Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực

Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện phần thiết yếu sản xuất công nghiệp, đời sống sinh hoạt người Trong nghiệp công nghiệp hóa, đại hóa đất nước với tăng trưởng không ngừng kinh tế quốc dân, hệ thống điện Việt Nam ngày phát triển mạnh mẽ quy mô chất lượng cung cấp điện Hệ thống điện bao gồm Nhà máy điện trạm biến áp, mạng điện hộ tiêu thụ điện liên kết với thành hệ thống để thực trình sản xuất, truyền tải, phân phối tiêu thụ điện Hệ thống điện phần hệ thống lượng nên có tính chất vô phức tạp, điều thể tính đa tiêu biến đổi, phát triển không ngừng Từng mức độ, phạm vi, cấu trúc nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu điện cho phát triển kinh tế xã hội địa phương nói riêng toàn quốc nói chung, đồng thời đảm bảo tiêu kinh tế, kỹ thuật đề Đồ án tốt nghiệp sinh viên ngành Hệ thống điện thông qua việc tính toán thiết kế lưới điện khu vực nhằm mục đích tổng hợp lại kiến thức học truờng xây dựng cho sinh viên kỹ cần thiết trình thiết kế lưới điện Đồ án tốt nghiệp gồm phần: Phần 1: Thiết kế lưới điện khu vực Phần 2: Chuyên đề tính ổn định động Vì thời gian kiến thức có hạn, trình thực không tránh khỏi sai xót Kính mong bảo góp ý thầy, cô môn để đồ án em tốt Qua đồ án tốt nghiệp em vô biết ơn giúp đỡ, bảo nhiệt tình cô giáo Th.S Hoàng Thu Hà giúp em hoàn thành đồ án thầy cô giáo khoa Hệ Thống Điện thầy cô giáo trường Đại Học Điện Lực giúp đỡ em tận tình trình học tập rèn luyện trường Em xin chân thành cảm ơn Hà nội, ngày tháng năm 2011 Sinh viên Nguyễn Tiến Hùng SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” MỤC LỤC Trang Lời nói đầu……………………………………………………………………… PHẦN 1: THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CÁC NGUỒN CUNG CẤP VÀ PHỤ TẢI 1.1 Các số liệu nguồn cung cấp phụ tải………………………………… 1.1.1 Sơ đồ địa lý…………………………………………………………… 1.1.2 Nguồn điện…………………………………………………………… 1.1.3 Các phụ tải…………………………………………………………… 1.2 Phân tích nguồn phụ tải………………………………………………… CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, SƠ BỘ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HAI NGUỒN ĐIỆN 2.1 Mục đích…………………………………………………………………… 11 2.2 Cân công suất………………………………………………………… 11 2.2.1 Cân công suất tác dụng…………………………………………… 11 2.2.2 Cân công suất phản kháng……………………………………… 12 2.3 Sơ xác định chế độ làm việc hai nguồn điện……………………… 13 2.3.1 Khi phụ tải cực đại…………………………………………………… 13 2.3.2 Khi phụ tải cực tiểu…………………………………………………… 13 2.3.3 Khi cố……………………………………………………………… 14 2.4 Kết luận…………………………………………………………………… 14 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP CỦA MẠNG ĐIỆN 3.1 Nguyên tắc chung…………………………………………………………… 15 3.2 Tính toán cấp điện áp mạng điện……………………………………… 15 3.2.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ…………………………………… 16 3.2.2 Chọn điện áp cho mạng điện thiết kế………………………………… 16 CHƯƠNG 4: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY MẠNG ĐIỆN 4.1 Dự kiến phương án nối dây mạng điện, lựa chọn sơ phương án nối dây……………………………………………………………………… SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 18 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” CHƯƠNG 5: CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN, SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT 5.1 Chọn tiết diện dây dẫn……………………………………………………… 22 5.2 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện ……………… 23 5.3 Phương án I………………………………………………………………… 24 5.3.1 Chọn tiêt diện dây dẫn………………………………………………… 24 5.3.2 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng, tổn thất điện năng… 27 5.4 Phương án II………………………………………………………………… 31 5.4.1 Chọn tiêt diện dây dẫn………………………………………………… 31 5.4.2 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng, tổn thất điện năng… 32 5.5 Phương án III ……………………………………………………………… 37 5.5.1 Chọn tiêt diện dây dẫn………………………………………………… 37 5.5.2 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng, tổn thất điện năng… 38 5.6 Phương án IV……………………………………………………………… 39 5.6.1 Chọn tiêt diện dây dẫn………………………………………………… 39 5.6.2 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng, tổn thất điện năng… 41 5.7 Phương án V……………………………………………………………… 46 5.7.1 Chọn tiêt diện dây dẫn………………………………………………… 46 5.7.2 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng, tổn thất điện năng… 47 5.8 So sánh phương án mặt kỹ thuật…………………………………… 48 CHƯƠNG 6: SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KINH TẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 6.1 So sánh phương án mặt kinh tế……………………………………… 49 6.2 Phương án I………………………………………………………………… 50 6.3 Phương án II………………………………………………………………… 50 6.4 Phương án III……………………………………………………………… 51 6.5 Phương án V……………………………………………………………… 51 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” 6.6 Lựa chọn phương án tối ưu………………………………………………… 52 CHƯƠNG 7: LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP, SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN, CÁC TRẠM PHÂN PHỐI, SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH 7.1 Yêu cầu chung……………………………………………………………… 53 7.2 Chọn số lượng công suất máy biến áp trạm tăng áp nhà máy nhiệt điện…………………………………………………………… 53 7.2.1 Nhà máy nhiệt điện 1………………………………………………… 53 7.2.2 Nhà máy nhiệt điện 2………………………………………………… 53 7.3 Chọn số lượng công suất máy biến áp trạm hạ áp…………… 54 7.4 Chọn sơ đồ nối dây trạm sơ đồ hệ thống điện…………………………… 55 7.4.1 Nhà máy nhiệt điện 1………………………………………………… 55 7.4.2 Nhà máy nhiệt điện 2………………………………………………… 56 7.5 Chọn sơ đồ nối dây trạm phân phối truyền tải……………………… 56 7.5.1 Trạm trung gian……………………………………………………… 56 7.5.2 Các trạm cuối………………………………………………………… 57 CHƯƠNG 8: VẼ SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA MẠNG ĐIỆN, TÍNH CHÍNH XÁC CHẾ ĐỘ VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 8.1 Chế độ phụ tải cực đại……………………………………………………… 59 8.1.1 Đoạn đường dây NĐ1-1……………………………………………… 59 8.1.2 Đoạn đường dây NĐ1-2……………………………………………… 60 8.1.3 Tính chế độ đường dây NĐ1-3, NĐ2-5, NĐ2-6, NĐ2-7, NĐ2-8 tiến hành tương tự……………………………………………………… 61 8.1.4 Đoạn đường dây NĐ1-4-NĐ2………………………………………… 63 8.1.5 Cân xác công suất hệ thống……………………… 65 8.2 Chế độ tải cực tiểu………………………………………………………… 66 8.2.1 Đoạn đường dây NĐ1-1……………………………………………… 66 8.2.2 Đoạn đường dây NĐ1-4-NĐ2………………………………………… 68 8.3 Chế độ sau cố…………………………………………………………… 70 8.3.1 Sự cố ngừng mạch đường dây từ nguồn đến phụ tải 70 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” 8.3.1.1 Đoạn đường dây NĐ1-2………………………………………… 8.3.2 Sự cố ngừng tổ máy nhà máy nhiệt điện 1……………… 70 72 CHƯƠNG 9: TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TẠI CÁC NÚT PHỤ TẢI VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 9.1 Tính toán điện áp các điểm nút lưới điện chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu, cố……………………………………………………… 75 9.1.1 Chế độ phụ tải cực đại………………………………………………… 75 9.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu……………………………………………… 76 9.1.3 Chế độ phụ tải sau cố……………………………………………… 77 9.2 Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp cho trạm…………………… 78 9.2.1 Chọn đầu điều chỉnh cho MBA điều chỉnh điện áp thường…………… 78 9.2.2 Chọn đầu điều chỉnh cho MBA có điều áp tải………………… 79 9.2.3 Chọn đầu điều chỉnh máy biến áp hộ phụ tải yêu cầu điều chỉnh điên áp thường……………………………………………………… 80 9.2.4 Chọn đầu điều chỉnh máy biến áp hộ phụ tải yêu cầu điều chỉnh điên áp khác thường………………………………………………… 81 CHƯƠNG 10: TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ-KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 10.1 Tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện………………………………… 83 10.2 Tổn thất công suất tác dụng mạng điện…………………………… 83 10.3 Tổn thất điện mạng điện……………………………………… 84 10.4 Tính chi phí giá thành………………………………………………… 84 10.4.1 Chi phí vận hành hàng năm ………………………………………… 84 10.4.2 Chi phí tính toán hàng năm………………………………………… 84 10.4.3 Gía thành truyền tải điện năng……………………………………… 84 PHẦN 2: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA LƯỚI ĐIỆN THIẾT KẾ CHƯƠNG 11: LÝ THUYẾT CHUNG 11.1 Định nghĩa ổn định hệ thống điện…………………………………… 87 11.2 Phương trình chuyển động tương đối…………………………………… 88 CHƯƠNG 12: LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ, TÍNH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP BAN ĐẦU 12.1 Thông số bản…………………………………………………………… SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 90 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” 12.2 Sơ đồ thay hệ thống điện chế độ cực đại……………………… 91 12.2.1 Tính quy chuyến thông số hệ thống chế độ……………………… 91 12.2.1.1 Tính quy chuyển thông số hệ thống…………………………… 91 12.2.1.2 Tính quy chuyển thông số chế độ…………………………… 93 12.3 Tính chế độ xác lập trước ngắn mạch………………………………… 94 CHƯƠNG 13: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH HAI PHA CHẠM ĐẤT PHÍA NHIỆT ĐIỆN 13.1 Tính điện kháng ngắn mạchX∆…………………………………………… 96 13.2 Đặc tính công suất ngắn mạch………………………………………… 98 13.3 Đặc tính công suất sau ngắn mạch………………………………………… 101 13.4 Tính góc cắt δcắt thời gian cắt tcắt……………………………………… 103 13.4.1 Tính α12 α’12………………………………………………………… 103 13.4.2 Tính δcắt phương pháp diện tích…………………………………… 104 13.4.3 Tính tcắt phương pháp phân đoạn liên tiếp………………………… 107 KẾT LUẬN CHUNG Tài liệu tham khảo……………………………………………………………… Bản vẽ SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 115 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” PHẦN 1: THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CÁC NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN VÀ PHỤ TẢI - Thiết kế mạng điện đưa phương án nối dây hợp lý nhằm đạt yêu cầu mặt kinh tế kỹ thuật, đáp ứng tốt nhu cầu phụ tải hệ thống Để đưa phương án hợp lí người thiết kế cần phải có tổng hợp, đánh giá nguồn cung cấp phụ tải tiêu thụ Trên sở nắm vững đặc điểm chúng số nguồn điện, đặc điểm nguồn phát, công suất phát kinh tế, công suất phát định mức, công suất phụ tải yêu cầu tính chất phụ tải, mức độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện , để từ đưa phương thức tính toán, lựa chọn hợp lý phương thức vận hành mạng điện thiết kế, đảm bảo cho mạng điện vận hành kinh tế, an toàn tin cậy 1.1 Các số liệu nguồn cung cấp phụ tải: 1.1.1 Sơ đồ địa lý NÐ2 km k 54 m 84 km km km 144 km 61 km 68 68 km 49,5 NÐ1 86 ,5 km 84 km 12km Hình 1.1: Sơ đồ mặt thống điện thiết kế - Dựa vào sơ đồ mặt hệ thống điện thiết kế sơ đồ phân bố phụ tải nguồn cung cấp ta xác định khoảng cách chúng hình 1.1 1.1.2 Nguồn điện: - Hệ thống điện cung cấp từ nhà máy nhiệt điện ngưng với thông số sau: Nhà máy nhiệt điện ngưng có: - Công suất thiết kế: 4.50=200 MW - Hệ số công suất: cosϕ = 0,8 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” - Điện áp định mức phát: Uđm =10,5 kV Nhà máy nhiệt điện ngưng có: - Công suất thiết kế: 4.25=100 MW - Hệ số công suất: cosϕ = 0,8 - Điện áp định mức phát: Uđm=10,5 kV 1.1.3 Các phụ tải điện: - Trong hệ thống điện thiết kế có phụ tải Tất hộ phụ tải có hệ số cosφ=0,85 Thời gian sử dụng phụ tải cực đại T max=5000h Điện áp định mức mạng điện thứ cấp trạm biến áp 10kV - Theo đầu ta có hệ số công suất: cosφ=0,85 => tgφ=0,62 Kết giá trị công suất phụ tải chế độ cực đại cực tiểu biểu diễn bảng 1.1 sau: Bảng 1.1: Kết giá trị công suất phụ tải chế độ cực đại, cực tiểu Hộ tiêu thụ Pmax+jQmax (MVA) Smax (MVA) Pmin+ j Qmin (MVA) Smin (MVA) 22+ j13,63 40+ j24,79 25+ j15,49 24+ j14,87 30+ j18,59 18+ j11,16 36+ j22,31 20+ j12,39 25,88 47,06 29,41 28,24 35,29 21,18 42,35 23,53 16+ j9,92 25+ j15,49 15+ j9,3 15+ j9,3 15+ j9,3 13+ j8,06 16 + j9,92 10+ j6,2 18,82 29,41 17,65 17,65 17,65 15,29 18,82 11,76 Tổng S max = 215 + j133, 25 252,94 S = 125 + j77, 47 147,06 1.2 Phân tích nguồn phụ tải: - Nhà máy nhiệt điện chủ động nguồn luợng, xây dựng gần nơi tiêu thụ điện, vốn xây dựng rẻ xây dựng nhanh Nhược điểm tiêu tốn nhiên liệu, gây ôi nhiễm môi trường, hiệu suất nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (khoảng 30 ÷ 40%), vận hành linh hoạt Đồng thời công suất tự dùng nhiệt điện thường chiếm khoảng đến 15% tùy theo loại nhà máy nhiệt điện -Đối với nhà máy nhiệt điện, máy phát làm việc ổn định phụ tải P70% Pđm;khi phụ tải P < 30% Pđm máy phát ngừng làm việc - Công suất phát kinh tế nhà máy nhiệt điện thường (70%90%) Pđm - Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp là: nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, khoảng cách hai nhà máy 144km Vì cần có liên hệ nhà máy điện để trao đổi công suất nguồn cung cấp cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường chế độ vận hành SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” - Các phụ tải có công suất lớn bố trí xung quanh nguồn cung cấp nên thuận lợi cho việc cung cấp điện nhà máy nhiệt điện - Khu vực xung quanh nhà máy gồm phụ tải 1;2;3;4 với khoảng cách xa 86,5km, khoảng cách gần 49,5km - Khu vực xung quanh nhà máy gồm phụ tải 4;5;6;7;8 với khoảng cách xa 84km, khoảng cách gần 54km Phụ tải nằm khoảng hai nhà máy -Các phụ tải 2, 3, 4, 5, 6, phụ tải loại I với chế độ điều chỉnh điện áp cho phụ tải khác thường, phụ tải 1, phụ tải loại III với chế độ điều chỉnh điện áp cho phụ tải thường -Tổng công suất nguồn I 200MW - Tổng công suất phụ tải xung quanh nguồn I 109MW - Tổng công suất nguồn II 100MW - Tổng công suất phụ tải xung quanh nguồn II 106MW - Do khoảng cách nhà máy phụ tải tương đối lớn nên ta dùng đường dây không để dẫn điện - Các hộ loại I phụ tải quan trọng ngừng cấp điện gây ảnh hưởng xấu đến an ninh, trị, xã hội, gây thiệt hại lớn kinh tế Do yêu cầu cung cấp điện phải đảm bảo tính liên tục mức độ cao nên ta phải thiết kế phụ tải cung cấp đường dây kép cung cấp theo mạch vòng kín - Các hộ loại III phụ tải không quan trọng ngừng cấp điện không gây thiệt hại lớn nên phụ tải cung cấp đường dây mạch - Đối với dây dẫn để đảm bảo độ bền yêu cầu khả dẫn điện ta dùng loại dây dẫn AC để truyền tải điện - Đối với cột tùy vị trí mà ta sử dụng cột bê tông cốt thép hay cột thép định hình Với cột đỡ dùng cột bê tông ly tâm, vị trí góc, vượt sông, vượt quốc lộ ta dùng cột thép - Về mặt bố trí dây dẫn cột để đảm bảo kinh tế, kỹ thuật ta bố trí tuyến cột SVTH: Nguyễn Tiến Hùng Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, SƠ BỘ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HAI NGUỒN ĐIỆN 2.1 Mục đích: - Đặc điểm đặc biệt ngành sản xuất điện điện nhà máy điện hệ thống sản xuất cân với điện tiêu thụ phụ tải - Cân công suất hệ thống điện trước hết xem xét khả cung cấp tiêu thụ điện hệ thống điện có cân hay không Sau định phương thức vận hành cho nhà máy điện hệ thống trạng thái vận hành phụ tải cưc đại, cực tiểu chế độ cố Dựa cân công suất khu vực, đặc điểm khả cung cấp nguồn điện - Trong hệ thống điện, chế độ vận hành ổn định tồn có cân công suất tác dụng công suất phản kháng - Cân công suất tác dụng để giữ ổn định tần số hệ thống điện - Cân công suất phản kháng hệ thống điện nhằm ổn định điện áp toàn mạng - Sự ổn định điện áp làm ảnh hưởng đến tần số toàn hệ thống ngược lại 2.2 Cân công suất: 2.2.1 Cân công suất tác dụng: -Phương trình cân công suất tác dụng chế độ phụ tải cực đại hệ thống điện thiết kế có dạng: ∑ PF = m ∑ Ppt max + ∑∆P + ∑Ptd + ∑Pdt (2.1) Trong đó: ∑PF - tổng công suất tác dụng định mức hai nhà máy nhiệt điện m - hệ số đồng thời xuất phụ tải chế độ cực đại(m = 1) ∑P pt max - tổng công suất phụ tải chế độ cực đại ∑∆P- tổng tổn thất mạng điện, tính sơ lấy ∑∆P = 5%∑Pmax ∑Ptd - tổng công suất tự dùng nhà máy điện, lấy 10% tổng công suất đặt nhà máy ∑Pdt - tổng công suất tác dụng dự trữ mạng Tổng công suất tác dụng định mức hai nhà máy: ∑ PF = ∑ PND1 + ∑ PND = 4.50 + 4.25 = 300MW Tổng công suất tác dụng phụ tải cực đại xác định từ bảng 1.2 bằng: ∑Pmax = 215 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng mạng điện có giá trị : ∑∆P = 5%∑Pmax = 0,05.215 = 10,75 MW Tổng công suất tác dụng tự dùng nhà máy điện : SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 10 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” XF1 E1 Z5 Z4 E2 Z7 Z6 ZN Z3 Z8 N Biến đổi tam giác Z -Z -Z thành Z -Z -Z : Z6 = Z N Z5 (0,952 + j0,5893).(0,1037 + j0,3149) = Z N + Z5 + Z3 0,952 + j0,5893 + 0,1037 + j0,3149 + 0, 5463 + j0,3275 = 0,0748+ j0,1678 Z7 = Z5 Z3 (0,1037 + j0, 3149).(0,5463 + j0,3275) = Z N + Z5 + Z3 0,952 + j0,5893 + 0,1037 + j0,3149 + 0,5463 + j0,3275 = 0,0439 + j0,0948 Z8 = Z N Z3 (0,952 + j0,5893).(0,5463 + j0,3275) = Z N + Z5 + Z3 (0,952 + j0,5893 + 0,1037 + j0,3149 + 0,5463 + j0,3275 = 0,3195 + j0,1499 Ghép nối tiếp tổng trở: F1 Z = Z + jX = 0,0748 +j(0,1678 + 0,129) = 0,0748 + j0,2968 10 Z = Z + Z = 0,0097+0,0439 + j(0,3406+0,0948) =0,0536+ j0,4354 Ta có sơ đồ: E1 Z9 Z10 E2 Z8 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 104 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” 11 22 12 Tính Z , Z , Z Z11 = Z9 + Z8 Z10 (0,3195 + j0,1499).(0, 0536 + j0, 4354) = 0, 0748 + j0, 2968 + Z8 + Z10 0,3195 + j0,1499 + 0, 0536 + j0, 4354 = 0, 2163 + j0, 4692 = 0,5167∠65, 25040 Z22 = Z10 + ; α11= 24,74960 Z8 Z9 (0,3195 + j0,1499).(0, 0748 + j0, 2968) = 0, 0536 + j0, 4354 + Z8 + Z9 0,3195 + j0,1499 + 0, 0748 + j0, 2968 = 0,1641 + j0,5791 = 0, 6019∠74,17880 Z12 = Z9 + Z10 + ; α22=15,82120 Z9 Z10 Z8 = 0, 0748 + j0, 2968 + 0, 0536 + j0, 4354 + (0, 0748 + j0, 2968).(0, 0536 + j0, 4354) 0,3195 + j0,1499 = −0,1344 + j1, 0073 = 1, 0162∠97,59980 ; α12=-7,59980 Đặc tính công suất ngắn mạch: P1II = E1' sin α11 E1' E '2 1, 22552.sin(24, 74960 ) 1, 2255.1,1643 + sin(δ12 − α12 ) = + sin(δ12 + 7,59980 ) Z11 Z12 0,5167 1, 0162 = 1, 2169 + 1, 4041.sin(δ12 + 7,59980 ) P2II = E '2 sin α 22 E1' E '2 1,16432.sin(15,82120 ) 1, 2255.1,1643 − sin(δ12 + α12 ) = − sin(δ12 − 7,59980 Z22 Z12 0, 6019 1, 0162 = 0, 614 − 1, 4041.sin(δ12 − 7,59980 ) Công suất thừa tác động lên máy phát điện ngắn mạch là: ∆P1II = P10 − P1II = 1,5217 − 1, 2169 − 1, 4041.sin(δ12 + 7,59980 ) = 0,3048 − 1, 4041.sin(δ12 + 7,59980 ) ∆P2II = P20 − P2II = 0, 7635 − 0, 614 + 1, 4041.sin(δ12 − 7,59980 ) = 0,1495 + 1, 4041.sin(δ12 − 7,59980 ) 13.4 Tính góc cắt δcắt thời gian cắt tcắt 13.4.1 Tính α12 α’12 -Gia tốc riêng gia tốc tương đối nhà máy điện gia tốc tương đối ngắn mạch: α1=18000.∆P1II/Tj1=18000.[1,4649-0,3624.sin(δ12+1,62870)]/32 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 105 (a) Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” =824,0062-203,85.sin(δ12+1,62870) α2=18000.∆P1II/Tj2=18000.[0,2597+0,3624.sin(δ12-1,62870)]/18,25 (b) =212,4818+296,5091.sin(δ12-1,62870) α12=α1-α2=611,5244-203,85.sin(δ12+1,62870)-296,5091.sin(δ12-1,62870) (c) -Gia tốc riêng gia tốc tương đối nhà máy điện gia tốc tương đối sau ngắn mạch: α’1=18000.∆P1III/Tj1=18000.[0,3048-1,4041.sin(δ12+7,59980)]/32 =171,45-789,8062.sin(δ12+7,59980) α’2=18000.∆P1III/Tj2=18000.[0,1495+1,4041.sin(δ12-7,59980)]/18,25 =122,3182+1148,8091.sin(δ12-7,59980) α’12=α’1-α’2=49,1318-789,8062.sin(δ12+7,59980)- 1148,8091.sin(δ12-7,59980) -Thay giá trị δ12 từ 100 trở lên vào công thức ta có bảng kết quả: Bảng13.1: Bảng biểu diễn kết α12 α’12 δ12 α1 α2 α12 α’1 α’2 α’12 100 782,916 255,65 527,267 -67,361 170,429 -237,79 200 748,869 305,934 442,935 -194,462 369,012 -563,474 300 717,105 353,378 363,727 -310,444 560,099 -870,543 400 688,589 396,541 292,047 -411,785 737,884 -1149,669 500 664,187 434,112 230,075 -495,404 896,966 -1392,37 600 644,641 464,949 179,693 -558,761 1032,51 -1591,271 700 630,546 488,114 142,431 -599,931 1140,399 -1740,33 800 622,328 502,905 119,423 -617,663 1217,353 -1835,017 900 620,239 508,871 111,367 -611,419 1261,036 -1872,455 1000 624,34 505,832 118,509 -581,387 1270,119 -1851,506 1100 634,509 493,879 140,63 -528,48 1244,327 -1772,808 1200 650,435 473,376 177,059 -454,307 1184,444 -1638,751 1300 671,635 444,946 226,689 -361,12 1092,288 -1453,408 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 106 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” 1400 697,465 409,453 288,012 -251,752 970,66 -1222,411 1500 727,14 367,975 359,165 -129,524 823,255 -952,78 1600 759,758 321,772 437,986 1,848 654,553 -652,705 1700 794,328 272,249 522,08 138,374 469,68 -331,306 1800 829,8 220,909 608,891 275,904 274,252 1,653 1900 865,096 169,314 695,782 410,261 74,207 336,054 2000 899,143 119,03 780,113 537,362 -124,376 661,737 13.4.2 Tính δcắt phương pháp diện tích -Để xác định góc cắt δcắt ta phải xác định góc giới hạn δgh -Theo kết bảng 13.1 ứng với α’12=0 δ12= δgh α’12= 49,1318-789,8062.sin(δgh+7,59980)- 1148,8091.sin(δgh-7,59980)=0 =>789,8062.sin(δgh+7,59980)+ 1148,8091.sin(δgh-7,59980)=49,1318 =>1921,5865.sinδgh-47,4792.cosδgh=49,1318 (1) -Đặt sinδgh= t (*) => cosδgh= − t -Thay vào phương trình (1) ta được: 1921,5865t-47,4792 − t =49,1318 =>1921,5865t-49,1318=47,4792 − t =>3692494,293.t2-188822,007.t+159,6594=0 (2) Giải phương trình (2) ta kết quả: t1=0,0503 ; t2= 0,0008 Thay vào (*) ta được: δgh1= arcsin(0,0503)= 2,88320 δgh2= arcsin(0,0008)=179,95420 Theo kết bảng 13.1 ta chọn δgh=179,95420=3,1408 rad Theo kết mục 12.4 ta có δ120= -3,310=-0,0578 rad Tính góc cắt δcắt phương pháp điện tích, góc cắt bao đảm hệ thống ổn định động góc thỏa mãn diện tích gia tốc diện tích hãm tốc: Fgt=Fht Dựa vào đường cong gia tốc tương đối ta có biểu thức giải tích: δ12 cat ∫ δ120 α12 dδ12 + δgh ∫ α12' dδ12 = δ12 cat SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 107 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” δ12 cat ∫ [611,5244 − 203,85.sin(δ12 + 1, 6287 ) − 296,5091.sin(δ12 − 1, 6287 )].dδ12 δ120 δgh + ∫ 49,1318 − 789,8062.sin(δ12 + 7,59980 ) − 1148,8091.sin(δ12 − 7,59980 )].dδ12 = δ12cat => 611,5244(δ12cắt - δ120)-203,85.[cos(δ12cắt+1,62870)-cos(δ120+1,62870)] -296,5091.[cos(δ12cắt-1,62870)-cos(δ120-1,62870)]+49,1318(δgh - δ12cắt) -789,8062.[cos(δgh+7,59980)-cos(δ12cắt+7,59980)]- 1148,8091.[cos(δgh-7,59980) -cos(δ12cắt-7,59980)]=0 => 562,3926.δ12cắt-203,85.cos(δ12cắt+1,62870)- 296,5091.cos(δ12cắt-1,62870) +789,8062.cos(δ12cắt+7,59980)+1148,8091.cos(δ12cắt-7,59980)-377,8449=0 => 562,3926.δ12cắt+1421,4295.cosδ12cắt+44,8456.sinδ12cắt -377,8825=0 Đặt: F=562,3926.δ12cắt+1421,4295.cosδ12cắt+44,8456.sinδ12cắt-377,8825 (1) Lấy đạo hàm hai vế, ta được: F' = 562,3926 − 1421, 4295.sin δ12cat + 44,8456.cosδ12cat (2) Đây phương trình phi tuyến, giải phương trình phương pháp lặp Newton – Raphson với công thức lặp: k k +1 k k F' (δ12 ).(δ12 − δ12 ) + F(δ12 )=0 (3) (0) Chọn δ21 = 2,35rad; ε = 0,005 thay vào phương trình (1) (2) ta được: F(2,35rad) = -23,2105 ; F’(2,35rad) =-480,4302 Thay vào (3), ta được: (1) δ12 = 2,3017rad (1) (0) ∆δ(1) 21 = δ 21 − δ 21 = 2,35 − 2,3017 = 0, 0483 > ε Thay δ(1) 21 = 2,3018rad vào phương trình (1) (2), ta được: F (2,3017rad) = 1,1023 ; F’(2,3017rad) = -525,8996 Thay vào (3), ta được: δ(2) 21 = 2,3038rad (2) (1) ∆δ(2) 21 = δ 21 − δ 21 = 2,3038 − 2,3017 = 0, 0021 < ε = 0, 005 Vậy: δ12cat = 2,3038rad = 132 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 108 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” Từ kết tính toán ta vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc gia tốc tương đối vào góc tương đối hình vẽ sau: α12(α’12) α12=f(δ12) 800 α’12=f(δ12) 400 80 80 δgh 20 0 40 60 0 80 100 120 0 140 160 180 2000 δ12 δ12căt 400 800 1200 1600 2000 13.4.3 Tính tcắt phương pháp phân đoạn liên tiếp - Với: ∆t=0,05 (s) δ120=-3,310 - Ta chọn thời điểm ban đầu t0=0 (s) - Các công thức sử dụng: + Cho phân đoạn 1: Vì t0=0 (s) nên ta có: t1=∆t ∆δ121=α120 ∆t 2 δ121=δ120+∆δ121 Cùng với việc sử dụng công thức (a), (b), (c) ta tính cho phân đoạn1như sau: t1=1.∆t=0,05 (s) δ120= -3,310 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 109 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” α1=829,987 α2=186,955 α120=α1-α2 =643,032 ∆δ121= α120 ∆t 0, 052 =643,032 =0,80380 2 δ121=δ120+∆δ121= -3,310+0,80380=-2,50620 + Cho phân đoạn i ti = i.∆t ∆δ12i=∆δ12i-1+ α12i-1.∆t2 δ12i=δ12i-1+∆δ12i - Áp dụng công thức tính cho phân đoạn tiếp theo: + Phân đoạn 2: t2=2.∆t=0,1 (s) δ121= -2,50620 α1=827,128 α2=191,102 α121=636,026 ∆δ122= ∆δ121+ α121.∆t2 =0,80380+636,026.0,052 =2,39390 δ122=δ121+∆δ122= -2,50620+2,39390= -0,11230 + Phân đoạn 3: t3=3.∆t=0,15 (s) δ122= -0,11230 α1=818,612 α2=203,473 α122=615,138 ∆δ123= ∆δ122+ α122.∆t2 =2,39390+615,138.0,052=3,93170 δ123=δ122+∆δ123= -0,11230+3,93170= 3,81940 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 110 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” + Phân đoạn 4: t4=4.∆t=0,2 (s) δ123= 3,81940 α1=804,652 α2=223,816 α123=580,836 ∆δ124= ∆δ123+ α123.∆t2=3,93170+580,836.0,052=5,38380 δ124=δ123+∆δ124= 3,93170+5,38380=9,31550 + Phân đoạn 5: t5=5.∆t=0,25 (s) δ124= 9,31550 α1=785,305 α2=252,142 α124=533,162 ∆δ125= ∆δ124+ α124.∆t2=5,38380+533,162.0,052=6,71670 δ125=δ124+∆δ125= 9,31550+6,71670= 16,03220 + Phân đoạn 6: t6=6.∆t=0,3 (s) δ125= 16,03220 α1=762,162 α2=286,238 α125=475,923 ∆δ126= ∆δ125+ α125.∆t2=6,71670+475,923.0,052=7,90650 δ126=δ125+∆δ126= 16,03220+7,90650=23,93870 + Phân đoạn 7: t7=7.∆t=0,35 (s) δ126= 23,93870 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 111 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” α1=736,03 α2=325,042 α126=410,988 ∆δ127= ∆δ126+ α126.∆t2=7,90650+410,988.0,052=8,9340 δ127=δ126+∆δ127= 23,93870+8,9340=32,87270 + Phân đoạn 8: t8=8.∆t=0,4 (s) δ127= 32,87270 α1=708,54 α2=366,276 α127=342,264 ∆δ128= ∆δ127+ α127.∆t2=8,9340+342,264.0,052=9,790 δ128=δ127+∆δ128= 32,87270+9,790=42,66270 + Phân đoạn 9: t9=9.∆t=0,45 (s) δ128= 42,66270 α1=681,656 α2=407,142 α128=274,514 ∆δ129= ∆δ128+ α128.∆t2=9,790+274,514.0,052=10,47630 δ129=δ128+∆δ129= 42,67270+10,47630=53,1490 + Phân đoạn 10: t10=10.∆t=0,5 (s) δ129= 53,1490 α1=657,477 α2=444,598 α129=212,879 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 112 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” ∆δ1210= ∆δ129+ α129.∆t2=10,47630+212,879.0,052=11,00850 δ1210=δ129+∆δ1210= 53,1490+11,00850=64,15750 + Phân đoạn 11: t11=11.∆t=0,55 (s) δ1210= 64,15750 α1=638,091 α2=475,557 α1210=162,533 ∆δ1211= ∆δ1210+ α1210.∆t2=11,00850+162,533.0,052=11,41480 δ1211=δ1210+∆δ1211= 64,15750+11,41480=75,57190 + Phân đoạn 12: t12=12.∆t=0,6 (s) δ1211= 75,57190 α1=625,222 α2=497,423 α1211=127,798 ∆δ1212= ∆δ1211+ α1211.∆t2=11,41480+127,798.0,052=11,73430 δ1212=δ1211+∆δ1212= 75,57190+11,73430=87,30620 + Phân đoạn 13: t13=13.∆t=0,65 (s) δ1212= 87,30620 α1=620,191 α2=508,148 α1212=112,044 ∆δ1213= ∆δ1212+ α1212.∆t2=11,73430+112,044.0,052=12,01440 δ1213=δ1212+∆δ1213= 87,30620+12,01440=99,32060 + Phân đoạn 14: SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 113 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” t14=14.∆t=0,7 (s) δ1213=99,32060 α1=623,867 α2=506,323 α1213=117,544 ∆δ1214= ∆δ1213+ α1213.∆t2=12,01440+117,544.0,052=12,30830 δ1214=δ1213+∆δ1214= 99,32060+12,30830=111,62890 + Phân đoạn 15: t15=15.∆t=0,75 (s) δ1214=111,62890 α1=636,721 α2=491,109 α1214=145,612 ∆δ1215= ∆δ1214+ α1214.∆t2=12,30830+145,612.0,052=12,67230 δ1215=δ1214+∆δ1215= 111,62890+12,67230=124,30120 + Phân đoạn 16: t16=16.∆t=0,8 (s) δ1215=124,30120 α1=658,942 α2=462,074 α1215=196,867 ∆δ1216= ∆δ1215+ α1215.∆t2=12,67230+196,867.0,052=13,16450 δ1216=δ1215+∆δ1216= 124,30120+13,16450=137,46570 Kết tính toán phân đoạn biểu diễn bảng sau: Bảng 13.2: Bảng tổng hợp kết tính tcắt t(s) δ12 t(s) δ12 -3,310 0,45 53,1490 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 114 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” 0,05 -2,5060 0,5 64,15750 0,1 -0,11230 0,55 75,57190 0,15 3,81940 0,6 87,30620 0,2 9,31550 0,65 99,32060 0,25 16,03220 0,7 111,62890 0,3 23,93870 0,75 124,30120 0,35 32,87270 0,8 137,46570 0,4 42,66270 Từ kết tính toán ta vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc góc cắt thời gian cắt hình vẽ sau: δ12 1400 132 120 0 100 80 60 0 40 20 tcắt = 0,77939s 0 0,1 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 115 0,7 0,8 t(s) Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” Dựa vào đồ thị biểu diễn mối quan hệ tcắt δ12 ta xác định thời gian cắt: tcắt=0,77939(s) SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 116 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” KẾT LUẬN CHUNG Trong phần đồ án, em hoàn thành việc tính toán, thiết kế khảo sát cho lưới điện khu vực hoàn chỉnh Từ số liệu đầu bài, sau tính toán cân công suất tác dụng phản kháng, sơ xác định chế độ làm việc hai nhà máy, em vạch năm phương án nối dây Để so sánh chọn phương án tối ưu, em chọn tiết diện dây dẫn, xác định tổn thất điện áp, tổn thất công suất vốn đầu tư Cuối cùng, em chọn phương án tổi ưu phương án một, tiến hành tính toán xác chế độ cực đại, cực tiểu cố, cân công suất xác toàn hệ thống Căn vào việc tính toán điện áp nút, em chọn máy biến áp với đầu phân áp phù hợp Phần hai đồ án thực việc khảo sát ổn định động cho lưới điện thiết kế Trong đó, em tiến hành nghiên cứu độ ổn định hệ thống xảy ngắn mạch hai pha chạm đất đầu đường dây nhà máy nhiệt điện Sau lập sơ đồ thay thế, tính toán chế độ xác lập ban đầu, tính đặc tính công suất ngắn mạch sau ngắn mạch, từ em xác định góc cắt thời gian cắt cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định Hy vọng đồ án tốt nghiệp em tài liệu tham khảo hữu ích phục vụ việc học tập bạn sinh viên chuyên ngành hệ thống điện công tác giảng dạy môn lưới điện ổn định SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 117 Lớp Đ1-H2 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Văn Hòa- Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp–Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2007 Phạm Văn Hòa – Ngắn mạch đứt dây hệ thống điện-Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006 Nguyễn Văn Đạm- Thiết kế mạng hệ thống điện –Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006, 302tr Trần Bách- Lưới điện hệ thống điện tập 1-Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ngô Hồng Quang- Sổ tay tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV-Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002, 389tr PGS Nguyễn Hữu Khải- Thiết kế Nhà máy điện Trạm biến áp-Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2001, 154tr PGS.TS Trần Bách- Ổn định hệ thống điện-Nhà xuất Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2001, 232tr Lưới điện tập 1, 2- Trường Đại học Điện Lực, 2004 SVTH: Nguyễn Tiến Hùng 118 Lớp Đ1-H2