CHẾ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

1. Cấu trúc nguồn Nguồn điện là các nhà máy điện các loại. Cấu trúc của nguồn điện phải thỏa mãn các điều kiện sau: 1. Cung cấp đủ năng lượng cho phụ tải với độ tin cậy cao. 2. Cung cấp đủ công suất tác dụng và công suất phản kháng cho phụ tải trong mọi tình huống vận hành, với độ tin cậy cao. 3. Thỏa mãn hai điều kiện trên với giá thành sản xuất điện năng nhỏ nhất. Ở đây độ tin cậy cao chứ không phải tuyệt đối, vì nếu đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối thì giá thành hệ thống điện sẽ rất lớn, khó có thể chấp nhận được. Nếu hệ thống điện chỉ có các nhà máy nhiệt điện thì vấn đề

II CHƯƠNG II.1 Mục tiêu, nhiệm vụ - Mục tiêu: trang bị cho sinh viên kiến thức; khái niệm chung cấu trúc hệ thống điện, chế độ làm việc hệ thống điện, đặc điểm hoạt động hệ thống điện, hợp hệ thống điện - Nhiệm vụ sinh viên học xong phải nắm kiến thức : + Cấu trúc nguồn cấu trúc lưới hệ thống điện, lưới điện linh hoạt + Các chế độ làm việc hệ thống điện (chế độ xác lập, chế độ độ hệ thống điện) + Điều kiện cần đủ để tồn chế độ xác lập bình thường + Các đặc điểm hoạt động hệ thống điện II.2 Quy định hình thức học cho nội dung nhỏ Nội dung Hình thức học II.1 Cấu trúc hệ thống điện Giảng II.2 Các chế độ làm việc hệ thống điện Giảng, thảo luận II.3 Đặc điểm hoạt động hệ thống điện Giảng, thảo luận II.4 Sự hợp hệ thống điện Giảng, thảo luận II.3 Các nội dung cụ thể A Ni dung lý thuyt 57 Bộ môn: Hệ thống điện CHƯƠNG II CHẾ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN § I CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Cấu trúc nguồn Nguồn điện nhà máy điện loại Cấu trúc nguồn điện phải thỏa mãn điều kiện sau: Cung cấp đủ lượng cho phụ tải với độ tin cậy cao Cung cấp đủ công suất tác dụng công suất phản kháng cho phụ tải tình vận hành, với độ tin cậy cao Thỏa mãn hai điều kiện với giá thành sản xuất điện nhỏ Ở độ tin cậy cao khơng phải tuyệt đối, đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối giá thành hệ thống điện lớn, khó chấp nhận Nếu hệ thống điện có nhà máy nhiệt điện vấn đề đảm bảo lượng khơng khó khăn, hệ thống chủ động cung cấp lượng sơ cấp cho nhà máy nhiệt điện Nhưng hệ thống bao gồm thủy điện gặp khó khăn vấn đề đảm bảo lượng, lượng thủy điện phụ thuộc vào thời tiết, khó chủ động Lượng mưa năm mưa nhiều năm khô hạn khác lớn, để đảm bảo độ tin cậy định phải tăng công suất dự trữ nhà máy nhiệt điện, làm giá thành hệ thống điện lên cao Do phải có tỷ lệ hợp lý thủy điện nhiệt điện Vấn đề đảm bảo công suất phụ thuộc vào công suất dự trữ, độ linh hoạt nguồn điện cấu trúc lưới điện Công suất đặt hệ thống điện phải lớn công suất cực đại năm phụ tải lượng định, phần cơng suất dự trữ cần thiết để hệ thống điện làm việc với độ tin cậy cung cấp điện cao Trong chế độ vận hành, công suất khả phát tổ máy tham gia vận hành phải lớn công suất phát lượng, gọi dự trữ quay hay nóng, đủ để đáp ứng cố nguồn điện điều chỉnh tần số phụ tải tăng nhanh Khoảng cách công suất phát công suất phát nhỏ tổ máy vận hành phải thỏa mãn điều kiện điều chỉnh tần số Khoảng cách công suất khả phát công suất tối thiểu hệ thống với tốc độ nhận tải tổ máy tạo thành độ linh hoạt nguồn điện Nếu độ linh hoạt không đủ dẫn đến không đáp ứng công suất phụ tải chế độ tối thiểu, không đáp ứng chất lượng điều chỉnh tần số tình trạng cố vào thời tiết không thuận lợi… Để có độ linh hoạt hiệu kinh tế cao, hệ thống điện phải có tỷ lệ hợp lý tổ máy: Tổ máy nhiệt điện chạy đáy ( phần đồ thị phụ tải) có tính kinh tế cao cơng suất tối thiểu lớn tốc độ nhận tải chậm: Tổ máy nhiệt điện chạy lưng( phần đồ thị phụ tải) có độ linh hoạt cao tính kinh tế 58 Bộ môn: Hệ thống điện kộm hn; Cỏc t mỏy tuabin khí có tốc độ nhận tải cao, cơng suất tối thiểu nhỏ giá thành sản xuất cao chạy đỉnh (phần đỉnh đồ thị phụ tải) Nếu có thủy điện độ linh hoạt hệ thống cao thủy điện có tốc độ nhận tải cao công suất tối thiểu thấp Tỷ lệ hợp lý thủy điện nhiệt điện, loại nhà máy nhiệt điện khác làm cho hệ thống điện có giá thành sản xuất điện thấp Nhà máy điện có nhiệm vụ quan trọng điều chỉnh tần số, tổ máy phát điện phải trang bị điều tốc số tổ máy định có thêm điều chỉnh tần số Để điều chỉnh điện áp, tổ máy trang bị tự động điều chỉnh kính từ loại tỷ lệ, số tổ máy có vị trí đặc biệt trang bị tự động điều chỉnh kích từ loại mạnh để đảm bảo ổn định tĩnh Trong nhà máy trang bị hệ thống tự động phân bố công suất tối ưu tổ máy Các nhà máy điện đường dây liên lạc hệ thống liên kết với hệ thống điều chỉnh tần số, hệ thống thực chức phân bố tối ưu công suất Cấu trúc lưới hệ thống: Lưới hệ thống nối liền nhà máy điện trạm biến áp khu vực thành hệ thống điện Để hệ thống điện bền vững trước cố, lưới hệ thống có nhiều mạch vòng vận hành kín Lưới hệ thống có nhiều cấp điện áp tùy thuộc vào lịch sử phát triển hệ thống điện Điện áp lưới hệ thống điện áp cao siêu cao áp (110KV – 220 KV- 500KV) Một thành phần quan trọng lưới hệ thống đường dây dài siêu cao áp nối liền phần xa (hệ thống con) hệ thống điện tạo thành hệ thống quốc gia nhất.Sự nối liền hệ thống thành hệ thống điện mang lại nhiều lợi ích đặt nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp, vấn đề ổn định tĩnh, vấn đề thừa công suất phản kháng chế độ non tải, tổn thất vầng quang… Phân bố công suất tron lưới điện phụ thuộc vào chế độ làm việc nguồn điện cấu trúc lưới hệ thống Do thiết kế đường dây điện phải ý cho phân bố công suất đường dây đạt mức độ hợp lý, tránh tình trạng đường dây mang tải nặng, số khác lại non tải Đường dây có vai trò quan trọng đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện mức điện áp hệ thống điện Để đảm bảo độ tin cậy, cấu trúc lưới hệ thống phải cấu trúc thừa, cho phép bảo dưỡng định kỳ đường dây mà không làm giảm thấp độ tin cậy, không gây tải gim thp in ỏp 59 Bộ môn: Hệ thống điện Để đảm bảo cân công suất phản kháng điều chỉnh điện áp, tổn thất điện áp lưới phải mức cho phép, phải có hệ thống điều chỉnh điện áp nguồn điện, máy biến áp, nguồn phát tiêu thụ công suất phản kháng điều chỉnh vô cấp, hữu cấp Tiêu chuẩn kinh tế để đánh giá lưới hệ thống giá thành tải điện trung bình trong thời gian đủ dài nhỏ Từ trước đến lưới hệ thống điện thường phận thụ động hệ thống điện, gần lưới hệ thống hệ thống tiên tiến giới phát triển thành lưới tích cực, gọi lưới linh hoạt Nhờ phát triển mạnh mẽ ngành công nghệ điện tử công suất, vi xử lý, vi điện tử thông tin liên lạc cho phép hoàn thiện cấu trúc lưới điện tạo lưới điện linh hoạt có độ tin cậy cao, dễ điều khiển có hiệu cao so với lưới điện kiểu cũ Các thiết bị điều khiển điện tử điều khiển liên tục tổng trở đường dây, công suất bù ( từ cảm tính đến dung tính) góc pha điện áp Các thiết bị điều khiển điện tử cho phép: - Điều khiển dòng cơng suất đường dây ( lưới điện kín) theo ý muốn; - Giữ tải đường dây gần giới hạn nhiệt; - Nâng cao khả truyền công suất phần hệ thống, giảm dự trữ chung hệ thống - Phòng ngừa lan truyền hạn chế ảnh hưởng cố hỏng hóc phần tử - Giảm dao động điện áp gây hại cho phần tử làm giảm giới hạn truyền tải điện Các thiết bị áp dụng cho lưới điện linh hoạt bao gồm: - Bộ giảm dao động điện áp gồm có tụ nối nối tiếp với đường dây, nối song song với tụ kháng điện điện trở nối tiếp, dòng điện qua điều khiển nhờ Thyristor Bộ giảm dao động cho phép điều chỉnh trơn tức thời tổng trở đường dây, hạn chế dao động điện áp, có tác dụng tốt cho ổn định động hệ thống điện - Máy bù tĩnh SVC gồm tụ kháng nối song song, hai điều chỉnh trơn từ cảm tính đến dung tính SVC cho phép điều chỉnh giữ vững điện áp, hạn chế dao động điện áp, có lợi cho ổn định hệ thống điện - Bộ bù tĩnh statcom hoàn thiện SVC Statcom gồm tụ điện, điện áp điều khiển converter, sử dụng gate- turn 60 Bé môn: Hệ thống điện of thyristor Nu in ỏp cao điện áp lưới phát cơng suất phản kháng, thấp tiêu thụ công suất phản kháng - Bộ tụ bù dọc điều khiển thyristor bao gồm nhiều tụ điện nối tiếp nối tiếp với đường dây Mỗi tụ điện nối tắt qua kháng điện, dòng qua kháng điện điều chỉnh thyristor, cho phép điều chỉnh liên tục tổng trở đường dây từ tổng trở tự nhiên trở xuống cho phép điều chỉnh dòng cơng suất lưới điện Điện kháng đường dây điều từ cảm tính đến dung tính, có tác dụng chế ngự dao động, có tác dụng tốt cho ổn định động - Các điều chỉnh pha cho phép điều chỉnh trơn góc pha điện áp trước sau máy biến áp điều chỉnh mắc nối tiếp đường dây Bộ cho phép điều chỉnh dòng cơng suất tác dụng lên lưới - Bộ hãm động phụ tải điện trở điều khiển thyristor nối gần máy phát điện, xẩy dao động công suất lớn ngắn mạch hoạt động làm hạn chế dao động công suất phát máy phát, nâng cao ổn định động Ví dụ áp dụng lưới điện linh hoạt: 1400 MW A 2000 3000MW MW 10 600MW C 10 5 1600MW B 1000MW a) 61 Bộ môn: Hệ thống điện Vớ d ỏp dng li điện linh hoạt trình bầy hình vẽ Xét lưới điện hình vẽ, nguồn A phát 2000MW, nguồn B phát 1000MW cấp điện cho phụ tải C có yêu cầu công suất 3000MW Khả tải đường dây AB 1000MW, đường dây BC 1250MW, đường dây AC 2000MW Nếu đường dây có tổng trở hình a cơng suất thể hình ta thấy đường dây BC bị q tải Muốn điều khiển dòng cơng suất đường dây cho dường dây BC tải cực đại 1250MW, vừa khả tải phải áp dụng biện pháp điều chỉnh Trên hình b dùng tụ điện nối tiếp có điều khiển từ 0-5, hình c dùng kháng điện nối tiếp có tổng trở 7 hình d dùng máy biến áp điều chỉnh góc UA UC cách quay UA góc -4,30 Cơng suất tải đường dây ghi hình qua ta thấy rõ lợi ích việc thiết bị điều chỉnh Lưới điện linh hoạt có tin cậy hiệu kinh tế cao nhiều so với lưới điện kiểu cũ Quy hoạch lưới điện linh hoạt dễ dàng làm chủ cơng suất đường dây § II CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Tập hợp trình điện xẩy thời điểm khoảng thời gian vận hành gọi chế độ làm việc hệ thống điện Đặc trưng cho chế độ làm việc thông số chế độ U, I, P, Q,….Các thông số biến đổi theo thời gian, hàm số thời gian Tùy theo biến đổi thông số chế độ theo thời gian, ta chia chế độ làm việc hệ thống điện thành loại chế độ sau: Chế độ xác lập thơng số chế độ biến thiên nhỏ quanh giá trị trung bình, coi số 62 Bé m«n: HƯ thèng ®iƯn Trong chế độ xác lập, người ta phân thành chế độ xác lập bình thường , chế độ xác lập sau cố, chế độ cố xác lập * Chế độ xác lập bình thường chế độ làm việc bình thường hệ thống điện Hệ thống điện thiết kế để làm việc với chế độ xác lập Với chế độ xác lập bình thường, đòi hỏi thỏa mãn tiêu sau: a Chất lượng điện b Độ tin cậy cung cấp điện c Hiệu kinh tế (chi phí sản xuất điện nhỏ nhất) d An toàn người trang thiết bị * Chế độ xác lập sau cố chế độ tính đến trước cố khơng tránh khỏi vận hành hệ thống điện Trong chế độ tiêu giảm * Chế độ cố xác lập, ví dụ chạm đất trì lưới điện KV; 10KV Chế độ không phép gây hại trì thời gian cho phép Chế độ độ, thông số biến thiên mạnh theo thời gian Người ta chia thành chế độ độ: a Chế độ độ bình thường: Xẩy thường xuyên hệ thống điện chuyển từ chế độ xác lập sang chế độ xác lập khác Yêu cầu chế độ kết thúc nhanh thông số biến đổi giới hạn cho phép b Chế độ cố, xẩy hệ thống điện Yêu cầu chế độ không gây hại cho hệ thống điện loại trừ nhanh Chế độ xác lập bình thường: a Điều kiện cần để tồn chế độ xác lập bình thường - Đảm bảo cân công suất tác dụng công suất phản kháng thời điểm PF=Ppt+P QF=Qpt+QP - Cân công suất tác dụng cân điện trục máy phát điện, bên công suất tuabin, bên cơng suất điện phụ tải Còn cân cơng suất phản kháng cân điện từ công suất phản kháng máy phát điện dòng kích từ gây cơng suất phản kháng phụ tỉa yêu cầu từ trường thiết bị dùng điện máy biến áp - Cân công suất hệ thống điện xẩy cách tự nhiên, có nghĩa nhà máy phát điện sản xuất thiết bị dùng điện sử dụng hết nhiờu 63 Bộ môn: Hệ thống điện - Cỏc thit bị dùng điện thiết bị phân phối thiết kế làm việc với tần số điện áp định, tần số điện áp lệch khỏi giá trị thiết bị làm việc chất lượng, lệch dẫn tới hư hỏng Do cân cơng suất chấp nhận khơng làm lệch tần số điện áp giá trị cho phép - Cân công suất tác dụng xem cân tần số nằm giới hạn cho phép Nếu tần số thấp giá trị tối thiểu có nghĩa hệ thống điện thiếu cơng suất tác dụng, tần số cao giá trị cho phép tối đa hệ thống điện thừa cơng suất tác dụng - Công suất phản kháng coi cân điện áp nằm giới hạn cho phép Nếu điện áp thấp giá trị tối thiểu có nghĩa hệ thống điện thiếu công suất phản kháng, điện áp cao giá trị tối đa cho phép hệ thống điện thừa cơng suất phản kháng - Do lan truyền lượng điện hệ thống điện tức thời (với tốc độ gần tốc độ ánh sáng), nên cân công suất tác dụng có tính chất tồn hệ thống Do tính chất này, việc điều chỉnh cân công suất tác dụng tức điều chỉnh tần số cần thực tổ máy phát - Cân công suất phản kháng thể qua điện áp Ta thấy điện áp nơi hệ thống điện khác Như cân công suất phản kháng có tính cục bộ, khu vực, chỗ thừa chỗ khác thiếu Do điều chỉnh cơng suất phản kháng tức điều chỉnh điện áp phải thực nhiều nơi khác Vì cân bàng công suất phản kháng phải đảm bảo cho toàn hệ thống điện sở đảm bảo cho nút khu vực hệ thống điện - Trong hệ thống điện, nguồn điện nút tải lớn cách lưới điện siêu cao áp, điện trở nhỏ điện kháng nhiều lần (R