Phân tích chế độ xác lập hệ thống điện giáo trình dùng cho sinh viên, học viên cao học các trường đại học kỹ thuật, chuyên ngành hệ thống điện phạm văn hòa, phương hoàng kim, nguyễn ngọc trung pdf

NGUYEN NGOQC TRUNG PHAN TICH CHE DO XAC LẬP HE THONG DIEN e Tính toán thiết kế lưới điện e Tính toán chế độ xác lập bệ thông điện e Phân tích chế độ làm việc của đường dây dài e Hệ

PGS TS PHAM VAN HOA (Chi bién)

TS PHUONG HOANG KIM ThS NGUYEN NGOC TRUNG

PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LAP

HỆ THÔNG ĐIỆN TRUNG QUOC

Tram 500kV (- 2010) Tram 500kV hien co

Tram 220kV hien co NMTTD hien có

NMND hien co

THU’ VIEN OH NHA TRANG > Hac Mag?

|ÌÌllllll

3000024367

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA - HÀ NỘI

<<

PGS TS PHẠM VĂN HOÀ (Chủ biên)

TS PHƯƠNG HOÀNG KIM ThS NGUYEN NGOQC TRUNG

PHAN TICH CHE DO XAC LẬP

HE THONG DIEN

e Tính toán thiết kế lưới điện

e Tính toán chế độ xác lập bệ thông điện

e Phân tích chế độ làm việc của đường dây dài

e Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS

e Cơ khí đường dây

Giáo trình dùng cho sinh viên, học viên cao học các trường Đại học học kỹ thuật, chuyên ngành Hệ thông điện

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA - HÀ NOI

1 Hệ thống điện 2 Tính toán 3 Thiết kế 4 Giáo trình

621.31 - del4

BKB0016p-CIP

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển các hệ thống điện là tập trung hoá sản xuất điện năng,

trên cơ sở các nhà máy điện lớn phát triển hợp nhất thành hệ thống lớn phức

tạp bao gồm cả các đường dây tải điện cao áp và siêu cao áp Do vậy việc

tính toán thiết kế, phân tích các chế độ xác lập đối với chúng đòi hỏi có các

phương pháp tính toán hiện đại, đặc biệt lập trình tính toán bằng máy tính;

sử dụng các kỹ thuật điện tử công suất trong điều khiển nâng cao chất lượng điện cho hệ thống truyền tải điện là yêu cầu nhất thiết đối với sinh viên, kỹ

sư, học viên cao học và các nghiên cứu viên chuyên ngành “Hệ thống điện” Giáo trình “Phân tích chế độ xác lập Hệ thống điện” sẽ cung cấp các kiến thức cơ bản về các vấn dé nêu trên Nội dung giáo trình được tóm tắt

sơ lược qua các chương sau:

Chương I Phân tích tính toán thiết kế lưới điện

Chương này giới thiệu nội dung chính cho một thiết kế lưới điện khu

vực, từ đó bê sung một số kiến thức phục vụ cho thiết kế như: tính toán cân bằng công suất trong hệ thống điện, xây dựng các phương án nối dây, chọn

thiết diện dây dẫn và tính toán kinh tế — kỹ thuật để chọn phương án tối ưu

Chương 2 Tỉnh toán chế độ xác lập hệ thống điện phức tạp

Nội dung của chương này là giới thiệu các hệ phương trình mô tả chế

độ xác lập hệ thống điện, các phương pháp giải hệ phương trình xác định các thông số chế độ cùng với các thuật toán hiện đại và sơ đồ khối để lập trình cho máy tính

Chương 3 Đường dây siêu cao áp và hệ thỗng truyền tải điện

Trong chương này phân tích và tính toán chế độ đường dây đồng nhất

(không có các thiết bị bù) và hệ thống truyền tải siêu cao áp (bao gồm các

đường đây, máy biến áp và các thiết bị bù), nêu các biện pháp bù dọc và bù

ngang nâng cao hiệu quả tải điện của đường dây siêu cao áp

Chương 4 Hệ thông truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS

Trong chương này giới thiệu các thiết bị điện tử công suất hiện đại được

cài đặt trong các hệ thống truyền tải điện để điều khiển linh hoạt, tác động nhanh đảm bảo ổn định và nâng cao chất lượng điện cho hệ thống điện.

Chương 5 Tính toán cơ khí đường dây trên không

Chương 5 đề cập một số kiến thức cơ bản về cơ khí đường dây trên

không như: tỷ tải cơ học đối với đường dây trên không, độ võng, độ dài dây

dẫn trong khoảng vượt và khoảng cột tới hạn

Giáo trình này được dùng cho sinh viên đại học, học viên cao học chuyên ngành hệ thống điện trong các trường đại học, nó còn có thể hữu ích cho các nghiên cứu sinh, cán bộ kỹ thuật và kỹ sư hoạt động trong lĩnh vực này

Tậ ập thê tác giả rất mong bạn đọc gửi những ý kiến nhận xét và góp

ý về cuốn sách theo địa chỉ: Phạm Văn Hoà, Trường Đại học Điện lực,

235 Hoàng Quốc Việt, Email: hoapv@).epu.edu.vn

Xin chân thành cảm ơn

Thay mặt tập thể tác giả

PGS — TS PHAM VAN HOA

DANH MUC CAC CHU VIET TAT

FACTS Flexible AC Transmission | Thiết bị điều chỉnh hệ thống

Systems truyền tải điện xoay chiều

linh hoạt IPC Interphase Power Controller Thiết bị điều chỉnh công

suất riêng rẽ IPFC Interline Power Flow

Controller

PI Propotional Integral Khối tỷ lệ tích phân

POD Power Oscillation Damping Khối giảm dao động công suất

SPS Static Phase Shift Bộ chuyên bán dẫn tĩnh

SSG Static Synchronous May phat đồng bộ tĩnh

Generator SSSC Star > Synchronous Series Thiết bi bù đọc đồng bộ tĩnh

"*o; ậpensatoz SVC Stauc Var Compensator Máy bù tĩnh điều khiển bằng

“thyristor

wa 5

Static Synchronous Compensator

TCVL Thyristor Controlled Máy giới hạn điện áp điều

Voltage Limiter khién bang thyristor TCR Thyristor Controlled Reactor Khang dién diéu chinh

thyristor TCPAR | Thyristor — Controlled Phase | Thiét bi điều chỉnh góc pha

Argument Regulator điều khiến bằng thyristor TCPST Thyristor — Controlled May bién 4p chuyén pha

Phase Shifting Transformer diéu chinh bang thyristor

đóng cắt TCSC Thyristor Controlled Series | Tu bu doc diéu khién bang

TCSR Thyristor — Controlled Máy bù dọc điều khiển bằng

Series Reactor dién khang

TCVR Thyristor — Controlled | Máy điều chỉnh điện áp điều

Voltage Regulator khién bang thyristor TSC Thyristor Switched Bộ tụ đóng mở bằng

TSR Thyristor Switched Reactor | Khang đóng mở bang UPFC

thyristor TSSC Thyristor — Switched Series Máy bù dọc bằng tụ điện TSSR Thyristor — Switched Series | May bi doc bang khang điện

Reactor UPFC Unified Power Flow Thiết bị điều khiển công

Controller

Chương 1

PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THIẾT KÉ

LƯỚI ĐIỆN

§1.1 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA THIẾT KÉ LƯỚI ĐIỆN

Nội dung chính của thiết kế lưới điện bao gồm:

— Phân tích các phụ tải điện và tính toán cân bằng công suat;

— Xây đựng các phương án nối dây, tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án tối ưu;

~ Chọn máy biến áp và sơ đồ nói điện chính;

— Tính toán các chế độ vận hành đối với phương án tối ưu;

~— Tính toán chọn bù công suất phản kháng tại các nút phụ tải;

— Lựa chọn phương thức điều chinh điện áp tại các trạm biến áp;

~ Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho lưới điện

Trong chương Ì sẽ giới thiệu một số kiến thức tông hợp mang tính lý luận phục vụ cho tính toán thiết kế lưới điện, còn hướng dẫn chỉ tiết cho các nội dung nêu trên sẽ được đề cập trong giáo trình khác

§1.2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUÁT

TRONG HỆ THÓNG ĐIỆN

1.2.1 Cân bằng công suất trong trường hợp tông quát

Đặc điểm của hệ thống điện (HTĐ) là chuyên tải tức thời điện năng từ nguồn đến hộ tiêu thụ và không có khả năng tích trữ lại điện năng với một

lượng lớn, có nghĩa là quá trình sản xuất và tiêu thụ điện xảy ra đồng thời theo một nguyên tắc đảm bảo cân băng công suất Tại từng thời điêm của chế độ xác lập của hệ thống, các nguôn phát điện phải phát ra công suât đúng băng công suất tiêu thụ, trong đó bao gôm cả tôn thât công suât trong lưới điện

Xét trường hợp tổng quát HTĐ bao gồm các nhà máy điện và các phụ tải điện Sự cân bằng công suất phải được đảm bảo về công suất tác dụng cũng như công suât phản kháng Vân đề này được xem xét cụ thể như sau:

1 Cân bằng công suất tác dụng

Sự cân bằng công suất tác dụng được thể hiện bằng phương trình cân băng công suất như sau:

=P, =m=ZP,, +ZAP+=P,, + Py, (1.1) Trong đó:

=P, : tổng công suất tác dụng phát ra từ các nguồn;

=P: tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ cực đại;

m_ : hệ đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại;

SAP : tổng tốn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp,

Từ phương trình cân bằng nêu trên dé dàng xác định được tổng công

suất tác dụng phát ra từ các nguồn XP, khi đã biết công suất tác dụng của các phụ tải

2 Cân bằng công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất tác dụng được thể hiện bằng phương trình cân băng công suât như sau:

3Q; +Qÿ =m>Q,„ + XAQ; + XAQ, -ŠAQ,+>šQ„+Q¿ (1.2) Trong đó:

>Q;: Tổng công suất phản kháng các nguồn;

yl-cos’ 9, ` ĐÁ CÁ SA kee ,

- ————,cosọ, là hệ sơ cơng suât máy phát) COS,

(2Q; = Xtgo¿P;, tgọp =

>Q„: Tổng cơng suất phản kháng phụ tải;

AJ1—cos” S9 cos ola hé sơ cơng suất phụ tai) (2Q,, = ZtgoP,, tap = cos

xAQ,;: Tổng tên thất cơng suất phản kháng trong máy biến áp, cĩ giá trị khoảng 15% cla mZQ,,;

>AQ,,>AQ,: Tổng tơn that cơng suất phản kháng trên các đường dây

và tổng cơng suất phản kháng do chính các đường dây sinh ra Hai đại lượng này cĩ giá trị tương đương nhau, do vậy cĩ thể tính gần đúng trong tính tốn

cân bằng cơng suất là 5À, - XÀ, =0

LQ! Tổng cơng suất phản kháng tự dùng trong các nguồn phát điện;

Vậy từ phương trình cân bằng (1.2) dé dàng xác định được tổng cơng suất bù cưỡng bức Từ lượng cơng suất bù tổng này đem phân chia bù tại các phụ tải theo nguyên tắc: hộ phụ tải càng cĩ cos@ thấp và cảng xa thì càng được phân chia bù cơng suất phản kháng nhiêu, nhưng hệ SỐ COSQ@ khơng được quá 0,95

Vĩ dụ 1.1

Tổng phụ tải đã xét đến hệ số đồng thời cĩ giá trị là 348 + j215,76)

MVA Để cấp cho tổng phụ tải này dự định xây dựng hai nhà máy nhiệt điện như sau:

NĐI: 3x100MW; cos ø; = 0,8; cosø,„ = 0,75 NbD2: 3x50MW; cos@, = 0,8; cos@,, = 0,75 Liệu hai nhà máy trên đã đảm bảo cân bằng công suất với phụ tải hay không?

2 Cân bằng công suất phản kháng

tg # = WTO 0,75: t +41-0,8 ng BP _ x1-0,75? = 0,882: 025

XQ, = 0,75.444,67 = 333,50 MVAR; m=Q,, = 215,76 MVAR;

LAQ, = 15%.215,76 = 32,36 MVAR;

Q,, = 0,75 34,8 = 26,1 MVAR

Từ phương trình cân bằng (1.2) tính được công suất bù sơ bộ là:

0ÿ = (mEQ„ + XAO; + XÓ„ + Q„)~EQ, =

= (215,76 + 32,36 + 0,1.0,882.400, 2 + 26,1) -333,5

=—23,98MVAR Vậy không cần bù công suất phản kháng, tự nguồn công suất phản kháng của nhà máy đảm bảo cấp đủ cho phụ tải.

1.2.2 Cân bằng công suất trong trường hợp nhà máy nối

hệ thống

Trên thực tế rất ít khi có trường hợp thiết kế một HTĐ hoàn toản mới,

mà thường xảy ra trường hợp thiết kế một nhà máy nối với HTĐ đã có

Trong trường hợp này việc tính toán cân bằng công suất có đặc thù riêng

của nó Thật vậy, để cấp điện cho một số phụ tải, thuận tiện nhất là xây

dựng thêm một nhà máy điện cho chúng nếu có điều kiện Nhà máy nảy

được kết nối với HTĐ đã có nhằm hỗ trợ công suất cùng hệ thông: nhà máy

cấp điện cho các phụ tải không đủ thì cần thiết lây công suất từ hệ thống về,

ngược lại nếu nhà máy có công suất dư thừa thì nó lại cấp công suất thêm cho

hệ thống Do vậy các phương trình cân bằng công suất tác dụng cũng như

công suất phản kháng còn tham gia công suất hệ thống; cụ thể như dưới đây

1 Cân bằng công suất tác dụng

Phương trình cần bằng (1.1) trong trường hợp này sẽ trở thành như sau:

Trong đó:

P;: công suất tác dụng phát ra từ nhà máy;

P„ : công suất tác dụng tự dùng nhà, giá trị của nó phụ thuộc vào loại

nhà máy: nhà máy thủy điện có giá trị 0,8 đến 1,5% Pr, nhà máy nhiệt điện

là từ 7 đên 15% Pr;

Phr : công suất lấy từ/phát về hệ thống

Các đại lượng khác như cũ (xem mục 1.2.1)

Từ phương trình cân bằng nêu trên dé dàng xác định được tổng công

suất tác dụng lẫy từ/phát về hệ thống

2 Cân bằng công suất phân kháng

Trong trường hợp “nhà máy — hệ thống” này, phương trình cân bằng

1—cos? , ,

= yes OF cos @; là hệ sô công suât máy phát)

(Q;= tp@rP;, tg@p =

COS, Q,,: tong céng suat phản kháng tự dùng trong các nguồn phát điện;

(Qi = t8Piu3 BP = —————D——,cos @, là hệ số công suất của COS G4

tự dùng)

Qur : công suất lấy từ/phát về hệ thống;

4Jl—cos” @r

COSOr của hệ thống, thường có giá trị khoảng 0,9)

(Qụr =tg0urPuy;tE0g+ = „cosœ,„ là hệ số công suất

Các đại lượng khác như cũ (xem mục 1.2.1)

Từ phương trình cân bằng (1.4) dễ dàng xác định được tổng công suất

bù sơ bộ Qÿ Từ lượng công suất bù tổng này đem phân chia bù tại các phụ tải theo nguyên tắc: hộ phụ tải càng có cosø thấp và càng xa thì càng được phân chia bù công suất phản kháng nhiều, nhưng hệ số cosg không được quá 0,95

12

Vi du 1.2

Tổng phụ tải đã xét đến hệ số đồng thời có giá trị là (362 + j224) MVA

Để cấp cho tổng phụ tải này dự định xây dựng nhà máy nhiệt điện như sau:

NDI: 3x100MW; cosø,= 0,85; cosg,,=0,7

Nhà máy được nối với HTĐ

Hãy tính toán cân bằng công suất

2 Cân bằng công suất phản kháng:

Từ phương trình cân bằng (1.4) tính được công suất bù sơ bộ là:

QF =(m=Q,, + ZAQ, + Qiu + Qi) ~ (Qe + Qur) =

= (224 + 33,6 + 0,882.30 + 17,52) — (186 + 56,29)

= 59,29 MVAR Vậy cần bù công suất phản kháng là 59,29 MVAR

1.2.3 Cân bằng công suất trong trường hợp trạm biến

áp cấp điện cho các phụ tải

Tại các khu vực thường thiết kế một trạm điện cấp cho các phụ: tải của khu vực đó, mà trạm điện được cấp điện từ hệ thống Giả thiết việc cấp điện

từ hệ thống cho trạm điện là không hạn chế, tức là đáp ứng hoàn toàn công suất cho các phụ tải Khi đó việc tính toán cân bằng công suất tác dụng cũng như công suất phản kháng là như dưới đây

1 Cân bằng công suất tác dụng

Trong trường hợp trạm biến áp cấp điện cho các phụ tải khu vực thì công suất trạm Prrạm chỉ cấp công suất cho các phụ tải cộng thêm tôn thất trong lưới, phần tự dùng của trạm là không đáng kể, còn công suất dự phòng

là không phải xét vì đây chỉ là cấp điện nội bộ khu vực Do vậy:

Pram = MEP, + ZAP (1.5)

2 Can bang céng suat phan khang

Phuong trinh can bang céng suất phản kháng trong trường hợp này đơn giản như sau:

Hãy xác định công suất trạm cần có để đảm bảo cấp điện cho các phụ tải

( Qriam = tg Pram P Tram? tg Trạm =

12 P tam = —— = 0,62; Oram = 0,62.162,75 = 100,91 MVAR

m=Q,, = 96 MVAR; ZAQ, =15%.96 = 14,4 MVAR;

O; = (96 +14,4)-100,91=9,49 MVAR

Vay can bi công suất phản kháng là 9,49 MVAR

§1.3 CHỌN THIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ DÂY CÁP ĐIỆN

Dây dẫn và dây cáp là một thành phần chủ yếu của lưới điện Thiết

diện dây và dây cáp được lựa chọn theo những tiêu chuẩn kỹ thuật cũng như kinh tế Tùy theo loại lưới điện và cấp điện áp mà ta phải theo tiêu chuẩn

nào là chính, là bắt buộc, còn tiêu chuẩn khác là phụ, là để kiểm tra

Sau đây sẽ giới thiệu một số chỉ tiêu về chọn thiết diện dây dẫn và áp

dụng chúng cho từng loại lưới điện

14

1.3.1 Các chỉ tiêu lựa chọn tiết diện dây dẫn

1 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện

Mật độ kinh tế của dòng điện J„ là một giá trị dòng mà 1 mmỶ dây dẫn

mang tải sẽ đem lại chi phí tính toán là nhỏ nhất Ta sẽ xem xét chỉ tiết hơn

về đại lượng này

Trước hết xét vốn đầu tư đường dây V Vốn đầu tư V phụ thuộc vào chiêu dài đường dây, cụ thê là:

Trong đó: vạ: von dau tu 1 km đường dây (đ/km);

£ : chiều đài đường dây (km)

Vốn đầu tư vọ cho ¡ km đường dây bao gồm các chỉ phí không liên quan đến tiết diện đây dẫn như chỉ phí thăm dò, đền bù, chuẩn bị thi công, cột điện, sứ cách dién, va chi phí tý lệ thuận với tiết diện dây dẫn Do vậy

ta có thể biểu diễn V bằng biêu thức sau:

Trong do:

a: chi phí xây dựng 1 km đường dây phần không liên quan đến

tiết diện dây (đ/km);

b: hệ số biếu diễn quan hệ giữa vốn đầu tư xây dựng | km

đường dây với tiết diện dây dẫn E (đ/km.mm)

Phí tổn do tổn thất điện năng trên đường dây trong toàn năm được thể hiện qua công thức sau:

=B.AA =B.AP,„„.e = B.317„„.R.+ = 3122, pos (1.8)

Trong đó:

I„a„ : dòng điện làm việc max trên đường day (A);

p :dién trở suất của dây dẫn (O.mm */km);

B : gid dién nang tén that (đ/KWh);

F : tiết diện dây dẫn (mm);

1 : thời gian tổn thất công suất cực đại (giờ/năm)

Phí tổn vận hành hàng năm của đường dây:

Vậy cuối cùng ta có hàm chỉ phí tính toán hàng năm:

Z„=Y+a¿„V =Ía„ +a„ )(a + bF)/ + 8.312 pos (1.10)

Trong do:

ai : hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn Hệ số này thể hiện chỉ phí hàng năm thu hồi vốn, còn gọi là chiết khẩu hao mòn

Từ (1.10) ta thấy rằng hàm chi phí tính toán phụ thuộc vào tiết diện

dây dẫn Để xác định tiết điện dây dẫn đảm bảo hàm chỉ phí tính toán mịn,

ta lấy đạo hàm Z„ theo F và cho triệt tiêu, ta có:

St eF (ay, +a,.) b¢- foo OF, =1 F? kt max [— b(a,, +a,)

Vậy mật độ kinh tế đòng điện là:

Từ công thức (1.11) có thể đưa ra một số nhận xét như sau:

e Mật độ kinh tế của đòng điện không phụ thuộc vào điện áp của mạng;

e Trị số mật độ kinh tế dòng điện phụ thuộc rất nhiều yếu tố, thay đỗi

theo tình hình phát triển kinh tế và chính sách của từng nước Trị số mật độ

kinh tế dòng điện có thể tra cứu ở các tài liệu hướng dân thiệt kê lưới điện hay tham khảo bang 1.1;

e Từ mật độ kinh tế dòng điện có thế tính toán chọn tiết diện dây dẫn

Bảng 1.1 Mật độ kinh tế dòng diện, A/mm?

Mật độ kinh tế ứng Tmax, (giờ)

Loại dây dẫn 1000 - 3000 | 3000 - 5000 | > 5000

1 Dây dẫn và thanh dẫn trần

l6

— bằng nhôm, nhôm lõi thép 13 1,1 1,0

2 Cáp cách điện bằng giấy, lõi

2 Các chỉ tiêu kỹ thuật khi lựa chọn tiết diện dây dẫn

* Chỉ tiêu về vâng quang điện

Một tiết diện dây dẫn được chọn phải đảm bảo tổn thất do vầng quang

là châp nhận được Điều kiện này được thể hiện qua chỉ tiêu tiết diện tối

thiểu hay điện áp vâng quang tôi thiêu như đưới đây

— Chỉ tiêu tiết diện tối thiểu: tiết điện dây dẫn phải đảm bảo lớn hơn

tiết diện tối thiểu, F > F„„ Tiết diện tối thiểu Fmạ theo quy định là dây dẫn

AC-70 đối với điện áp định mức lưới 110 kV, AC-95 khi điện áp 220 kV

— Chỉ tiêu điện áp vằng quang tối thiểu:

a

Uy, =84mz.lg—>Ui„j; KV (1.12)

Trong đó:

m: hệ số xù xì (độ nhãn) của dây dẫn;

(dây dẫn một sợi m = 0,83 + 0,98, nhiều sợi vặn xoắn m = 0,83 + 0,87)

r : bán kính ngoài của dây dẫn (cm);

a: khoảng cách giữa các pha của dây dan

Công thức (1.12) tinh Uv, áp dụng khi các dây dẫn ba pha bố trí trên

đỉnh tam giác đều; Nếu chúng đặt trên cùng mặt phẳng thì đối với pha giữa

giảm 4%, còn hai pha bên tăng thêm 6%

* Chỉ tiêu về phát nóng

Một tiết diện dây dẫn được chọn còn phải đảm bảo về chỉ tiêu phát

nóng khi sự cố Khi có sự cố, chẳng hạn đối với mạch vòng bị sự cố một đoạn

nào đó hay khi dây lộ kép bị sự cố một lộ thì khi dé dong điện trên dây dẫn sẽ

là dòng điện cưỡng bức, lớn hơn lúc bình thường, dây dẫn phải chịu phát nóng hơn Vậy dây dẫn được chọn phải đảm bảo chỉ tiêu phát nóng như sau:

im <k,k,.1 (1.13)

Trong đó: I": dòng điện cưỡng bức lớn nhất;

cp

‘Ing _: dong điện cho phép của dây dẫn trong điều kiện chuẩn

(nhiệt độ 9,„ 25C), do nhà chế tạo cho;

kạ : hệ số xét sự đặt gần nhau của dây dẫn (nếu có), kạ= 0,92;

kị : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ

max

k, = Ine na (1.13a)

Đà —9„ Ộ

Trong đó: 0È: nhiệt cho phép lúc bình thường, 6= 70 °C;

9,„: nhiệt độ môi trường xung quanh (Việt Nam 0,,= 35 °C)

* Chỉ tiêu tồn thất điện áp

Khi một lưới điện đã được lựa chọn loại dây dẫn cũng như tiết diện của chúng thì nhật thiết ton that điện áp kế từ đầu nguôn tới phụ tải xa nhật phải đảm bảo nhỏ hơn một giá trị cho phép lúc bình thường cũng như lúc sự cô:

* Chỉ tiêu về ôn định nhiệt khi ngắn mạch

Đặc trưng về nhiệt đối với dây dẫn khi ngắn mạch là nhiệt độ cuối 6; (đơn vị là ”“C) và xung lượng nhiệt Bụ (đơn vị là A”sec) Cách xác định

-hai giá trị này sẽ được dé cập trong giáo trình khác Điều kiện ôn định nhiệt của dây dẫn khi ngăn mạch là:

B

0, S09 hay F24—* hay l„ <l„ = BC t (1.15)

cat Trong đó: 67: nhiệt độ cho phép khi ngắn mach,’C (xem bang 1.1)

F : tiết diện đây dẫn, mm”;

In : dong ngan mach, A;

teat : thoi gian tồn tại ngan mach, sec;

C _: hằng số, As!?/mm? (xem bang 1.2)

Bảng 1.2 Nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch và hằng số C

1 Đường dây tải điện trên không điện áp từ 35 kV trở lên

Lựa chọn tiết diện dây dẫn trên không điện áp từ 35 kV trở lên được

tiến hành qua các bước như sau:

~ Chọn tiết diện theo mật độ kinh tế dòng điện;

— Kiểm tra điều kiện vẳng quang (đối với điện áp 110 kV trở lên);

— Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự có đường dây;

— Tính toán tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố

2 Lưới điện cung cấp từ I kV đến 35 kV

Lựa chọn tiết diện dây dẫn trên không cho lưới điện cung cấp điện áp

từ 1 kV đến 35 kV được tiến hành qua các bước như sau:

~ Chọn tiết diện theo mật độ kinh tế dòng điện;

— Tính toán tổn thất điện áp lúc bình thường và khi gặp sự cố;

~ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi có sự cố đường dây

3 Đường dây cáp điện lực

Lựa chọn tiết diện dây cáp điện được tiến hành qua các bước như sau:

— Chọn loại cáp theo vị trí lắp đặt (trong ham cap, treo trên tường, chôn trong đât);

~ Chọn tiết diện cáp theo mật độ kinh tế dòng điện;

— Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc bình thường

Trong đó: Ij"*— dòng điện làm việc bình thường lớn nhất;

Các hệ số kị, kạ được tính như đã giới thiệu trong 3.I.1, riêng đối với tính kị theo công thức (1.13a) phải lấy 0,,= 45°C đối với Việt Nam khi cáp

chôn dưới đất

— Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố (đối với cáp lộ kép):

Trong đó: I”*: dòng điện cưỡng bức lớn nhất;

kạ: : hệ số quá tải cho cáp

Trong điều kiện làm việc bình thường, đòng điện qua cáp không vượt quá 80% dòng điện cho phép (đã hiệu chỉnh), khi sự cô có thê cho phép cáp quá tải 30% trong thời gian không quá 5 ngày đêm; kạ = ],3

~ Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch theo công thức (1.15)

§1.4 TÍNH TOÁN KINH TẾ ~ KỸ THUẬT CHỌN

PHƯƠNG ÁN TÓI ƯU

Bài toán tính toán kinh tế — kỹ thuật để chọn phương án tối ưu trong thiết kế lưới điện rất phong phú Trong khuôn khổ của giáo trình này chỉ

giới thiệu một phương pháp tính toán đơn giản: phương pháp hàm chi phi tính toán không xét yếu tổ thời gian, có nghĩa vốn đầu tư và xây dựng chỉ xảy ra trong một năm và chỉ phí vận hành hàng năm là cố định

20

Ham chỉ phí tính toán được thể hiện như sau:

Z=(a,, +a, JV+AAB (1.18)

B : giá điện năng tốn thất (d/kWh)

Trong trường hợp các phương án có cùng số lượng máy biến áp (MBA) thì trong tính toán vốn đầu tư V chỉ xét đầu tư cho đường đây Vốn đầu tư cho đường dây lộ đơn được tính theo công thức:

Trong đó: : độ dài đường dây (km);

vọ : suất vốn đầu tư cho 1 km đường dây (đ/km)

Suất vốn đầu tư cho 1 km đường dây bao gồm khảo sát, thiết kế, thi

AP, : tốn thất công suất tác dụng toàn lưới, bằng tổng tổn thất công

suất tác dụng các đoạn đây (KWh);

+ : thời gian tổn thất công suất cực đại, được tính theo công thức:

7 = (0,124 +10 Ta, ) 8760 (1.21)

Tmax : thoi gian sử dụng công suất cực đại trong năm

Phương án nào có hàm chỉ phí tính toán Z nhỏ thì là tối ưu, nếu các chỉ tiêu về kỹ thật đều đảm bảo Ngoài chỉ tiêu về kinh tế, phương án tối ưu còn thể hiện ở các chỉ tiêu kỹ thuật: tổn thất điện áp lúc bình thường cũng

như lúc sự cố, tổn thất công suất tổng, tin cậy

Chương 2

TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP

HE THONG ĐIỆN PHỨC TẠP '

§2.1 TONG QUAT CHUNG VE TINH TOAN CHE DO

XAC LAP HE THONG DIEN

2.1.1 Khái quát chung

Bài toán tính chế độ xác lập (CĐÐXL) hệ thống điện (HTĐ) nhằm xác

định dòng công suất, dòng điện trên các nhánh và điện áp tại các nút ứng với mỗi chế độ phụ tải cũng như công suất phát của các nguồn với các tổ hợp giá trị khác nhau Đối với HTĐ đơn giản công việc tính toán có thê thực hiện bằng tay, còn đối với HTĐ phức tạp nhiều nguồn, nhiều phụ tải, nhiều cấp điện áp với cầu trúc lớn bắt kỳ thì việc tính toán bằng tay không thê thực hiện được Khi đó cần có các phương pháp tính lập trình theo chương trình máy tính Tính toán chế độ xác lập HTĐ bằng các chương trình máy tính gồm hai vấn đề: lập hệ phương trình mô tả chế độ xác lập của HTĐ, giải hệ phương trình Trong chương này sẽ phân tích kỹ lưỡng hai vấn đề này

2.1.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống điện trong tính toán chế độ xác lập

Phân tích chế độ xác lập của hệ thống điện ba pha đối xứng được tiến

hành trên sơ đô thay thê một pha của hệ thông Sơ đô thay thê biêu diễn cau trúc hình học và các quá trình năng lượng của các phân tử trong hệ thông Các phần tử trong hệ thống điện được chia thành các phần tử tích cực

và các phân tử thụ động

Các phần tử tích cực là các máy phát điện và các phụ tải tiêu thụ điện năng Các phan tử thụ động là các đường dây trên không, Các đường đây cáp, các may biến áp trong các trạm, cũng như các thiết bị bù nối tiếp và bù song song Tat các các phan tử thụ động được giả thiết là tuyến tính

22

Thông thường, trong tính toán chế độ xác lập, các phần tử thụ động được biểu diễn bằng các sơ đồ thay thế hình I1, F các nhánh của các phần

tử thụ động trong sơ đồ thay thế được chia thành các nhánh dọc và các nhánh ngang Các nhánh ngang nối giữa các nút sơ đồ với trung tính, nghĩa

là nút có điện thế bằng không Các nhánh dọc nối với tất cả các nút, trừ nút

có điện thế bằng không, nghĩa là các nhánh dọc không nỗi với trung tính Các nhánh dọc gồm có điện trở tác dụng và cảm kháng của các đường dây truyền tải điện năng, các cuộn dây của các máy biến áp và dung kháng của các thiết bị bù nối tiếp Các nhánh ngang là tông dẫn của các đường dây truyền tải điện năng với đất, của các kháng và các tụ nối đất Trong một SỐ trường hợp, tổn thất công suất trong lõi thép của máy biến áp được biểu diễn

bằng tổng dẫn nối ngang

Trong tất cả các chương trình hiện đại dùng để tính toán chế độ xác lập, sơ đồ thay thế của hệ thông không quy về một cấp điện áp, đồng thời tính đến các tỷ số biến đổi phức của các máy biến áp Điều đó tương ứng VỚI giả thiết rằng, sơ đỗ thay thế của máy biến áp gồm có tông trở noi doc

và máy biến áp lý tưởng Nếu như có các máy biến áp điều chỉnh bé sung thì các suất điện động của chúng được tính trong tỷ số máy biến áp phức Cần lưu ý rằng, tính chính xác hơn các máy biến áp điều chỉnh bổ sung là van dé phirc tap, khong can xét dén trong khi tinh cac chế độ xác lập

Các phần tử tích cực của hệ thống điện là các máy phát trong các nhà máy điện, chúng phụ thuộc công suất tua bin P và suất điện động Eq tạo ra bởi hệ thống kích từ Trong trường hợp chung, cần xét các quan hệ bên trong của chính máy phát Trong tính toán lưới điện thường hay chỉ giới hạn đến nút đầu cực máy phát mà ở đó thể hiện bằng công suất phát của chúng Thực tế các thông số đầu ra của máy phát có liên quan rất mật thiết đến công suất tua bin và suất điện động tạo bởi kích từ của máy phát Các phương trình mô tả mối quan hệ bên trong cho mỗi máy phát là như sau:

Trong đó :

ồ :øóc lệch pha giữa điện áp thanh cái đầu cực máy phát và

sdd Eq;

o : hệ số điều chỉnh tĩnh của thiết bị điều chỉnh công suất tua bin;

Xa, Xq : các điện kháng máy phát thành phần dọc và ngang;

Eq, Eg : cac sdd của may phát thành phan trục ngang và sđđ cực an;

kụ,k,,k,„: các hệ số điều chỉnh điện áp, dong điện và tần số;

Pr, Qe : công suất tác dụng, phản kháng của máy phát

Khi hệ thống có nhà máy điều tần (tại nút cân bằng) tần số được giữ

không đổi (Ao = 0;P, = P„) có thể bỏ qua các phương trình liên quan đến công suất tác dụng trong (2.1) Với máy phát có Tự động Điều chỉnh Kích

từ (TĐK) tác động mạnh, cho phép chọn Kụ rất lớn thi E, thay đổi kịp thời đảm bảo độ lệch nhỏ giữa U và Uọ, nghĩa là có thé coi điện áp đầu cực máy phát không đổi; Khi đó có thể bỏ qua các phương trình có liên quan đến Q;,

có nghĩa là tại nút đó có một công suất phát phản kháng bình thường Với máy phát có TĐK tác > dong ty lé, sdd E’ q khong di sau khang dién X’4, cdc phuong trinh (2 1) vẫn có thê được bỏ qua nếu trong phương trình nút phát này được tính đến trước X?a, khi đó U¡= BG

Trên cơ sở phân tích trên, trong tính toán chế độ xác lập, các máy phat

có thê được cho như sau:

1 Công suất không đỗi vé tri sé Pr= const, Qr= const, các biến sẽ

là U;,ỗy

Trong trường hợp này, công suất của các máy phát chỉ khác đấu so với trường hợp cho công suất không đổi của phụ tải tiêu thụ điện Cho công suất tác dụng không đổi phù hợp với điều kiện làm việc thực của máy phát trong

hệ thống, bởi vì công suất tác dụng có thể giữ không đổi về trị số do điều chỉnh tần số ở các máy phát Cho công suất phản kháng không đổi phù hợp

với các chế độ thực của hệ thống, do không có các thiết bị điều chỉnh công

suất phản kháng trong các máy phát

2 Công suất tác dụng không đỗi và modul không đổi của điện áp Pr= const, Ur= const, các biến sẽ là Q; ô

Trong trường hợp này, các an số là công suất phản kháng và pha của điện áp Các nút như vậy được gọi là nút cân bằng vẻ công suất phản kháng 24

Cho modul không đổi của điện áp và công suất phản kháng tự do phù hợp với các điều kiện làm việc thực của máy phát hay các máy bù đồng bộ có các thiết bị điều chỉnh điện áp đề giữ cho modul dign ap Ur = const

3 Modul va pha không đổi cha dién dp Ur = const, dp = const, các

biến sẽ là P,,Qy

Đối với các nút này, các ẩn số là công suất tác dụng và phản kháng, nghĩa là Pr = var, Qr = var Phuong pháp cho các số liệu ban đầu như vậy phù hợp với các nút cân bằng về công suất tác dụng và phản kháng Những nút đó được gọi là nút cân bằng công suất trong hệ thống Công suất của các nút cân bằng được xác định theo điều kiện cân bằng công suất trong hệ thống có tính đến tổn thất công suất trong các mạng điện

Trong tính toán chế độ xác lập có thể cho một hoặc một số nút cân

bằng Mỗi nút cân bằng tương ứng với một nhà máy điện điều khiển tần số,

nghĩa là nhà máy điện sẽ đảm nhận phan cong suất tác dụng không cân bằng

và đồng thời duy trì tần số không đổi trong hệ thống Cho một hay một số nút cân bằng phù hợp với giả thiết rằng tần số trong hệ thống là không đôi

Khi phân tích chế độ xác lập, các phụ tải điện có thể được biểu diễn

như sau:

I Cong suất không đỗi vé tri sé Pp = const, Op: = const, cdc bién sé

là U,„„Õ„ pt?

Phu tai cho bằng công suất không đổi là chính xác đối với các hệ

thống điện có đủ các thiết bị điều chỉnh điện áp Trong các hệ thống đó, điện

áp ở các hộ tiêu thụ được giữ không đổi nhờ sử dụng rộng rãi các máy biến

áp có điều chỉnh điện áp dưới tải, cũng như các máy biến áp điều chỉnh

đường dây hay các máy biến áp điều chỉnh bổ sung Ngoài ra, còn sử dụng rộng rãi các phương tiện điều chỉnh cục bộ (các bộ tụ điều khiển, các máy

bù đồng bộ,v.v.) Trong các điều kiện đó, điện áp ở hộ tiêu thụ và công suất toàn phần của phụ tải không thay đổi chế độ Trên thực tế, cho phụ tải bằng

công suất không đổi là giả thiết rằng điện áp bằng điện áp danh định

2 Dòng điện không đổi về modul và pha I„= l„+ j Ï”„= consf Góc pha của dòng điện được xác định so với điện áp nút cơ sở Cho

phụ tải bằng dòng điện không đổi và modul và pha thường được sử dụng

trong khi phân tích chế độ xác lập các mạng phân phối Trong các mạng

cung cấp, điện áp của các nút khác nhau nhiều về trị số và pha Vì vậy, phương pháp biêu diễn phụ tải này có thể dẫn đến sai số lớn trong tính toán chế độ xác lập của các mạng cung cấp

3 Các đường đặc tính tĩnh, nghĩa là công suất tác dụng và phản

kháng của phụ tải phụ thuộc vào điện áp P„(U), Q„(U)

Biểu diễn này phản ánh đầy đủ nhất các tính chất của phụ tải so với các trường hợp cho bằng dòng điện không đổi hay công suất không đổi, nhưng phức tạp trong khi tính

4 Tổng dẫn hay tong f trở không đổi Ÿ„ =G6,,—JB,, = const; Z a

Rp + jXpr= const

Cách biểu diễn này tương đương với phụ tải bằng các đường đặc tính phụ thuộc vào bình phương điện áp Trên thực tế, tổng dẫn hay tổng trở của phụ tải phụ thuộc vào giá trị điện áp đặt vào phụ tải Vì vậy, cách biểu diễn này không đảm bảo độ chính xác cao cho các kết quả tính toán

5 Dong điện ngẫu nhiên trong khi phân tích chế độ của các hệ thong điện có bộ phận lớn phụ tải kéo

Điện khí hoá giao thông là dạng đặc biệt của phụ tải có giá trị và vị trí nỗi thay đổi theo thời gian Các phụ tải này được biểu diễn ở dạng 7 „(4)› trong đó q là đại lượng ngẫu nhiên

Phân tích chế độ có xét đến tính chất ngẫu nhiên của phụ tải được áp dụng đề tính chế độ của các hệ thống cung cấp điện cho đường sắt

§2.2 HỆ PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ CHÉ ĐỘ XÁC LẬP HỆ

THÓNG ĐIỆN BANG MA TRAN TONG DAN Y , TONG TRO’ Z

Xét mét hé théng dién (HTD) một cấp điện áp gồm n + 1 nút, trong đó

có n nút độc lập và một nút cân bằng (nút thứ n + 1) Ngoài ra còn có một nút đất ký hiệu là 0 dành cho các nhánh ngang như tụ bù ngang, kháng bù ngang, dung dẫn và điện dẫn ngang của đường dây Nhìn tử khía cạnh nút ¡ nào đó thì HTĐ có thể thể hiện đơn giản như trên hình 2.1

26

zj=1,2,3, (n+ ])

Hình 2.1 Sơ đồ HTĐ nhìn từ khía cạnh nút i

Các thông số ghi trên hình 2.1 là như sau:

J¡: nguồn dòng Giá trị dương nếu là nguồn và âm nếu là tải; còn đồng thời cả nguồn và tải thì làm phép cộng đại số;

Ý”': điện dẫn nhánh ij; Ÿ?" =——_; 27" = RN + JX Ũ Ụ nh Ụ Ụ 1

ij

Z7": tổng trở nhánh ij;

Ÿ;“ : điện dẫn ngang tại nút i;

I , : dòng điện chảy từ nút ¡ sang nút j;

1„„ : dòng điện chảy từ nút ¡ xuống đất theo nhánh điện dẫn ngang Theo định luật Kirchhoff I ta co:

Trong đó:

n+l

— Dién dan riéng nut i: Y, =) y> (2.2a)

je

— Dign dan tuong hé gitta nut i vaj: Y,; =-Y;" (2.2b)

(néu gitta nut i va j khong cé6 két ndi thi Yj = 0)

Từ công thức (2 2) triển khai thành hệ phương trình đầy đủ như sau:

YU, +¥,U, tet U, +-+¥U, Yn nat =J,

YU, +¥,U, tet YU; +-+¥,_U, $Y nat =J,

¥,U,+¥,.U, ++ +¥,U, eet YU, +¥ Ủy = J; (2.3)

YU, +¥,U, tet YU, + +1 Ủ, + = J,

YW, +¥ Uy + Yaa U; + WU, TỶ ga mà mái

Như đã nói ở trên trong số (n +1), có một nút cân bằng (thường chọn

nút thứ n + 1) Nút cân bằng này có giá trị môđun điện áp Uạ, bằng hằng số

cho trước và góc lệch ổ,, cũng là hằng số cho trước (thường lấy ổ,„= 0)

Trong khi đó, giá trị dòng của nút cân bằng J z:¡ Không phải là giá trị cho trước mà nó chỉ được xác định sau khi giải tích HTĐ trên cơ sở cân bằng dòng tại nút cân bằng; 7 „ bằng tổng dòng các nhánh được nối vào nút cân bằng:

je(n+1)

Như vậy với giá trị dòng các nút J; ¡=l+n cho trước, hệ phương trình (2.3) chỉ gồm n ẩn phức Ủ; ¡=l+n Do vậy cần thiết đưa hệ phương trình (2.3) về hệ phương trình gồm n phương trình là đủ Thực vậy, không mắt bản chất toán học ta thế các biến U,; i=l+n_ bang biến U,, =U, -U., được gọi là điện áp chênh lệch giữa nút ¡ và cân bằng Với sự thay thế biến này, từ hệ phương trình (2.3) có thể viết thành phương trình (2.5) như sau: 28

U „: ma trận cột điện áp chênh lệch nút, kích thước n;

J + ma tran cột nguồn dòng nút, kích thước n

Ma trận tổng dẫn Ÿ là ma trận vuông kích thước nxn, ma trận đối

xứng (Ÿ, = ŸÝ;), các phan tử trên đường chéo có giá trị dương, còn lại là có

giá trị âm Ma trận tổng dẫn Ÿ thường là ma trận thưa vì có nhiều cặp nút không có nhánh nối

Ma trận tổng trở Z là ma trận nghịch đảo của ma trận tổng dẫn, là ma trận vuông kích thước (nxn), cũng là ma trận đối xứng (2, i =2, ;) Ma trận tổng trở Z là ma trận dày đặc (các phần tử thường là khác không) vì nó là kết quả của phép nghịch đảo của ma trận tổng dẫn Ÿ, chứ không thể hiện gì

về cầu hình nối của lưới điện

Vi du 2.1

Cho sơ đề lưới điện gồm một nguồn A với ba phụ tải như trên hình 2.2 Nut A là nút cân bằng có giá trị điện áp UA= Ucp= 10

3 Hình 2.2 Sơ đỗ lưới điện cho ví dụ

Điện trở các nhánh: Z1 =l; ZA› =2; Zjh =l; Z†) =4, Z-h =4

Dòng các nút: Jị= 2; J;¿= l1; ]›= 3

Hãy viết hệ phương trình biểu diễn bằng ma trận tổng dẫn Ÿ

Bài giải:

Điện dẫn các nhánh: Yj" =1;Y7" = 0,5;¥% =1;¥," = 0,25; ¥% = 0,25

Theo công thức (2.2a) tính điện dẫn riêng các nút như sau:

Yu= Yai + Y= 1+ 0,25 = 1,25;

Yoo = Yi2+ Yo3+ Yao= 0,25 + 0,25 + 0,5 = 1;

Y33= Ya3 + You= 1+ 0,25 = 1,25 Khi đó phương trình (2.5) sẽ là:

125 -0,25 0 Uy, -2 0,25 1 -0,25 |x} U,, |=] -1

Dòng các nút:

J, =— (0,136 — j0,091) kA;

J, =~ (0,273— j0,182)kA

J, = — (0,182 - j0,066) kA Hãy viết hệ phương trình biểu diễn bằng ma trận tổng dẫn Y

Bài giải:

Điện dẫn các nhánh:

Yu = —_ 5,3+ 710,3 = 0,0381— 0,079; ¥77 = —_—- 0,020— 70,039, 10,5 + /20,5

Ye = ——— =0,025— /0,048,Ÿ;" = _——z 0,036— 70,048; 8,4+ 716,4 99+ 713,2 y= ——= 0,031— 70,041 3 116+/15,4

Theo công thức (2.2a) tính điện dẫn riêng các nút như sau:

Yn =Yn +Ÿp h ~0,076— j0,126; Ÿ;› = yo +ÝYn) +Yz" =0,092- j0,1;

Công suất tại nút ¡ là Š, = P+ jQ,, vay dòng tại nút ¡ được viết qua công suất là: J, -5 _ FJ:

U U'- ju"

hợp của $,U;U =U'+ jU"

; trong dé S,U 1a céng suất, áp phức liên

Cần lưu ý rằng các công thức viết ở trên các dong J, céng suat S$ được viết cho tổng ba pha, điện áp Ö là điện áp đây, còn tổng trở Z và tổng

dan Y được thể hiện cho một pha mà thôi Điều này cần hết sức lưu ý để

tránh tính toán sai sót

Các thông số áp, công suất, tổng trở và tổng dẫn thể hiện dưới dạng véc(ơ như trên hình 2.3 Từ hình 2.3 có thê viết:

U =UZ6:U =UZ-6;Y = YZ-9;9 =90°-a@

Trién khai tiép phương trình nút ¡, nhân cả hai về với điện áp phức liên hợp U, duge:

[eos(3~8, +øy)~ /sin (8, =ð, + ø,)]= P,~ /Ø

Hình 2.3 Sơ đồ biểu diễn véctơ các thông số

a) điện áp; b) công suất; c) tổng trở và tổng dẫn 32

Tách riêng phần thực và phân ảo đối với phương trình trên được công thức tính cho công suất tác dung và công suất phân kháng như sau:

Thay 9 =90-a taco:

Cosp;; = Cos(90 — a; )= = sin @;;;Sing;; = Sin (90 — Z¡¡) = Cosa;

Cos(6, -8; +9) = Cos(5,- 8; +90- a;;]

Hay viết để nguyên điện dẫn nhánh ta được:

Như vậy một HTĐ với n nút độc lập, một nút cân bằng sẽ được mô tả bằng 2n phương trình, trong đó n phương trình là công suất tác dụng P¡ cho các nút độc lập, n phương trình còn lại là công suất phan khang Q; cho các nut déc lap Cac biến ấn của hệ phương trình là điện áp các nút, bao gồm môđun và góc lệch của chúng: Ứ,,;, ,.„, ổ,, Ổs„ Ổ„ -

Nút cân bằng (nút thứ n + 1) điện áp cho trước U, =U,,£0, con các công suất tac dung P., va céng suất phản kháng Qcy tại nút cân bằng được xác định sau khi giải tich HTD trên cơ sở cân bằng công suất tại nút cân bằng Giá trị công suất nút cân bằng bằng tổng công suất các nhánh nối vào nút cân bằng:

Poy = LX F¿j: Q„= 3 Q¿; Jecb jecb (2.7)

S, =—(16,5+ j11) MVA;S, =-(33+ j22) MVA; S, =—(22+ j8) MVA

Hãy viết hệ phương trình biểu dién bang céng suat nut

¥,, =(0,076— j0,126) <> ¥,, = 0,147; ¥,, =(0,092 — 0,138) <> ¥, = 0,135

¥,, = (0,051 — 70,08) <> ¥,, = 0,095

_ Cac géc bu a dugc tinh theo công thức:

h“

On) = arctg Ol = 47,349" =0,826 radian; Sina, = 0,735; Cosa, = 0,678

dạ, = arctg SG) ma =0,631 radian; Sinœ,› =0,590,Cosơ;; =0,808

0,083, U2 +U, LU 4.0,088 Sin(5, ~0,528)+U,0;.0,06.8(8 —ổ, ~0,715)+16,5=0

0,099.U2 +U; U;.0,060 Sin(B, ~5, -0,715)+U,.U.,.0,044.Sin(6, ~0,526)+

U,U;.0,051.Sin(5, -8, -0,717)+33 =0

0,056.U? +U,.U 0,044.Sin(5, -0,526)+U;U;.0,051.Sin(6, -4, -0,717)+22 =0

0,121.02 —U,.U 0,088.Cos(6, -0,528)—U, U;.0,06.Cos(6, -4, -0,715) +11 =0

0,092.2 —U, U,.0,060.Cos(6, -5, -0,715)—U;, U ,.0,044.Cos (6, — 0,526) -

U,U,.0,051.Cosð, -4, -0,717) +22 =0

0,077.U2 -U, U,.0,044.Cos(6, -0,526) -Us.U,.0,051.Cos(d, -5,—0,717)+8 =0

Néu Ua= 121 kV thi hệ phương trình trên sẽ là:

35

0, 083.U? +U, 10, 648 Sin(4, -0,528)+U,.U,,.0,06.Sin(5, -5, -0,715)+16,5=0

0,099 U2 +U,.U;.0,060.Sin(6, —6 0,715) +U,, 5,324 Sin( 5, -0,526)+

U,U,0,01.8n(6,~ä,~0,71+33 =0 0,056 U2 +U,,5,324.Sin(5, -0,526)+U;.U, 0,051.Sin(6, -5, -0,717) +22 =0

0,121.07 -U,.10,648 Cos(6, -0,528)—-U, Uy.0,06.Cos(4, -5, -0,715)+11 =0

0,092 L -U,.U,.0,060.Cas (5, -6, -0,715)—-U,.5,324 Cos (6, -0, 526) -

U,U,0.(I.Œ(6,~ä,~0,71+22 =0 0,077.U3 -U,.5,324.Cos(5, 0,526) -U,U;,0,051.Cos (5,5, -0,717)+8=0

Ở trên là hệ phương trình gồm 6 phương trình với 6 ân là:

U,,6,,U,,6,,U;,6,

§2.4 MOT SO MO TA HE THONG DIEN BANG

MA TRAN GRAPH

2.4.1 Ma trận nối nút - nhánh M

Quan hệ các nút và nhánh của một graph (sơ đồ) có hướng được mô tả

bằng ma trận nút — nhánh M, mỗi hàng của nó là một trong các nút của

graph, còn mỗi cột là một trong các nhánh của graph Mỗi phần tử mụ ở

hàng ¡ cột j sẽ có một trong các giá trị sau:

0 nếu như nhánh j không nối với nút ¡

mạ= + 1 nếu như dòng điện trong nhánh j rời khỏi nút ¡

1 nếu như dòng điện trong nhánh j đi vào nut i

Vi du: sơ đồ lưới hình 2.2 được thé hiện bằng graph như trên hình 2.4,

ta có ma trận M như sau:

Nút 1 “1 0 0 1 0 2M=|0 -I! 0 -l -¬I

độc lập của graph, đánh số thứ tự và chọn chiêu đi cho chúng

Quan hệ giữa các nhánh và các vòng độc lập của graph có hướng được

m6 ta bang ma tran nổi vòng ~ nhánh N, các hàng là các vòng độc lập, còn các

cột là các nhánh Mỗi phân tử nụ ở hàng ¡ và cột có một trong các giá trị sau:

0 nếu như nhánh j không có trong vong i nụ= 4 Ì nếu như chiều nhánh j trùng với chiều vòng ï

-L nếu như chiều nhánh j ngược chiều vòng ¡

Ví dụ graph như trên hình 2.4, ta có ma trận N như sau:

Nhánh 1 2 3 4 § Vong I N= E -l1 0 1 0

Tạ = Ÿua.AD (2.10)

nh = Ẩnhô

Dang day du:

dam || Yom — AU,

te | Nowe x) 0U2 (2.10a)

§2.5 HE PHƯƠNG TRÌNH MO TA CHE BO XAC LAP

HE THÓNG ĐIỆN KHI CÓ NHIÊU CÁP ĐIỆN ÁP

Trong HTĐ, hai nút không những chỉ liên hệ với nhau bằng nhánh là

dây dẫn, mà chúng còn có thể liên hệ với nhau bằng nhánh là máy biến áp

(MBA) Trong nhánh MBA, ngoài thông số về trở và kháng còn có thêm hệ

số tỷ lệ của MBA Sơ đồ thay thế của nhánh MBA là tổng trở Z/ (trở RB;

va khang X°) được tính dưới dạng ôm quy theo cấp điện áp phía cao, nối

với một MBA lý tưởng có hệ số ty 18 MBA K = Ucao/Uthap nhu trén hình

2.5 Có hai trường hợp xảy ra là: dòng điện đi từ điện áp cao sang điện áp

thấp (MBA hạ áp) và dòng điện đi từ điện áp thấp sang điện áp cao (MBA

tăng áp)

7B :B K 7B `

U, 1 Z i oD Ũ, Ũ, 1; C6 3 =o Ũ,

Hình 2.5 Sơ đồ thay thế nhánh MBA

a) Déng điện từ điện áp cao sang điện áp thấp (MBA hạ áp) b) Dòng điện từ điện áp thấp sang điện áp cao (MBA tăng áp)

Chúng ta tiến hành viết phương trình đòng — áp theo định luật Ôm trên

đoạn mạch cho hai trường hợp này và trường hợp nhánh không phát là

MBA (đường dây) như sau:

~ Trường hợp dòng điện đi từ điện áp cao sang điện áp thấp:

°