - Hệ thống điều khiển trạm biến áp (Substation Control System – SCS) - Hệ thống điều khiển phụ tải (Load Management System – LMS) - Hệ thống thu thập, xử lý hiển thị liệu (Supervisory Control And Data Acquisition System – SCADA) - Hệ thống điều khiển trình lượng (Energy Management System – EMS) - Hệ thống điều khiển phân phối (Distribution Management System – DMS) - Hệ thống quản lý sản xuất kinh doanh (Business Management System – BMS) Các trường hợp điều khiển sử dụng riêng lẻ kết hợp với hệ thống điều khiển thông (h1.1) Việc kết hợp làm tăng độ tin cậy, độ sẵn sàng khả dụng cuẩ hệ thống điều khiển, đồng thời làm giảm kích thước diện tích chiếm chỗ thiết bị điều khiển … Hình 1.1.Điều khiển HTĐ Q trình điều khiển địi hỏi phương tiện kỹ thuật đại (các thiết bị đo, kênh thông tin liên lạc, ), phương pháp điều khiển đại, phần mềm chuyên dụng cho nhiệm vụ điều khiển … Việc tập trung chức bảo vệ điều khiển vào hệ thống điều khiển thống cho đối tượng (một xuất tuyến, trạm biến áp, nhà máy điện, khu vực toàn hệ thống) xu phát triển đại tất nhà chế tạo thiết bị bảo vệ điều khiển quan tâm (h1.2) Hình 1.2 Hệ thống điều khiển phối hợp … 1.5 Các nội dung sơ đồ tổng quát điều khiển a) Phạm vi đề cập môn học Trong phạm vi môn học đề cập đến số điều khiển bản: - Điều khiển điện áp công suất phản kháng; - Điều khiển tần số cơng suất tác dụng; - Hịa đồng bộ; - Phân tích ổn định HTĐ … N(≠3) (h3.12tr111) δc ∫δ ( P 0F* − PII m ax sin δ )d δ = ⇒ cos δ c N(3) (PII=const) δ max ∫δ ( P III m ax sin δ − P0 F * )d δ c P0 F * (δ max − δ ) + PIII m ax cos δ max − PII m ax cos δ = x PIII m ax − PII m ax δ max = 1800 − arcsin P0 F * ;δc = arccos ( x ) PIII m ax Góc cơng thức tính radian… … Trường hợp N(3) , PII = const (= khơng xét R) phương trình giải trực tiếp cho kết quả: δc ∫δ ( P0 F * − P= II * ) d δ δ max ∫δ ( P c ( P0 F * − pII * ) (δ= c − δ0 ) III max sin δ − P0 F * ) dδ PIII max ( cos δ c − cos δ max ) − ( P0 F * − PII * ) (δ max − δ c ) P0 F * − PII * cos δ c =x → δ c arccos( x) = (δ max − δ ) + cos δ max= PIII max P0 F * − PII * δ − δ0 = = t →t 2TJ 2TJ (δ − δ ) = ⇒ tc 18000( P0 F * − PII * ) 2TJ (δ c − δ ) 18000( P0 F * − PII * ) 4)Tính δ ( t ) phương pháp phân đoạn liên tiếp δ d Giải phg trình chuyển động= TJ α TJ = 18000∆P dt ∆P = P0 − PII m ax sin δ (giai đoạn tc) Phg trình phi tuyến, giải gần phương pháp phân đoạn liên tiếp Trong phân đoạn ∆t coi ∆P = hs , phg trình tuyến tính, giải dễ dàng Phân đoạn 1: 18000∆P0 t0 ÷ t1 = ∆t → ∆P0 = P0 − PII m ax sin δ → α = TJ … ∆t → ∆δ1 = ∆ω0 ∆t + α ; vi ∆ω0 = 0; ∆P0 ∆t 18000∆t ∆P0 18000∆t δ1 α = ∆= = = K ;K ; TJ TJ 2 → δ1= δ + ∆δ1 Phân đoạn 2: t1 ÷ t2 =2∆t , ∆P1 =hs → ∆P1 = P0 − PII m ax sin δ1 → α1 =18000∆P1 TJ Phân đoạn k: ∆t ; ∆ω1 = ∆ω0 + α∆t ; α = (α + α1 ) → ∆δ = ∆ω1 + α1 2 α 1 ∆δ = (α + α1 ) ∆t + ∆t = α ∆t + δ1∆t =∆δ1 + K ∆P1 2 → δ 2= δ1 + ∆δ tn = k ∆t → ∆Pk −1 = P0 − PII m ax sin δ k −1 → → ∆δ k = ∆δ k −1 + K ∆Pk −1∀k > → δ= δ k −1 + ∆δ k k … * Phối hợp phg pháp điện tích tính δ Cgh phg pháp phân đoạn liên tiếp δ ( t ) dung đặc tính PII, tính δ ( t ) > δ cghthì dừng Trên đồ thị đặt δ Cgh tìm tcgh δ δC δ0 * Chỉ dung phg pháp phân đoạn liên tiếp (tham khảo) tC t tiên cho tc bất kỳ, tính δ ( t ) , δ ( t )dừng lần đầu giảm tc dừng tc cần tìm, ngược lại δ ( t ) dừng lần đầu tăng tc tính lại δ ( t ) bắt đầu khơng dừng, ta có tc cần tìm (mị dần đúng) Cách tính δ c & tc Trong phân đoạn thứ [k] ta cắt ngắn mạch ( δ ( t ) đạt δ c ) cơng suất thừa tác động phân đoạn [k] ∆Pk đột biến từ ∆Pk′−1 =P0 − PII m ax sin δ k −1 dến ∆Pk′′−1 = P0 − PIII m ax sin δ k −1 ⇒ ∆Pk −1 = ( ∆Pk′−1 + ∆Pk′′−1 ) / Sau phân đọan k tính ∆P = P0 − PIII m ax sin δ … Ví dụ 3: Cho sơ đồ điện ví dụ MF: PFđm = 240MW; UFđm = 10,5 kV; cos ϕ = 0,8 ; x’d =0,3; x2=0,24; TJ=2,01 s B1: SB1đm = 300MVA; k1= 242/10,5 kV; UN=14%, i0=3%; đấu Tam giác/Sao nđ B2: SB2đm = 230MVA; k2= 220/121 kV; UN=14%, i0=3%; đấu Sao nđ/Tam giác ĐD: lộ kép dài L=230km, AC300 , x0ttk=4,5xth (r = 0, 42Ω / km; x0 = 0,105Ω / km; b0 = 2, 7.10−61/ Ωkm ) cos ϕ = 0,98 Tại TGHT U0=115kV; P0=220MW; Để đơn giản tính tốn phần tử xét điện kháng!!! … 1.Đặc tính cơng suất a)Trước ngắn mạch Gần tính điện kháng Chọn Scb= 220MVA, Ucb = 209 kV E*′ jX F jX B1 jX dd jX dd jX B U * = hs xF U Fdm 10,52 242 220 S cb ′ 0, 295 x= k1 0,3 = d 240 / 0,8 10,5 209 S Fdm U cb U N% U B21dm Scb 14 2422 220 0,138 = = xB1 = 2 100 S B1dm U cb 100 300 209 U N% U B2 dm Scb 14 2202 220 0,122 = = xB = 2 100 S B dm U cb 100 230 209 Scb 220 0, 42.230 = 0, 486 = xdd x= L 2 209 U cb jX Σ= j ( 0, 295 + 0,138 + 0, 486 / + 0,122= ) j 0, 798 I Tính tốn CĐXL: 115 220 220 1;= 203 0, 203;= p0* 220 / = Q0* p0*= tgϕ 1.0,= U 0* = = 1, 00 209 121 Q X P X 0* Σ 0* Σ E*′ =+ (1 + 0, 203.0, 798) + j (1.0, 798) U 0* + j = U U 0* 0* = 1,162 + j 0, 798 = 1, 41∠34, 48 E*′U * 1, 41.1 = pI P= sin δ = sin δ = sin δ 1, 767 sin δ ; Im ax XΣ 0, 798 Do khơng xét R, nên PF0*=P0*=1 = Hay tính theo đặc tính cơng suất: pF 0* 1, 767 sin 34, 48 ≈ 1; b)Trong ngắn mạch … E*′ jX F jX B1 jX dd jX B jX dd jX ∆ = 0voiN (3) - Sơ đồ nghich jX 2F jX B1 jX dd / jX B U * = hs … x2 F X 2Σ - Fdm 2 U 10,5 242 220 S cb = 0, 24 0, 236 x= k 2 240 / 0,8 10,5 209 S Fdm U cb 0, 236 + 0,138 )( 0, 243 + 0,122 ) (= ( 0, 236 + 0,138) + ( 0, 243 + 0,122 ) Sơ đồ không jX B1 jX dd / 0, 2105 jX B jX 0= k= X dd 4,5.0,= 243 1, 0935 dd / X 0Σ 0,138 (1, 0935 + 0,122 ) = 0,1239 0,138 + 1, 0935 + 0,122 N(1,1):X ∆ * Xét ngắn mạch hai pha chạm đất= Biến đổi sơ đồ hình chữ T: X 2Σ X 0Σ 0, 2105.0,1239 = = 0, 078 X Σ + X Σ 0, 2105 + 0,1239 jX T = j ( xF + xB1 ) = j ( 0, 295 + 0,138 ) = j 0, 433 jX T jX P = j ( xB + xdd / ) = j ( 0,122 + 0, 243) = j 0,365 Vậy: X 12 = X T + X P + X T X P 0, 433.0,365 = 0, 433 + 0,365 + = 2,8242 0, 078 X∆ jX P jX ∆ N( ) ) E*′U * 1, 41.1 ( sin sin sin δ 0, 499sin δ = = = δ δ PII P= II m ax 1,1 … 2,824 X 12 * Xét ngắn mạch ba pha chạm đất c)Sau ngắn mạch E*′ jX F jX B1 N(3): jX dd N( ) ) ( ⇒ PII X∆ = = jX B U * = hs jX ΣIII= j ( 0, 295 + 0,138 + 0, 486 + 0,122= ) 1, 041 = PIII PIII= m ax sin δ E*′U * 1, 41.1 = = sin δ sin δ 1,3545sin δ 1, 041 X ΣIII 2.Tính δ cgh phương pháp diện tích 34,53.3,14 = 0, 602 180 P 132, 4.3,14 = 1800 − arcsin 0* = 1800 − arcsin == 132, 40 = 2,31rad PIII m ax 1,3545 180 δ = 34,530 ⇒ δ rad = δ max … a)Ngắn mạch hai pha chạm đất P (δ − δ ) + PIII m ax cos δ max − PII m ax cos δ cos δ c = max PIII m ax − PII m ax 1( 2,31 − 0, 602 ) + 1,3545.cos132, 40 − 0, 499 cos 34,530 = 0, 449 1,3545 − 0, 499 = ⇒ δ cgh arc cos = ( 0, 449 ) 63,320 b)Ngắn mạch ba pha = cos δ c P0 − PII 1− − + = = cos 0,587 δ δ δ ( max ) ( 2,31 − 0, 602 ) + cos132, max 1,3545 PIII m ax = ⇒ δ c arccos = ( 0,587 ) 54, 0560 3.Tính tC phương pháp phân đoạn liên tiếp 300 18000.0, 052 = ∆t 0, 05 = s;TJ * 2, 01 = 2, 741 = s; K = 16, 42 220 2, 741 a)Ngắn mạch hai pha chạm đất -Phân đoạn 1: … t1= t0 + ∆t= 0, 05s ∆ P0 =P0* − PII m ax sin δ =1 − 0, 499sin ( 34,530 ) =0, 717 ∆δ1 = K ∆P0 / = 16, 42.0, 717 / = 5,890 ; δ1= δ + ∆δ1= 34,530 + 5,890= 40, 420 -Phân đoạn 2:= t2 2.0, 05 0,1s = ∆ P1 =P0* − PII m ax sin δ1 =1 − 0, 499sin ( 40, 420 ) =0, 676 5,890 + 16, 42.0, 676 = 16,990 ∆δ =∆δ1 + K ∆P1 = δ 2= δ1 + ∆δ 2= 40, 420 + 16,990= 57, 410 -Phân đoạn 3: 05 0,15s t3 3.0, = = ∆ P2 =P0* − PII m ax sin δ =1 − 0, 499sin ( 57, 410 ) =0,580 16,990 + 16, 42.0,580 = 25,5140 ∆δ = ∆δ + K ∆P2 = δ 3= δ + ∆δ 3= 57, 410 + 25,5140= 82,9240 δ0 … 80 70 63,32 60 50 34,5340 20 10 0, 05 0,10 0,115 Phân đoạn t; s 0,05 0,10 0,15 δ0 34,53 40,42 57,41 82,924 a)Ngắn mạch ba pha t 0,15 -Phân đoạn 1: … t1= t0 + ∆t= 0, 05s; ∆ P0= P0* − PII = ∆δ1 = K ∆P0 / = 16, 42.1/ = 8, 210 ; δ1= δ + ∆δ1= 34,530 + 8, 210= 42, 740 -Phân đoạn 2: t = 2.0, 05 = 0,1s; ∆ P = P − P = 0* II ∆δ =∆δ1 + K ∆P1 = 8, 210 + 16, 42.1 =24, 630 δ 2= δ1 + ∆δ 2= 42, 740 + 24, 630= 67,370 Phân đoạn t; s 0,05 0,10 0,15 δ0 34,53 42,74 67,37 tC = 0,075 sec … 3.2.Khái niệm ổn định động HTĐ phức tạp Đường đặc tính cơng suất NMĐ i (xem môn lưới): n E ′E ′ Ei′2 i j sin (δ ij − α ij ); δ ij = δi − δ j Pi =sin α ii + ∑ Z ii i =1 Z ij i≠ j Ổn định HTĐ phụ thuộc vào tất góc tương đối δ ij ; i = ÷ n, j = 1÷ n Phải tính biến thiên cho tất δ ij ( t ) ; i = ÷ n, j = 1÷ n Trước tiên lấy tc tính δ ij ( t ) phương pháp phân đoạn liên tiếp Nếu dù δ ij ( t ) khơng dừng giảm dần tc tất δ ij ( t ) dừng tc cần tìm, ngược lại tất δ ij ( t ) dừng lần đầu tăng tc tính lại tất δ ij ( t ) bắt đầu khơng dừng, ta có tc cần tìm (mị dần đúng) 3.3 Một số biện pháp nâng cao tính ổn định Nâng cao khả truyền tải Ứng dụng hệ thống van điều Ứng dụng thiết bị bảo vệ tốc độ nhanh khiển tốc độ cao (tại tuabin) Ứng dụng hệ thống đóng lặp lại tốc độ cao Ứng dụng hệ thống đóng cắt pha Dùng MF có TJ lớn, điện kháng x’d nhỏ Ứng dụng HT kích từ đáp ứng nhanh Chương 4.Ổn định điện áp …