bài giản ổn định hệ thống điện mô hình thiết bị

MỤC LỤC CHƯƠNG MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ TRONG NGHIÊN CỨU ÔN ĐỊNH HTĐ  Hệ đơn vị tương đối  Đường dây tải điện  Phụ tải  Máy biến áp  Máy phát điện đồng  Các thiết bị khác HVDC, FACTS 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Hệ đơn vị tương đối Một HTĐ bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cần có biến đổi đại lượng cấp điện áp => dùng hệ đơn vị tương đối  Định nghĩa   Thông thường Scb ba pha, Vcb điện áp dây  Đối với HTĐ, gồm có đại lượng Scb, Vcb, Zcb ,Icb Đ/L(pu) =(đ/l thực tế)/(đ/l bản) Ví dụ Sđvtđ (Spu ) = I đvtđ ( I pu ) = 10/29/15  S( MVA ) V ; Vđvtđ ( Vpu ) = ; Scb ( MVA ) Vcb I I cb ; Z đvtđ ( Z pu ) = Z Z cb Nguyễn Đăng Toản Scb Vcb I cb = ; Zcb = 3Vcb 3I cb Zcb 2 ( ( Vcb ) kV ) (cb) = = Scb MVA(cb) 2 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Hệ đơn vị tương đối  Trong hệ đơn vị tương đối, giá trị pha pha giống nhau, dùng công thức:  Thay vào ta có: Z = VP = VL − L P S*cb (3Φ ) S*cb (3Φ )  I*cb ; V  = Z I S cb = V cb cb cb cb   Nếu công suất tải ba pha tính theo công thức Tổng trở tải:  I* P −cb S cb (3Φ ) = 3V P − cb  10/29/15 2 VL − L Scb ZP Z pu = = * Zcb S cb ( 3Φ ) Vcb  V Dòng điện tải pha: I P = P Z P Nguyễn Đăng Toản Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Hệ đơn vị tương đối  Thay đổi đại lượng   10/29/15 Thông số MPĐ, MBA cho nhà phân phối, thường cho hệ đvtđ định mức MPĐ MBA Khi tính toán HTĐ thường chọn đại lượng chung, ví dụ Scb=100MVA, Do cần phải chọn điện áp Thông thường chọn Vcb cho cấp điện áp danh định cấp Zcu pu = Z moi pu = Z Nguyễn Đăng Toản moi pu ZΩ Z cu cb _ Ω = ZΩ ZΩ Z =Z moi cu cb _ Ω (V ) = ZΩ cu cb Smoi cb (V moi cb S cb  V cb   moi  cu S cb  V cb  moi pu Scu cb cu ) 2 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Hệ đơn vị tương đối  Lợi ích hệ đvtđ:      10/29/15 Hệ đvtđ cung cấp giá trị tương đối đại lượng S, I, V, Z Các giá trị hệ đvtđ có giá trị nhỏ Các giá trị đvtđ MBA, MPĐ đơn giản không cần quan tâm đến phía cao áp, hạ áp, … Rất thuận lợi tính toán HTĐ phức tạp Vẫn áp dụng công thức tính toán thông thường Nguyễn Đăng Toản Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Ví dụ đại lượng MPĐ 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Ví dụ  Thông thường chọn đ/a chọn riêng cho cấp điện áp tb cấp Vcb=Vtb  Điện kháng MPĐ  Kháng điện XK % =  MBA   10/29/15 X dΩ " V đmG G Xd " = G , Z đm = G G Z cb ( Z đm ) S đm VK đm X KΩ x100, X K đm = X K đm 3.I K đm Điện áp NM MBA MBA hai cuộn dây VN % = VN _ kV Vđm x100 VN _ % V đm Scb X B1 = 100 Sđm B V cb Nguyễn Đăng Toản Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Ví dụ  Ví dụ 1: cho HTĐ hình vẽ, Tính đại lượng hệ đvtđ Trong đó: Scb=100MVA          10/29/15 Vcb=22kV phía MPĐ B1 MPĐ Lưới 220kV MPĐ: 90MVA, 22kV, X=18% ~ B1: 50MVA, 22/220kV, X=10% B3 Lưới 110kV B2: 40MVA, 220/11kV,X=6% B3: 40MVA, 22/110kV, X=6,4% B4: 40MVA, 110/11kV, X=8% M: 66,5MVA, 10,45kV, X=18,5% Tải: 57MVA, cosϕ=0,6 chậm sau, V=10,45kV Z1=48,4 Ω (đ/d 220kV) Z2=65,43Ω Nguyễn Đăng Toản B2 M B4 Tải Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Ví dụ       Tính điện áp cấp: MPĐ: Vcb=22kV B1:  V =V =22.(220/22)=220kV B2:  V =220.(11/220)=11kV Tính đại lượng hệ đvtđ      B3:  V =V =22(110/22)=110kV   MPĐ: X=0,18.(100/90)=0,2pu B1: X=0,1.(100/50)=0,2pu B2: X=0,06.(100/40)=0,15pu B3: X=0,064.(100/40)=0,16pu B4: X=0,08.(100/40)=0,2 pu M: X=0,185.(100/66,5) (10,45/11)2 = 0,25 pu đ/d1: Zcb1= 2202/100=484Ω   đ/d2: Zcb2=1102/100=121 Ω  10/29/15 X=(48,4/484)=0,1pu X=65,43/121=0,54pu Nguyễn Đăng Toản Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.1 Ví dụ  Đối với tải, hệ số công suất 0,6 chậm sau   Do tổng trở tải cũ dạng đơn vị có tên là:   Z4=(11)2/100=1,21 Ω Tổng trở tải hệ đvtđ:  10/29/15 Zcũ tải (Ω)=(Vdây)2/S*tải3pha =(10,45)2/(57∠-53,130 ) =1,1495+J1,53267 Ω Tổng trở dạng đơn vị có tên nút là:   Stải3pha=57∠53,130 MVA Ztải=(1,1495+J1,53267)/1,21=0,95+j1,2667 pu Nguyễn Đăng Toản 10 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.7.3 Chế độ độ MPĐ cực ẩn  Các giả thiết     10/29/15  Trước xảy qtqđ MPĐ làm việc chế độ xác lập MPĐ làm việc với đường đặc tính vùng giới hạn Khi xảy cố trình độ điện từ làm cho sức điện động Eq tăng lên, làm cho điện áp đầu cực giảm xuống Do thông thường thay sức điện động độ E’ điện kháng độ xd’ không đổi    Nguyễn Đăng Toản E’ x’d số thời điểm ban đầu, sau tắt dần, có số thời gian lớn so với thời gian tác động MC,RL nên coi không đổi nghiên cứu độ Hiện MPĐ trang bị thiết bị tự động điều chỉnh điện áp AVR nên E’ lại giảm chậm MPĐ không bị bão hòa mạch từ, Pm không đối… Mô hình chi tiết bao gồm X”d, X’d, Xd., X”q, X’q, Xq 52 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.7.3 Chế độ độ MPĐ cực ẩn  Mô hình đơn giản gồm điện kháng độ X’d với điện áp độ E’ hình: E’ ~ Vg jXd’ ZL  Điện áp độ  Khi máy phát bị ngắn mạch dòng điện trình độ bị giới hạn giá trị X’d, V  + jX ' d I E ' = V g a Iq Ia MPĐ Zs E’ δ ϕ Id 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản jX’dIa Ia Vg 53  Đặc tính công suất   Dùng biến đổi -> tam giác Giá trị y10,y12, y20 tính sau thông qua biến đổi sao/tam giác Z L E’ V y 10 = ' y 12 I1 I2 jX d Z s + jX ' d Z L + Z s Z L jX ' d y 20 = ' jX d Z s + jX ' d Z L + Z s Z L Z s y 12 = ' jX d Z + jX ' d Z + Z Z L s L  10/29/15 y20 I = ( y + y ) E ' − y V  10 12 12 Viết dạng phương trình dòng nút ta có I = − y E ' + ( y + y ) V  s  y10 Viết dạng mạng hai cửa ta có Nguyễn Đăng Toản 12   I1   Y 11 =     I  Y21 20 12   E '  Y 12  Y   V  22     54 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.7.3 Chế độ độ MPĐ cực ẩn  Sau tính I1 E’ Công suất điện nút 1: [ Pe = Re E ' I*1 Pe = E  ' ] Y11 cosθ11 + E ' V Y12 cos( δ - θ12 ) Nếu bỏ qua điện trở, θ11 =θ12=900, Y12=B12=1/X12 Ta có Pe = E ' V Y12 cos( δ - 90 )  10/29/15 Khái niệm dự trữ ổn định = E ' V sinδ X12 = Pmax sinδ Pmax − P0 100% P0 Nguyễn Đăng Toản 55  Ví dụ: Cho MPĐ đồng có thông số sau         10/29/15 Xd=1,0 (pu),Xd’=0,3 (pu) Bỏ qua điện trở phần ứng, MPĐ nối với góp vô lớn có điện áp V=1∠00 ( tính tương tự nối qua đường dây có Xdây = 0,25 (pu), điện áp góp vô lớn cũ) MPĐ mang tải 0,5 với cosϕ=0,8 chậm sau Xác định điện áp độ phương trình đặc tính công suất trường hợp cực ẩn Gợi ý: Vẽ sơ đồ thay thế, Tính S, Dòng điện chạy mạch, Tính E’ Tính P=> tính Pmax=> tính độ trữ 56 ổn định Nguyễn Đăng Toản Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.7.4 Chế độ độ MPĐ cực lồi  Khi nghiên cứu ảnh hưởng rotor cực lồi, trình độ điện kháng độ dọc trục X’d thành phần điện kháng vuông góc giữ Xq Sơ đồ véc tơ sau: ϕ Id  ' Xd sin δ + V X 'd − X q ' 2X d X q sin 2δ Từ sơ đồ véctơ tìm E’q E ' q = V cos δ + X ' d I d jXqIq Xd’ Id   10/29/15 E 'q V E ' q = V cos δ + X ' d Ia sin(δ + ϕ) V Ia Từ ta có công suất trình độ Pe = E’q Iq δ  Phải tính Ia sin(δ + ϕ) từ chế độ xác lập Trong Ia dòng điện tải MPĐ Nguyễn Đăng Toản 57 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.7.4 Chế độ độ MPĐ cực lồi Thay từ phương trình  Ia sin(δ + ϕ) =   E − V cos δ Xd Ta có: ' ' X E + X − X d d V cos δ d ' Eq = Xd ( ) Ví dụ:Cho MPĐ đồng có thông số sau  Xd=1,0 (pu), Xq=0,6 (pu),Xd’=0,3 (pu)  MPĐ nối với góp vô lớn có điện áp V=1∠00 MPĐ mang tải 0,5 với cosϕ=0,8 chậm sau Xác định điện áp độ đặc tính công suất trường hợp cực lồi   10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 58 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.7.4 Chế độ độ MPĐ cực lồi  Đặc tính công suất MPĐ cực ẩn cực lồi Dac tinh cong suat cua MPD cuc an va cuc loi 4.5 dac tinh cong suat cua MPD cuc an dac tinh cong suat cua MPD cuc loi 3.5 cong suat - MW Pm 2.5 1.5 0.5 10/29/15 0.5 δ0 δ0 1.5 goc delta - rad Nguyễn Đăng Toản 2.5 δ max δ max 3.5 59 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.8 Hệ thống kích từ      10/29/15 Dòng kích từ tạo từ trường quay, từ cảm ứng cuộn dây stato sức điện động cảm ứng Sự điều chỉnh Dòng kích từ thực tay, thông thường dùng hệ thống điều khiển tự động qua hệ thống tự động điều chỉnh kích từ Hệ thống điều khiển kích từ hệ thống điều khiển có phản hồi, có chức giữ điện áp đầu cực giá trị định trước việc điều chỉnh dòng điện kích từ MPĐ tùy theo thay đổi điện áp đầu cực Nếu ko có việc điều khiển kích từ, điện áp đầu cực MPĐ thay đổi mà PMPĐ thay đổi tùy theo điều kiện HTĐ Điều khiển thường phản hồi âm điện áp đầu cực tăng lên, dòng điện kích từ giảm xuống ngược lại Nguyễn Đăng Toản 60 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.8 Hệ thống kích từ  10/29/15 Một sơ đồ khối đơn giản HT kích từ vẽ hình Nguyễn Đăng Toản 61 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.8 Hệ thống kích từ  Có ba khối chức      10/29/15 Khối kích từ thiết bị mà cung cấp dòng điện kích từ cho MPĐ Khối tự động điều chỉnh điện áp (automatic voltage regulator (AVR) lấy tín hiệu điện áp đầu cực đưa vào đầu vào kích từ Khối khuyếch đại tín hiệu để tăng công suất tín hiệu điều chỉnh theo yêu cầu kích từ Nếu khuếch đại điện gọi kích từ từ xa khuếch đại quay Nếu khuếch đại “tĩnh’ thường phần AVR Nguyễn Đăng Toản 62 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.8 Hệ thống kích từ  Có ba loại kích từ sau đây:    10/29/15 Máy phát chiều Máy phát xoay chiều Hệ thống kích từ tĩnh Nguyễn Đăng Toản 63 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.8.1 Loại dùng MPĐ chiều   10/29/15 Sử dụng MPĐ chiều gắn trục MPĐ đồng để cung cấp dòng điện kích từ: Loại thường ko sản xuất có đáp ứng chậm, yêu cầu việc bảo dưỡng vòng trượt, chổi than, Nguyễn Đăng Toản 64 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.8.2 Dùng MPĐ xoay chiều   10/29/15 Dùng MPĐ AC với hệ thống chỉnh lưu DC để cung cấp dòng điện kích từ cho MPĐ đồng Một ưu điểm quan trọng MPĐ AC loại không chổi than, không dùng vòng trượt, ko đặt trục MPĐ đồng Nguyễn Đăng Toản 65 Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2.8.3 Loại tĩnh    Gồm thiết bị điện tử hoàn toàn phần quay Nguồn cấp cho loại từ BU, BI, từ đầu cực MPĐ Dòng pha cung cấp từ đến chỉnh lưu đầu chỉnh lưu DC đưa vào rotor MPĐ qua hệ thống vòng trượt không cần chổi than    10/29/15 Đáp ứng nhanh, Có hệ số độ lợi lớn Không có phần quay, Vận hành bảo dưỡng đơn giản Là loại rẻ tiền Nguyễn Đăng Toản 66 [...]... trong chương trình học thì đường dây mô tả bởi một điện kháng Xl 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 21 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.3 Mô hình phụ tải (LOADs ) 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 22 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2 3 Mô hình phụ tải Đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu ổn định Với ổn định góc thường dùng mô hình tải tĩnh ZIP   [ ][ P = P0... trong nghiên cứu ổn định htđ 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 24 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2 3 Mô hình phụ tải  Mô hình tải hỗn hợp        10/29/15 Tính theo % Động cơ lớn % động cơ nhỏ % công suất không đổi % bóng đèn % loại khác …  Tải chi tiết  Động cơ điện Ví dụ mô hình CLOAD Nguyễn Đăng Toản 25 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ Các yếu tố... Đăng Toản 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 19 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.2 Ví dụ   Dường dây ngắn: Cho một đ/d 220kV, dài 40km, r0= 0,15Ω/1km, L0=1,3263mH/1km, bỏ qua điện dung, sử dụng mô hình đường dây ngắn để tính điện áp và công suất ở đầu đầu và đầu cuối đường dây, tính điện áp... ULTC (at t=35 s) Tác động của OEL(t=65s) Sụp đổ điện áp (lúc t=80s) Điện áp của nút 11 0 5 10/29/15 35 65 Nguyễn Đăng Toản 80 100(s) 27 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.4 MÁY BIẾN ÁP 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 28 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.4 Mô hình MBA  Nếu MBA lý tưởng được biểu diễn bởi mô hình pi thông thường, như khi tính toán trào lưu...2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.2 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 11 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.2 Mô hình đường dây truyền tải  Đ/dtt là thiết bị q/t trong htđ  R =ρ  C=   R, G, L,C l A D L = 0,2 ln (mH / km) Ds 10/29/15  Trên không/cáp...  10/29/15 Với điện áp điều chỉnh = (điện áp đầy tải -điện áp không tải)/ điện không tải (trang146) Nguyễn Đăng Toản 20 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài  Các mô hình đường dây khác  Đường dây có tụ bù dọc  Đường dây có kháng bù ngang  Đường dây có tụ bù ngang  Các đường dây có thiết bị bù linh hoạt FACTS và HVDC… Để đơn giản trong tính... 30 2.4 Mô hình MBA  10/29/15 Mô hình MBA có bộ điều áp dưới tải Nguyễn Đăng Toản 31 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU  HVDC  10/29/15  Hành lang tuyến hẹp hơn do chỉ dùng 1-2 dây dẫn AC  Nguyễn Đăng Toản Hành lang tuyến lớn hơn do phải truyền tải cả ba pha 32 2 Mô hình các thiết bị điện trong... = V2+ZI2  I1 = I2 V1, I1 10/29/15  Mô hình mạng hai cửa  Đường dây trung bình:dùng mô hình π  V2, I2 Y/2 Nếu dùng mô hình mạng 2 cửa:  V1=AV2+BI2  I1=CV2+DI2 V1, I1 A B C D V2, I2 Trong đó:  A B C D Z=(R+jX) Y/2 Z=(R+jX) Y=(g+jωC) A=(1+ZY/2), B=Z, C=Y(1+YZ/4), D=(1+ZY/2) Nguyễn Đăng Toản 13 2 Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ 2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài  Ví dụ... Đ/dây càng dài thì tổn thất công suất phản kháng càng lớn, đặc biệt là đ/d cáp (đ/d cáp thường ... Nguyễn Đăng Toản B2 M B4 Tải Mô hình thiết bị điện nghiên cứu ổn định htđ 2. 1 Ví dụ       Tính điện áp cấp: MPĐ: Vcb =22 kV B1:  V =V =22 . (22 0 /22 ) =22 0kV B2:  V =22 0.(11 /22 0)=11kV Tính đại... V1 = V2+ZI2  I1 = I2 V1, I1 10 /29 /15  Mô hình mạng hai cửa  Đường dây trung bình:dùng mô hình π  V2, I2 Y /2 Nếu dùng mô hình mạng cửa:  V1=AV2 +BI2  I1=CV2+DI2 V1, I1 A B C D V2, I2 Trong... htđ 2. 1 Ví dụ  Ví dụ 1: cho HTĐ hình vẽ, Tính đại lượng hệ đvtđ Trong đó: Scb=100MVA          10 /29 /15 Vcb =22 kV phía MPĐ B1 MPĐ Lưới 22 0kV MPĐ: 90MVA, 22 kV, X=18% ~ B1: 50MVA, 22 /22 0kV,