bài giản ổn định hệ thống điện mô hình thiết bị

 Hệ đơn vị tương đối Đường dây tải điện  Phụ tải  Máy biến áp  Máy phát điện đồng bộ  Các thiết bị khác HVDC, FACTS... đường dây ngắn để tính điện áp và công suất ở đầu đầu và đầu

 Hệ đơn vị tương đối

 Đường dây tải điện

 Phụ tải

 Máy biến áp

 Máy phát điện đồng bộ

 Các thiết bị khác HVDC, FACTS

cbcb

I 3

V Z

; V 3

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

cb

pu đvtđ

pu đvtđ

Z

Z )

Z ( Z

; I

I )

I

(

I

; V

V )

V ( V

; ) MVA (

S

) MVA (

S )

) cb (

kV S

V Z

2

cb

2cb

cb = =

 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

S  =    =  

cb P

* cb P )

3 (

S  Φ =  −  −

P

P P

*

2 L L )

3 ( cb

*

2 P P

S

V S

V

3 Z

*

cb2

cb

2LLcb

Ppu

S

S V

V Z

Z Z

Φ

−

=

=

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

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

( V )

S Z

Z

Z

cbcu

cbcu

_cbcupu

cu

ΩΩ

Ω =

=

cb moi

cb moi

_ cb moi pu

moi

V

S Z

cu cb

moi pu

cu pu

moi

V

V S

S Z

 Lợi ích của hệ đvtđ:

 Hệ đvtđ cung cấp giá trị tương đối của các đại

lượng S, I, V, 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,

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.1 Ví dụ các đại lượng cơ bản của MPĐ

2đm

Gđm

Gcb

G

dd

S

V Z

, ) Z

( Z

 Điện áp NM của MBA

 MBA hai cuộn dây

đm K

đm

K đm

K đm

K

K K

I.

3

V X

, 100

x X

2 cb đm

2

% _ N 1

B

V

S S

V 100 V

 Z4=(11)2/100=1,21 Ω

 Ztải=(1,1495+J1,53267)/1,21=0,95+j1,2667 pu

10/29/15

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

 Trên không/cáp ngầm,một chiều, xoay chiều, có bù

 Các thông số cơ bản của đ/d

trên không:

 R, G, L,C

) km / F ( r

D ln

( D

D ln 2

 Ba pha không đối xứng

 Đường dây đảo pha

 Đường dây phân pha

d

Y/2Y/2

V2, I2V1, I1

V2, I2V1, I1

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài

)x()

xx(

)x()

x()

xx(

I.

z x

V V

I.

x z V

=

∆+

∆+

)x(

)x(

I

z dx

dV

=

)xx(

)x()

xx(

)xx()

x()

xx(

V

y x

I I

V x y I

I

∆+

∆+

∆+

∆+

=

∆

−

∆ +

=

)x(

)x(

V

y dx

dI

=

 Tương tự: dòng điện

)x(

)x(2

)x(

2

yzV dx

dI

z dx

0

V dx

V

d

)x(

22

)x(

2

= γ

−

x2

x1)

x

) C j g )(

L j r ( zy

+ α

= γ

)x(

x2

x1

x2

x1

)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

γ

−γ

γ

−γ

γ

−γ

2

I Z V

A

R C R

2

R C R

R x

R c

C R

x R C R

)

x

(

e 2

I Z

V e

2

I Z

V I

e 2

I Z V

e 2

I Z V

V

γ

− γ

γ

− γ

+

=

R

x x

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

γ

− γ

γ

− γ

γ

− γ

γ

− γ

+ +

−

=

− +

+

=

 Khả năng mang tải tự nhiên

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài

 Dài (>200km) Phân thành các đ/dây trung bình,

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 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 toán, Thông thường trong chương trình

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.3 Mô hình phụ tải (LOADs )

 P0, Q0: là công suất tác dụng và phản kháng tại nút tải ở chế độ ban đầu định mức

 p1, p2, p3 và q1, q2, q3: là các thành phần diễn tả điện kháng không đổi, dòng điện không đổi

và công suất không đổi với tổng của chúng bằng 1.0.

 kpf∆f, kqf∆f là các thành phần phụ thuộc tần số

 P0, Q0 là công suất tác dụng và phản kháng tại giá trị điện áp V=1.0(pu),

f k

1 p V

p V

p P P

qf3

2

210

pf3

2

210

∆ +

+ +

=

∆ +

+ +

=

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

10/29/15

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

Hệ thống BPA

11

G 1

Vùng tảiVùng Phát

Quá trình quá độ (sau 5s)

Tác động của ULTC (at t=35 s)

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

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.4 MÁY BIẾN ÁP

 Nếu MBA lý tưởng được biểu

diễn bởi mô hình pi thông

thường, như khi tính toán trào

lưu công suất.

 Khi tỷ số biến đổi tương đối

bằng 1 ( đầu phân áp vận hành ở nấc 0) sơ đồ tương đương như hình vẽ

Khi dùng đầu phân áp ( nấc điều chỉnh khác 0)

 MBA được mô tả như sau

1 a

1 a

a 1

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

 AC

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

 Nếu k/c nhỏ hơn 700km thì dùng AC

 Phụ thuộc vào độ lệch góc pha giữa hai đầu,(giới hạn truyền tải giảm khi chiều dài tăng)

 Đ/dây càng dài thì tổn thất công suất phản kháng càng lớn, đặc biệt là đ/d cáp (đ/d cáp

 Bù đường dây: không cần

 Không có dòng điện điện dung và

hiệu ứng mặt ngoài

 AC

 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

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

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

 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

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.6 Một số khái niệm về FACTS

 Những thực tế về việc làm cho HTĐ có thể điều

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

 Những sự phát triển này cũng có thể ảnh hưởng

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

 Đầu phân áp của máy biến áp

 Bộ điều chỉnh góc pha

 Thiết bị ngang bù tĩnh (SVC)

 Thiết bị bù dọc tĩnh (TCSC)

 Thiết bị cản cho cộng hưởng tần số thấp

 Thiết bị bù pha công suất (IPC)

 Loại dựa trên công nghệ GTO (Switched at the fundamental frequency: 60/50 Hz)

 Thiết bị bù tĩnh (STATCOM)

 Thiết bị điều khiển bù dọc tĩnh (SSSC)

 Thiết bị điều khiền dòng công suất tich hợp (UPFC)

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

 STATCOM (shunt and series connected)

 HVDC – VSC (HVDC- light, hoặc HVDC-Plus)

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

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

 Ổn định quá độ

 Dao động công suất

 Điện áp…

 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

 Có các hệ thống điều khiển

 kích từ Exitation system

 Điều tốc tua bin…

 Tự động đ/c điện áp AVR

 ổn định công suất- PSS

Rotor cực ẩn

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

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

stator của MPĐ

 Tần số điện là cố định hoặc đồng bộ hoá tốc độ quay cơ khí của máy phát điện đồng bộ:

fe = m

θ

V

jI.Xd

δϕ

d

2

X V

I jX V

E  q =  + d

10/29/15

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

 Công suất của tuabin – min và max

Pm

 Giới hạn ổn định P phụ thuộc vào Eq

Min Pm

 Sơ đồ véc tơ như hình vẽ

 P/t đặc tính công suất :

 Với

 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 δ

V

Eq

Ia

Iq

Id

jXqIq

δ ϕ

XdId

2

sin X

X 2

X

X V

sin X

V

E

Pe

q d

q d

2

d

δ

− +

δ

=

) sin(

Ia X

cos V

E

hay I X cos V E d d d ϕ + δ + δ = + δ = ) sin sin cos (cos Ia X

) cos( Ia X I X sin V q q q q ϕ δ − ϕ δ = ϕ + δ = = δ sin

Ia X

V

cos Ia

X tg

q

q

1

ϕ +

ϕ

=

 MPĐ làm việc với đường đặc

tính trong vùng giới hạn

 Khi xảy ra sự cố thì quá trình

quá độ điện từ làm cho sức điện động Eq tăng lên, và làm cho điện áp đầu cực giảm

xuống

 Do đó thông thường được

thay thế bằng sức điện động quá độ E’ và điện kháng quá

độ xd’ không đổi

 E’ và x’d chỉ là hằng số ở thời điểm ban đầu, sau đó tắt dần, nhưng nó có hằng số thời

gian rất lớn so với thời gian tác động của MC,RL nên có thể coi là không đổi trong khi nghiên cứu quá độ

 Hiện nay các MPĐ đều trang

bị thiết bị tự động điều chỉnh điện áp AVR nên E’ lại càng giảm chậm

 MPĐ không bị bão hòa mạch

 Mô hình đơn giản nhất là chỉ gồm

điện kháng quá độ X’

d với điện áp quá độ E’như hình:

 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’

'g

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

 Dùng biến đổi sao -> tam giác

 Giá trị y10,y12, y20 được tính như sau thông qua biến đổi sao/tam giác

 Viết dưới dạng phương trình dòng nút ta có

 Viết dưới dạng mạng hai cửa ta có

d

' s

d '

s 12

L s L

d

' s

d '

d ' 20

L s L

d

' s

d '

L 10

Z Z Z

jX Z

jX

Z y

Z Z Z

jX Z

jX

jX y

Z Z Z

jX Z

jX

Z y

=

+ +

=

+ +

=

E y I

V y

E y

y I

12 20

' 12 2

12

' 12 10

−

=

− +

=

V

E Y

Y

Y

Y I

22 21

12 11

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

 Nếu bỏ qua điện trở , thì θ 11 = θ 12 =90 0 , và Y 12 =B 12 =1/X 12 Ta có

[ ]

cos Y

V E cos

Y E

P

I E Re P

12 12

' 11

11

2 ' e

1

*

' e

θ δ +

E

0 9 - cos Y

V E

12

'12

'e

% 100

P

P P

0 0 max −

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

 Xd=1,0 (pu),Xd’=0,3 (pu)

 Bỏ qua điện trở phần ứng, MPĐ được nối với thanh góp

vô cùng lớn có điện áp V=1 ∠ 00 ( tính tương tự khi nối qua đường dây có Xdây = 0,25 (pu), điện áp thanh góp vô cùng lớn vẫn như cũ)

 MPĐ mang tải 0,5 với cos ϕ =0,8 chậm sau

 Xác định điện áp quá độ và phương trình đặc tính công suất trong trường hợp cực ẩn

 Gợi ý:

 Vẽ sơ đồ thay thế, Tính S,

 Dòng điện chạy trong mạch, Tính E’

 Tính P=> tính được Pmax=> tính được độ dữ trữ ổn định

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của

rotor cực lồi, trong quá trình

quá độ thì điện kháng quá độ

dọc trục là X’d và thành phần

điện kháng vuông góc vẫn giữ

là Xq. Sơ đồ véc tơ như sau:

Từ đó ta có công suất trong quá trình quá độ

 Từ sơ đồ véctơ tìm E’

q

 Phải tính từ chế độ xác lập

 Trong đó Ia là dòng điện tải của MPĐ

V

E’ q

Xd’Id

2

sin X

X 2

X

X V

sin X

V

E Pe

q d '

q d

' 2 d

δ

=

) sin(

Ia X

cos V

E

I X cos

V E

d

'q

'

dd

'q

'

ϕ + δ +

δ

=

+ δ

=

) sin(

Ia δ + ϕ

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

2.7.4 Chế độ quá độ của MPĐ cực lồi

 MPĐ được nối với thanh góp vô cùng lớn có điện áp V=1 ∠ 00

 MPĐ mang tải 0,5 với cos ϕ =0,8 chậm sau

 Xác định điện áp quá độ và đặc tính công suất trong

trường hợp cực lồi

X

cos V

E )

X

cos V

X X

E

X E

d

d

' d

d

' q

=

 Đặc tính công suất của MPĐ cực ẩn và cực lồi

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

goc delta - rad

Dac tinh cong suat cua MPD cuc an va cuc loi

dac tinh cong suat cua MPD cuc an dac tinh cong suat cua MPD cuc loi

Pm

 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

 Một sơ đồ khối đơn giản về HT kích từ được vẽ trên hình

 Khối tự động điều chỉnh điện áp (automatic voltage

regulator (AVR) lấy tín hiệu điện áp đầu cực đưa vào đầu

 Có ba loại kích từ cơ bản sau đây:

 Máy phát một chiều

 Máy phát xoay chiều

 Hệ thống kích từ tĩnh

nó có đáp ứng chậm, yêu cầu việc bảo dưỡng vòng trượt, và chổi than,

 Dùng một MPĐ AC cùng với hệ thống chỉnh lưu DC để 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

10/29/15

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 từ 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

 Đáp ứng nhanh, Có hệ số độ lợi lớn

 Không có phần quay, Vận hành và bảo dưỡng đơn giản

 Là loại rẻ tiền nhất