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
Trang 1 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
Trang 2cbcb
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 = =
Trang 3 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
−
=
=
Trang 410/29/15
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
Trang 5 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,
Trang 610/29/15
Nguyễn Đăng Toản
2.1 Ví dụ các đại lượng cơ bản của MPĐ
Trang 72đm
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
Trang 10 Z4=(11)2/100=1,21 Ω
Ztải=(1,1495+J1,53267)/1,21=0,95+j1,2667 pu
Trang 1210/29/15
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
Trang 13Y/2Y/2
V2, I2V1, I1
V2, I2V1, I1
Trang 1410/29/15
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
=
Trang 15 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
Trang 162
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
+ +
−
=
− +
+
=
Trang 17 Khả năng mang tải tự nhiên
Trang 1810/29/15
Nguyễn Đăng Toản
2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài
Dài (>200km) Phân thành các đ/dây trung bình,
Trang 20đường 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
Trang 21 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
Trang 2210/29/15
Nguyễn Đăng Toản
2.3 Mô hình phụ tải (LOADs )
Trang 23 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
∆ +
+ +
=
∆ +
+ +
=
Trang 2410/29/15
Nguyễn Đăng Toản
Trang 2610/29/15
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)
Trang 27Tác 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
Trang 2810/29/15
Nguyễn Đăng Toản
2.4 MÁY BIẾN ÁP
Trang 29 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
Trang 301 a
a 1
Trang 3210/29/15
Nguyễn Đăng Toản
2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU
Trang 33SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU
Trang 3410/29/15
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
Trang 35 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
Trang 3610/29/15
Nguyễn Đăng Toản
2.5 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU
chỉnh/nghịch lưu và điều khiển khó khăn hơn (50% tổng P)
Trang 37 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
Trang 3810/29/15
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
Trang 39 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)
Trang 4010/29/15
Nguyễn Đăng Toản
2.6 Một số khái niệm về FACTS
Trang 41Ngay 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
Trang 42 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
Trang 43Rotor cực ẩn
Trang 4610/29/15
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
Trang 47 Tần số điện là cố định hoặc đồng bộ hoá tốc độ quay cơ khí của máy phát điện đồng bộ:
fe = m
Trang 48θ
Trang 49V
jI.Xd
δϕ
d
2
X V
I jX V
E q = + d
Trang 5010/29/15
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
Trang 51 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
=
Trang 52 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
Trang 53 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
Trang 5410/29/15
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
Trang 55 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 −
Trang 5610/29/15
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
Trang 57Khi 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
Trang 5810/29/15
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
=
Trang 59 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
Trang 60 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
Trang 61 Một sơ đồ khối đơn giản về HT kích từ được vẽ trên hình
Trang 62 Khối tự động điều chỉnh điện áp (automatic voltage
regulator (AVR) lấy tín hiệu điện áp đầu cực đưa vào đầu
Trang 63 Có ba loại kích từ cơ bản sau đây:
Máy phát một chiều
Máy phát xoay chiều
Hệ thống kích từ tĩnh
Trang 64nó có đáp ứng chậm, yêu cầu việc bảo dưỡng vòng trượt, và chổi than,
Trang 65 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
Trang 6610/29/15
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