GIÁO TRÌNH PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN

PGS-TS PHẠM VĂN HOÀ ( Chủ biên) TS PHƯƠNG HOÀNG KIM ThS NGUYỄN NGỌC TRUNG PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA – HÀ NỘI TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC PGS-TS PHẠM VĂN HOÀ ( Chủ biên) TS PHƯƠNG HOÀNG KIM ThS NGUYỄN NGỌC TRUNG PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN   Tính toán thiết kế lới điện Tính toán chế độ xác lập hệ thống điện Phân tích chế độ làm việc đờng dây dài Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS Cơ khí ®êng d©y Giáo trình dùng cho sinh viên, học viên cao học trường Đại học học kỹ thuật, chuyên ngành Hệ thống điện NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA – H NI 2010 Lời nói đầu S phỏt trin cỏc hệ thống điện tập trung hoá sản xuất điện năng, sở nhà máy điện lớn phát triển hợp thành hệ thống lớn phức tạp bao gồm đường dây tải điện cao áp siêu cao áp Do việc tính tốn thiết kế, phân tích chế độ xác lập chúng đòi hỏi có phương pháp tính tốn đại, đặc biệt lập tình tính tốn máy tính; sử dụng kỹ thuật điện tử công suất điều khiển nâng cao chất lượng điện cho hệ thống truyền tải điện yêu cầu thiết sinh viên, kỹ sư, học viên cao học nghiên cứu viên chuyên ngành “Hệ thống điên” Giáo trình “ Phân tích chế độ xác lập Hệ thống điện ” cung cấp kiến thức vấn đề nêu Nội dung giáo trình tóm tắt sơ lược qua chương sau: Chương Phân tích tính tốn thiết kế lưới điện Chương giới thiệu nội dung cho thiết kế lưới điện khu vực, từ bổ sung số kiến thức phục vụ cho thiết kế như: tính tốn cân công suất hệ thống điện, xây dựng phương án nối dây, chọn thiết diện dây dẫn tính tốn kinh tế-kỹ thuật để chọn phương án tối ưu Chương Tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện phức tạp Nội dung chương giới thiệu hệ phương trình mơ tả chế độ xác lập hệ thống điện, phương pháp giải hệ phương trình xác định thơng số chế độ với thuật toán đại sơ đồ khối để lập trình cho máy tính Chương Đường dây siêu cao áp hệ thống truyền tải điện Trong chương phân tích tính tốn chế độ đường dây đồng ( khơng có thiết bị bù) hệ thống truyền tải siêu cao áp ( bao gồm đường dây, máy biến áp thiết bị bù), nêu biện pháp bù dọc bù ngang nâng cao hiệu tải điện đường dây siêu cao áp Chương Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS Trong chương giới thiệu thiết bị điện tử công suất đại cài đặt hệ thống truyền tải điện để điều khiển linh hoạt, tác động nhanh đảm bảo ổn định nâng cao chất lượng điện cho hệ thống điện Chương Tính tốn khí đường dây không Trong chương đề cập số kiến thức khí đường dây không như: tỷ tải học đường dây không, độ võng, độ dài dây dẫn khoảng vượt khoảng cột tới hạn Giáo trình dùng cho sinh viên đại học, học viên cao học chuyên ngành hệ thống điện trường đại học, hữu ích cho nghiên cứu sinh, cán kỹ thuật kỹ sư hoạt động lĩnh vực Tập thể tác giả mong bạn đọc gửi ý kiến nhận xét góp ý sách theo địa : 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 PHẠM VĂN HOÀ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT: CĐXL Chế độ xác lập DSCA HTĐ MBA TĐK Đường dây siêu cao áp Hệ thống điện Máy biến áp Tự động điều chỉnh kích từ TIẾNG ANH : BESS FACTS Battery Energy Storage System Flexible AC Transmission Systems IPC Interphase Power Controller IPFC Interline Controller MOV PI POD SPS SSG SSSC Metal Oxide Varistor Propotional Integral Power Oscillation Damping Static Phase Shift Static Synchronous Generator Static Synchronous Series Compensator Static Var Compensator SVC Power Hệ thống lưu trữ lượng ắc quy Thiết bị điều chỉnh hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoat Thiết bị điều chỉnh công suất riêng rẽ Flow Biến trở Khối tỷ lệ tích phân Khối giảm dao động công suất Bộ chuyển bán dẫn tĩnh Máy phát đồng tĩnh Thiết bị bù dọc đồng tĩnh Máy bù tĩnh điều khiển thyristor Synchronous Máy bù đồng tĩnh STATCOM Static Compensator TCVL Thyristor-Controlled Voatage Limiter Thyristor Controlled Reactor Thyristor-Controlled Phase Argument Regulator Máy giới hạn điện áp điều khiển thyristor Kháng điện điều chỉnh thyristor Thiết bị điều chỉnh góc pha điều khiển băng thyristor Thyristor-Controlled Máy biến áp chuyển pha điều chỉnh TCR TCPAR TCPST Phase TCSC TCSR Shifting Transformer Thyristor Controlled Capacitor Thyristor-Controlled Reactor thyristor đóng cắt Series Tụ bù dọc điều khiển thyristor Series Máy bù dọc điều khiển điện kháng TCVL Thyristor Controlled Voltage Máy giới hạn điện áp điều khiển thyristor Limiter TCVR Thyristor- Controlled Voltage Regulator TSC Thyristor Switched Bộ tụ đóng mở thyristor Capacitor Thyristor Switched Reactor Kháng đóng mở UPFC thyristor TSR Máy điều chỉnh điện áp đièu khiển thyristor TSSC Thyristor-Switched Series Máy bù dọc tụ điện TSSR Thyristor-Switched Series Reactor Máy bù dọc kháng điện UPFC Unified Power Flow Controller Thiết bị diều khiển cơng suất hợp Chương PHÂN TÍCH TÍNH TỐN THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN §1.1 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN Nội dung thiết kế lưới điện bao gồm: - Phân tích phụ tải điện tính tốn cân cơng suất; - Xây dựng phương án nối dây, tính tốn kinh tế kỹ thuật chọn phương án tối ưu; - Chọn máy biến áp sơ đồ nối điện chính; - Tính tốn chế độ vận hành phương án tối ưu; - Tính tốn chọn bù cơng suất phản kháng nút phụ tải; - Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp trạm biến áp; - Tính tốn tiêu kinh tế kỹ thuật cho lưới điện Trong chương giới thiệu số kiến thức tổng hợp mang tính lý luận phục vụ cho tính tốn thiết kế lưới điện, hướng dẫn chi tiết cho nội dung nêu đê cập giáo trình khác §1.2 TÍNH TỐN CÂN BẰNG CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.2.1 Cân công suất trường hợp tổng quát Đặc điểm hệ thống điện (HTĐ) chuyển tải tức thời điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ khơng có khả tích trữ lại điện với lượng lớn, có nghĩa q trình sản xuất tiêu thụ điện xảy đồng thời theo nguyên tắc đảm bảo cân công suất Tại thời điểm chế độ xác lập hệ thống, nguồn phát điện phải phát công suất cơng suất tiêu thụ, bao gồm tổn thất công suất lưới điện Xét trường hợp tổng quát HTĐ bao gồm nhà máy điện phụ tải điện Sự cân công suất phải đảm bảo công suất tác dụng công suất phản kháng Vấn đề xem xét cụ thể sau: Cân công suất tác dụng Sự cân công suất tác dụng thể phương trình cân cơng suất sau: PF mPpt  P  Ptd  Pdp (1.1) PF - tổng cơng suất tác dụng phát từ nguồn; Ppt - tổng công suất tác dụng phụ tải chế độ cực đại; m - hệ đồng thời xuất phụ tải cực đại; P - tổng tổn thất công suất tác dụng đường dây máy biến áp, tính gần 5% mPpt ; Ptd - tổng công suất tác dụng tự dùng nguồn phát điện, tính gần 10% PF ; P dp – tổng cơng suất tác dụng dự phòng cho toàn hệ thống, lấy gần 10% m Ppt Từ phương trình cân nêu dễ dàng xác định tổng công suất tác dụng phát từ nguồn PF biết công suất tác dụng phụ tải Cân công suất phản kháng Sự cân công suất tác dụng thể phương trình cân cơng suất sau: Q F  Q b mQ pt  Q B  Q L  Q c  Q td  Q dp (1.2) : Q F - tổng công suất phản kháng nguồn; ( Q F tg F PF , tg F   cos  F cos  F , cos  F hệ số công suất máy phát) Q pt - tổng công suất phản kháng phụ tải;  cos  ( Q pt tg Ppt , tg  , cos  hệ số công suất phụ tải ) cos  Q B - tổng tổn thất cơng suất phản kháng máy biến áp, có giá trị khoảng 15% mQ pt ; Q L , Q C - tổng tổn thất công suất phản khảng đường dây tổng công suất phản kháng đường dây sinh gia Hai đại lượng có giá trị tương đương nhau, tính gần tính tốn cân cơng suất Q L  Q C 0; Q td - tổng công suất phản kháng tự dùng nguồn phát điện; ( Q td tg td Ptd ; tg td   cos  td cos  td , cos  td hệ số công suất tự dùng) Qdp – tổng công suất phản kháng dự phòng cho tồn hệ thống;  cos  HT ( Q dp tg HT Pdp ; tg HT  , cos  dp hệ số công suất Hệ thống) cos  HT Q b - tổng công suất bù sơ Đây lượng công suất bù bắt buộc, gọi bù cưỡng để đảm bảo cân công suất phản kháng theo phương trình cân cơng suất (1.2) Vậy từ phương trình cân (1.2) dễ dàng xác định tổng công suất bù cưỡng Từ lượng công suất bù tổng đem phân chia bù phụ tải theo nguyên tắc: hộ phụ tải có cosφ thấp xa phân chia bù cơng suất phản kháng nhiều, hệ số cosφ không 0,95 VÍ DỤ 1.1 Tổng phụ tải xét đến hệ số đồng thời có giá trị (348+j215,76) MVA Để cấp cho tổng phụ tải dự định xây dựng hai nhà máy nhiệt điện sau: NĐ1 : 3x100 MW; cos  F 0,8; cos  td 0,75 NĐ2 : 3x 50MW; cos  F 0,8; cos  td 0,75 Liệu hai nhà máy đảm bảo cân công suất với phụ tải hay không? Bài giải : 1.Cân công suất tác dụng: mPpt 348MW; P 5% * 348 17,4MW; Pdp 10% * 348 34,8MW Từ phương trình cân (1.1) ta có: PF  Ptd 348  17,4  34,8  0,9PF 400,2MW  PF 444,67 MW Với nguồn hai nhiệt điện nêu trên, khả phát công suất là: 3x100+3x50=450 MW Vậy kết luận hai nguồn nhiệt điện nêu hoàn hoàn thỏa mãn cho phụ tải dự phòng hệ thống 2.Cân cơng suất phản kháng:  0,8  0,75 tg F  0,75; tg td  0,882; 0,8 0,75 Q F 0,75 * 444,67 333,50MVAR ; mQ pt 215,76MVAR ; Q B 15% * 215,76 32,36MVAR ; Q dp 0,75.34,8 26,1MVAR Từ phương trình cân (1.2) tính cơng suất bù sơ là: Q b (mQ pt  Q B  Q td  Q dp )  Q F  (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 nhà máy đảm bảo cấp đủ cho phụ tải 1.2.2 Cân công suất trường hợp nhà máy nối hệ thống Trên thực tế có trường hợp thiết kế HTĐ hồn tồn mới, mà thường xảy trường hợp thiết kế nhà máy nối với HTĐ có Trong trường hợp việc tính tốn cân cơng suất có đặc thù riêng Thật vậy, để cấp điện cho số phụ tải tuận tiện xây dựng thêm nhà máy điện cho chúng có điều kiện Nhà máy kết nối với HTĐ có nhằm hỗ trợ cơng suất hệ thống: nhà máy cấp điện cho phụ tải khơng đủ cần thiết lấy công suất từ hệ thống về, ngược lại nhà máy có cơng suất dư thừa lại cấp cơng suất thêm cho hệ thống Do phương trình cân cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng có tham gia công suất hệ thống; cụ thể 1.Cân cơng suất tác dụng Phương trình cân (1.1) trường hợp trở thành sau: PF  PHT mPpt  P  Ptd  Pdp đó: (1.3) PF - cơng suất tác dụng phát từ nhà máy; Ptd - công suất tác dụng tự dùng nhà, giá trị phụ thuộc vào loại nhà máy: nhà máy thủy điện có giá trị 0,8 đến 1,5% PF, nhà máy nhiệt điện từ đến 15% PF; PHT – công suất lấy từ/phát hệ thống Các đại lượng khác cũ ( xem mục 1.2.1) Từ phương trình cân nêu dễ dàng xác định tổng công suất tác dụng lấy từ/phát hệ thống 2.Cân công suất phản kháng Trong trường hợp “nhà máy-hệ thống” phương trình cân công suất phản kháng : Q F  Q HT  Q b mQ pt  Q B  Q td  Q dp (1.4) đó: Q F - công suất phản kháng nhà máy; ( Q F tg F PF , tg F   cos  F cos  F , cos  F hệ số công suất máy phát) Q td - tổng công suất phản kháng tự dùng nguồn phát điện;  cos  td ( Q td  tg td Ptd ; tg td  , cos  td hệ số công suất cos  td tự dùng) QHT – công suất lấy từ/phát hệ thống; ( Q HT tg HT PHT ; tg HT  cos  HT  , cos  HT hệ số công suất cos  HT hệ thống, thường có giá trị khoảng 0,9) Các đại lượng khác cũ ( xem mục 1.2.1)  Từ phương trình cân (1.4) dễ dàng xác định tổng công suất bù sơ Q b Từ lượng công suất bù tổng đem phân chia bù phụ tải theo nguyên tắc: hộ phụ tải có cosφ thấp xa phân chia bù cơng suất phản kháng nhiều, hệ số cosφ không 0,95 VÍ DỤ 1.2 Tổng phụ tải xét đến hệ số đồng thời có giá trị (362+j224) MVA Để cấp cho tổng phụ tải dự định xây dựng nhà máy nhiệt điện sau: NĐ1 : 3x100 MW; cos  F 0,85; cos  td 0,7 Nhà máy nối với HTĐ Hãy tính tốn cân công suất Bài giải : 1.Cân công suất tác dụng: mPpt 362 MW; P 5% * 362 18,1MW; Pdp 10% * 362 36,2MW Ptd 10% * 300 30 MW Từ phương trình cân (1.3) ta có: 300  PHT 362  18,1  36,2  PHT 116,3MW Cân công suất phản kháng: tg F   0,852  0,75 0,62; tg td  0,882; 0,85 0,75  0,9 0,484; Q HT 0,484 * 116 ,3 56,29MVAR 0,9 Q F 0,62 * 300 186MVAR ; mQ pt 224MVAR ; tg HT  Q B 15% * 224 33,6MVAR ; Q dp 0,484 * 36,2 17,52MVAR Từ phương trình cân (1.4) tính cơng suất bù sơ là: Q b (mQ pt  Q B  Q td  Q dp )  (Q F  Q HT )  ( 224  33,6  0,882 * 30  17,52)  (186  56,29) 59,29MVAR Vậy cần bù công suất phản kháng 59,29MVAR 1.2.3 Cân công suất trường hợp trạm biến áp cấp điện cho phụ tải Tại khu vực thường thiết kế trạm điện cấp cho phụ tải khu vực đó, mà trạm điện cấp điện từ hệ thống Giả thiết việc cấp điện từ hệ thống cho trạm điện khơng hạn chế, tức đáp ứng hồn tồn cơng suất cho phụ tải Khi việc tính tốn cân cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng 1.Cân công suất tác dụng Trong trường hợp trạm biến cấp điện cho phụ tải khu vực cơng suất trạm PTrạm có cấp cơng suất cho phụ tải cộng thêm tổn thất lưới, phần tự dùng trạm khơng đáng kể, cơng suất dự phòng khơng phải xét cấp điện nội khu vực Do PTram mPpt  P (1.5) 2.Cân cơng suất phản kháng Phương trình cân công suất phản kháng trường hợp đơn giản sau: Q Tram  Q b mQ pt  Q B : Q Tram - cơng suất phản kháng trạm biến áp; 10 (1.6) vÝ dô 2.11 Cho sơ đồ lưới điện gồm nút cân  1180 o kV, N có điện áp U N cấp cho hai phụ tải S   28  j19  MVA ; , S   24  j16  MVA  S N ,lưới mạch vòng: - Đoạn N1 mã dây AC-70 dài 20 km - Đoạn N2 mã dây AC-95 dài 30 km - Đoạn 12 mã dây AC-120 dài 40 km  S 1) Tính tốn chế độ xác lập lặp Gauss-Seidel a) Tính tốn điện dẫn - Từ mã dây tra bảng được: km AC-95 có ro 0,335 / km; x o 0,322 / km; b o 2,81 km AC-120 có ro 0,274 / km; x o 0,416 / km; b o 2,85 km - Điện dẫn nhánh : AC-70 có ro 0,47 / km; x o 0,433 / km; b o 2,73 69  nh  Y N1  nh  Y 12  nh  Y N2  0,47  j0,433.20   0,05754  j0,05301  0,274  j0,416.40  0,335  j0,322.30 ;    0,02761  j0,04191   0,05172  j0,04971  nh  j 2,73.20  2,85.40.10  Y 10  j168,6.10    ; ;   nh  j 2,81.30  2,85.40 .10   j198,3 Y 20   Y  nh  Y  nh  Y  nh Y 11 N1 12 10  0,05754  j0,05301   0,02761  j0,04191  j168,6.10   0,08515  j0,09475  Y Y  nh  Y  nh  Y  nh 22 N2 12 20  0,05172  j0,04971   0,02761  j0,04191  j198,3  0,07933  j0,09143  b)Tính lặp điện áp  118 0kV; U  1180kV , - Gán giá trị ban đầu U  118 0kV Cho U N - Bước lặp 1:  ˆ   1   S1  Y  nh U   0  Y  nh U  U 12 N N     U ˆ Y 11     28  j19   0,0276  j0,04191.118    118   0,08515  j0,09475   0,05754  j0,05301.118       115,93193  j0,64583 kV  ˆ   1   S  Y  nh U   1  Y  nh U  U 12 N N     U ˆ Y 22     24  j16   0,0276  j0,04191.115,93193  j0,64583    118   0,07933  j0,09143   0,05172  j0,04971.118  115,30743  j0,808863 kV Bước lặp 2, 1) Tính tốn chế độ xác lập lặp Newton-Raphson 70 -      a) Lập hệ phương trình - Tính hệ số : YNnh1  0,05754  0,05301 0,07824;  N1 arctg 0,05754 0,8264 rad  0,05301 Tính tốn tương tự đươc: YNnh2 0,07174;  N 0,8052; Y12nh 0,05020; 12 0,5825 Y11 0,12739;  11 0,7321; Y22 0,12105;  22 0,7147 - Hệ phương trình nút: Từ cơng thức (2.6b) tổng quát cho hệ thống (n+1) nút, ta triển khai cụ thể cho ví dụ : P1 U12 Y11Sin11  U1 U Y12nh Sin  1    12   U1 U N Y1nhN Sin  1  1N    P2 U 22 Y22Sin 22  U U1Y12nh Sin    1  12   U U N Y21nhN Sin     N    Q1 U12 Y11 Cos11  U1 U Y12nh Cos  1    12   U1 U N Y1nhN Cos  1  1N   Q U 22 Y22 Cos 22  U U1Y12nh Cos    1  12   U U N Y2nhN Cos     N   Thay giá trị hệ số ta đươc: 0.0852 U12  U U 0,0502Sin  1    0,5825   9,23232U 1Sin  1  0,8264  28 0 0.07934U 22  U U1 0,0502Sin    1  0,5825  8,4652U Sin    0,8052   24 0 0.0947U12  U U 0,0502Cos 1    0,5825   9,23232U 1Cos 1  0,8264  10 0 0.0915U 22  U U1 0,0502Cos   1  0,5825  8,4652U Cos   0,8052   16 0 Trong phương trình giá trị điện áp U N thay số 118 kV góc  N  118 thay giá trị zêrô ( U N b) Biểu thức phần tử ma trận Jacobi Bốn phương trình đặt tên tương ứng P1 , P2 , Q1 , Q Khi ma trận Jacobi :  J1   J     J   J    J  Ta viết biểu thức phần tử ma trận Jacobi  P1   J1   UP1   U1 P1  U   P2  U  Từ phương trình có trên, ta lấy đạo hàm được: 71 P1 2.0,0852 U1  U 0,0502.Sin  1    0,5825  9,2332.Sin  1  0,8264  U P1  U1 0,0502.Sin  1    0,5825 U P2 U 0,0502.Sin    1  0,5825 U1 P2 2.0,07934U  U1 0,0502.Sin    1  0,5825  8,46532.Sin    0,8052 U J2   P1     P2  1 P1     P2    Từ phương trình có trên, ta lấy đạo hàm được: P1  U1 U 0,0502 Cos  1    0,5825   9,2332.U1Cos  1  0,8264  1 P1  U U 0,0502 Cos  1    0,5825   P2  U U 0,0502 Cos    1  0,5825  1 P2  U U1 0,0502 Cos    1  0,5825   8,46532.U Cos    0,8052    Q1   J   UQ1   U1 Q1  U   Q  U  Từ phương trình có trên, ta lấy đạo hàm được: 72 Q1 2.0,0947 U  U 0,0502 Cos 1    0,5825  9,2332.U 1Cos 1  0,8264  U Q1  U1 0,0502 Cos 1    0,5825 U Q  U 0,0502 Cos   1  0,5825 U1 Q 2.0,0914 U  U1 0,0502 Cos   1  0,5825  8,46532.U Cos   0,8052  U J4   Q1     Q  1 Q1     Q    Từ phương trình có trên, ta lấy đạo hàm được: Q1  U U 0,0502 Sin 1    0,5825   9,2332.U 1Sin 1  0,8264  1 Q1  U1 U 0,0502 Sin 1    0,5825  Q  U U1 0,0502 Sin   1  0,5825 1 Q  U U 0,0502 Sin    1  0,5825   8,46532.U Sin    0,8052   c)Tính lặp điện áp  118 0kV; U  1180kV , - Gán giá trị ban đầu U  118 0kV Cho U N - Với hệ số giá trị gán ban đầu xác định ma trân Jacobi  J    sau: Tính  J  : P1 2.0,0852 118  118 0,0502 Sin   0,5825   9,2332.Sin   0,8264  10,0582 U P1 118 0,0502 Sin   0,5825   3,2887 U P2 118 0,0502 Sin   0,5825   3,2587 U Vậy : P2 2.0,07934.118  118 0,0502 Sin   0,5825   8,46532.Sin   0,8052  9,3624 U 10,0582  3,2887     3,2587 9,3624   J1   73 Các giá trị  J  ,  J  ,  J  , tính tốn tương tự ta kết sau: 1321,8235 583,7152    583,7152 1275,9254  J   11,1473  4,94674     4,94674 10,7575   J    1185 ,7815  384,521     384,821  1104 ,703  J   Vậy ma trận Jacobi giá trị gán ban đầu là: 1321,8235 583,7152   10,0582  3,2887   3,2587 9,3624 583,7152 1275,9254   J   11,1473  4,94674  1185 ,7815  384,521     4,94674 10,7575  384,821  1104,703 Lấy nghich đảo ma trân ta có:  J  1321,8235 583,7152   10,0582  3,2887   3,2587 9,3624 583,7152 1275,9254     11,1473  4,94674  1185,7815  384,521    4,94674 10,7575  384,821  1104,703 1 - Bước lặp : Tính lặp theo cơng thức (2.59a) 1  U  k    U  k  1   J J   P  k  1    k     k  1       k  1       J J   Q  Triển khai cơng thức ta được: Tính giá trị cân công suất nút: P1 0 0.0852.118  118 2.0,0502Sin  0,5825  9,23232.118 Sin  0,8264   28 0,54331  0 P2 0.07934.118  118 0,0502Sin  0,5825  8,4652.118 Sin  0,8052  2  24  14,48443 Q1 0 0.0947.118  118 2.0,0502Cos   0,5825  9,23232.118 Cos   0,8264   10  3,2207 Q 20 0.0915.118  118 2.0,0502Cos   0,5825  8,4652.118 Cos   0,8052   16 12,1505 74 1  U1 1  118   10,0582  3,2587 1321,8235 583,7152    1     9,3624 583,7152 1275,9254   U   118     3,2587  1 1     11,1473  4,94674  1185,7815  384,521    1       384,821  1104,703        4,94674 10,7575  0,54331   118,1583    14,48443  116 ,9414     *   3,2207    1,023161.10      5   12.1505    7,6402.10  - Bước lặp 2,… Trong câc bước lặp sử dụng ma trận Jacobi bước gán ban đầu để tính Điều làm cho số lần lặp nhiều hơn, giảm khối lượng tính tốn tính ma trận Jacobi, đặc biệt lấy nghịch đảo ca ma trn ny Đ2.11 tính toán thông số chế độ đề cập đến tính giá trị điện áp nút HTĐ Đối với chế độ xác lập HTĐ thông số khác nh dòng điện, công suất, tổn thất điện áp, tổn thất công suất, Sau trình bày cách tính thông số 2.11.1 Tính toán dòng ®iƯn Trên hình 2.17 thể dòng điện, dòng cơng suất tổn thất đường dây U i Xij Rij I i I Cd ,ij U i I j I ij Rij a ) Xij j U j I Cc ,ij S i c S i S ij S ij T hình 2.17a, theo định luật Ohm ta cú : d b  jQC ,ij  jQCc ,ij  I  ij U Ui  U j  )   nh  U i  U j Yij nh 3Z ij X Rij (2.61) ij  ,U điện áp dây nút i nót Uj ®ã U : U j ii S i i,j S ijc dÉn nh¸nh nhi tỉng S ijdtrë, tæng Z ijnh , YS ij g i , ij 1g bC ,ij j , ij 2 j bC ,ij c) H×nh 2.17- TÝnh dòng điện, công suất tổn thất đờng dây a) dòng điện b,c) công suất 75 Dòng I i (hình 2.17a), chạy từ nút i vào đoạn dây ij , theo định luật Kirchhoff : I I  I d   U   U  Y  nh  U  jb i ij C ,ij i j ij i C ,ij 3 (2.62) d ®ã : I C ,ij - dòng điện điện dung đầu đờng dây ij bC ,ij - mét nưa dung dÉn víi đất đờng dây ij Dòng I j chạy từ đờng dây ij đến nút j bằng: I I  I c  U   U  Y  nh  U  jb j ij C ,ij i j ij j C ,ij 3   (2.63) c ®ã : I C ,ij - dòng điện điện dung cuối đờng dây ij 2.11.2 Tính toán công suất Công suất ba pha đầu đờng dây ij, nghĩa công suất chạy dọc theo đờng dây từ nút i đến nút j (h×nh 2.17b) b»ng :    ˆI U  U ˆ  U ˆ Y ˆ nh Y ˆ nh U  Y ˆ nh U  U ˆ S ijd  3U i ij i i j ij ij i ij i j (2.64) C«ng suÊt cuối đờng dây ij (hình 2.17b) :   ˆI U  U ˆ  U ˆ Y ˆ nh Y ˆ nh U ˆ U   Y ˆ nh U S ijc  3U j ij j i j ij ij i j ij j (2.65) Tổn thất công suất dọc đờng dây ij ( trªn tỉng trë Z ij b»ng hiƯu sè công suất đầu cuối đờng dây :    U  U ˆ  U ˆ Y ˆ nh  U   U  2Y ˆ nh S ijd  S ijc  U i j i j ij i j ij (2.66) Trong biÓu thøc ci ta cã tÝch cđa sè phøc víi liªn hợp bình phơng môđun chúng Công suất chạy từ nút i vào đờng dây ij (hình 3.1b), xác định từ biểu thức (2.67) nh sau :  U ˆ  U ˆ Y ˆ nh  U jb S i S ijd  jQ dC ,ij U i i j ij i C ,ij (2.67) Công suất chạy đến nút j cuối đờng dây ij, xác ®Þnh tõ biĨu thøc (2.68) nh sau :  U ˆ  U ˆ Y ˆ nh  U jb S j S ijc    jQ cC,ij  U j i j ij j C ,ij   (2.68) Tỉn thÊt c«ng st S ij đờng dây ij bao gồm tổn thất dọc đờng dây Zij công suất phản kháng sinh đầu cuối đờng dây 76 Vậy tổn thÊt S ij sÏ b»ng hiƯu sè cđa c«ng st chạy từ nút i vào đờng dây ij với công suất cuối đờng dây ij đến nút j : *      U  U ˆ  U ˆ Y ˆ S ij S i  S j  U i j i j nh ij  U i jb C,ij  U 2j jb C,ij (2.69) 2 NÕu ta lÊy tổng biểu thức theo nhánh hệ thèng, ta sÏ cã biĨu thøc tỉng tỉn thÊt c«ng suất hệ thống điện Nếu sơ đồ thay đờng dây, ta có kể điện dẫn tác dụng (hình 2.17c) biểu thức (2.62), (2.63), (2.67), (2.68), 1 (2.69), t¹i sè h¹ng  j bij ta ph¶i thay b»ng  g i ,ij jbC ,ij 2 Công suất tác dụng công suất phản kháng (hình 2.17b) đợc xác định theo biĨu thøc (2.64), (2.65) nh sau : VÝ dơ, tõ biÓu thøc (2.64) ta cã: S ijd  3U i Iˆij  Pijd  jQijd  U i  jU i. I ij  jI ij  Pijd  3U i Iij  3U i.Iij (2.70) 3U i Iij Q ijd  3U i.Iij  ®ã: Pijd , Qijd công suất tác dụng phản kháng đầu đờng dây ij I ij , I ij thành phần tác dụng phản kháng dòng điện đờng dây ij U i, U i thành phần tác dụng phản kháng điện áp nút i Các thành phần dòng điện đờng dây ij đợc xác định nh sau: U i U j U i  U j  nh U i  U j  Iij   Y   Yij ij 3Z ijnh 3  I ij  jI ij  U i  jU i U j  jU j g ij  jbij  VËy ta cã : Iij  Iij  3  U  U .g i j  U  U .b i j ij ij   3  U  U.b i j  U  U.g i j ij (2.71) ij ®ã g ij , bij thành phần tác dụng phản háng tổng dẫn nút i j ( tổng dẫn nhánh ij nhng ngợc dấu) 2.11.3 Tính toán tổn thất công suất 77 Tổn thất công suất điện trở điện kháng đờng dây, hay nói cách khác la tổn thất công suất thành phần dọc đờng dây hiệu công suất đầu cuối thành phần dọc đờng dây (hình 2.17) Tổn thất công suất tổng thành phần dọc mạng điện tổng tổn thất công suất thành phần dọc tất nhánh dây : S d ij  S ijc  (2.72) Cßn tỉn thất tổng mạng S tổng tổn thất thành phần dọc thành phần ngang đờng dây Nh vậy, biểu thức (2.72), phải kể thêm công suất phản kháng dung dẫn đờng dây cao áp sinh Thông thờng ngời ta hay sử dụng biểu thức xác định tổn thất công suất viết dới dạng bình phơng điện áp Tổn thất công suất hiệu số công suất nguồn phát công suất phụ tải nút Nếu ta quy uớc công suất dòng nguồn phát mang dấu cộng(+ S ), phụ tải mang dấu trừ(- S ) , tổn thất công suất mạng có i i (n+1) nút đợc xác định nh sau: n n 1 i 1 i 1  ˆI S  S i 3U i i (2.73) Cần nhắc lại S tổng tổn thất thành phần dọc ngang mạng Biểu thức (2.73) cã thĨ viÐt díi d¹ng ma trËn nh sau:    T  S   ˆI  U  (2.74) ®ã :  Iˆ  T véc tơ hàng dòng điện phức liên hợp nút, có kích thức (n+1); U véc tơ cột điện áp phức nút, có kích thức (n+1) T số để thể ma trận chuyển vị Phơng trình điện áp nút có ý đến quy tắc tính toán ma trận, viết nh sau :    Uˆ   Yˆ  ˆI  T T T (2.75) y  Thay (2.75) vào (2.74), ta có tổn thất công suất c«ng suÊt b»ng:    Yˆ   U  ˆ S  P  jQ   U  78 T T y  (2.76)   Yy ma trận phức đầy đủ tông dÉn nót, cã kÝch thíc (n+1) BiĨu thøc ë vÕ phải (2.76) gọi biểu thức dạng bình phơng điện áp Với ký hiệu Y G   jB ; U U     jU từ (2.76), ta có y     y   biÓu thøc để xác định tổn thất công suất tác dụng tổn thất công suất phản kháng : T T P  U    G   U     U    G   U     T T Q   U    B   U     U    B   U   (2.77) Trong c«ng thøc (2.77) tỉn thÊt c«ng suấtđợc xác định dới dạng bình phơng thành phần tác dụng phản kháng điện áp nút Nếu sử dụng ma trận đầy Z tổng trở riêng tơng hỗ nút, kích thíc (n+1) th× tõ (2.74) ta còng cã biĨu thøc tơng tự nh (2.76) để tính tổn thất dới dạng bình phơng dòng điện nút: Z  J  T S  3 Jˆ  (2.78) Ta biểu thị dòng nút qua công suất nút : T *   J    S     T U  1 1  *   *  U S vµ J         Th× biĨu thøc (3.20) cã thÓ viÕt nh sau : T  U  1 1  *  *  Z   U d  S            S   S  (2.79) ®ã :  S  T véc tơ hàng công suất phức nót, kÝch thíc (n+1)  *   S  véc tơ cột công suất phức liên hợp nút, kích thớc (n+1) T *  U  , U   lµ ma trËn đờng chéo, kích thức (n+1), phần tử thứ i cđa     * 1 chóng b»ng U  ,U i i vÝ dô 2.12 Cho sơ đồ mạng điện hình 2.14, số liệu ban đầu ví dụ 2.9, điện áp nút đợc xác định ví dụ nh sau : 79 U cb 115 kV U U 1 109,6434kV ;U 1 4,1264kV U 2 115 ,4146 kV ;U 0,2723kV Hãy tính toán dòng điện, công suất tổn thất công suất đờng dây c S 32 d S 32 c S 32 d S 31 d S 21 I I 21 31dô 2.9 , ta có ( đơn vị 1/ôm) Từ số liÖu vÝ g 23  0,02; b23  0,04; g13 S  c0,0133; b13  0,0267 c ; g12  0,0138; b12  0,0345 31 S 21 Gi¶ thiÕt chiều dòng điện công suất nh ghi hình 2.18 áp dụng công thức (2.71) ta tính đợc dòng điện đờng dây : Hình 2.18- Sơ đồ HTĐ 110 115 115kV I 32 I 23 ,4146.0,02    0,2723.0,04  0,0111 kA;   I 23   I 32  115  115 ,4146.0,04    0,2723.0,02 0,0064 kA; TÝnh t¬ng tù ta cã :  115  109,6434.0,0133)    4,1264.0,0267 0,1047kA   I 13     115  109,6434.0,0267    4,1264.0,0133  0,0509 kA I 31   I 12    115,4146  109,6434.0,0138   0,2723  4,1264.0,0345 0,1336kA I 21   I 12     115,4146  109,6434.0,0345   0,2723  4,1264.0,0138  0,0799kA I 21   I 13   I 31 ChiÒu d c dơng dòng công suất S ij , S ij chiều từ nút i đến nút j áp dụng công thức (3.10) ta tính đợc công suất tác dụng phản kháng đờng dây : 80 P32  3115   0,0111   0.0,0064  2,208MW ; P23  3115 ,4146.  0,0111   0,2723.  0,0064   2,2129MW ; Q32   0.  0,0111   115 ,4146.0,0064   1,2765MVAr ; Q23   0,2723.0,0111  115 ,4146.  0,0064   1,2863MVAr ; P31  115 0,1047  0.0,0509  20,861MW ; P13  3109,6434.  0,1047     4,1264.0,0509   20,2528MW ; Q31  3 0.0,1047  115   0,0509   10,1315 MVAr ; Q13  3   4,1264  0,1047   109,6434.0,0509   8,9110 MVAr ; P12  3115 ,4146.0,1336  0,2723.  0,0799   26,6692MW ; P21  3109,6434.  0,1336     4,1264.0,0799  25,9426MW ; Q21  3 0,2723.0,1336  115 ,4146.  0,0799   16,0364 MVAr ; Q12  3   4,1264.  0,1336   109,6434.0,0799 14,2198MVAr Tổn thất công suất tác dụng tổn thất công suất phản kháng đờng dây b»ng : P32 P32  P23  2,208  2,2129 0,0049 MW P31 P31  P13 20,861  20,2528 0,6082 MW P12 P12  P21 26,6692  25,9426 0,7266 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng mạng điện : P 0,0049  0,6082  0,7266 1,3397MW T¬ng tù ta cã : Q32 Q32  Q23  1,2765  1,2863 0,0098MVAr Q31 Q31  Q13 10,1315  8,9110 1,2205MVAr Q21 Q21  Q12 16,0364  14,2198 1,8166 MVAr Tæng tổn thất công suất phản kháng mạng điện : Q 0,0098 1,2205 1,8166 3,0469MVAr Ngoài cách tính tổn thất công suất nh đa trình bày trên, ta tiến hành tính toán chúng theo công thức (2.77) Triển khai công thức theo bớc nh sau : 1.Tính tổng dẫn riêng nút : 81 g 33   g 23  g13     0,02  0,0133 0,0333  b33   b23  b13     0,04  0,0267  0,0667   g 22   g 23  g12     0,02  0,0138 0,0338  b22   b23  b12     0,04  0,0345 0,0745  g11   g13  g12     0,0133  0,0138 0,0271  b11   b13  b12     0,0267  0,0345 0,0612  Thµnh lËp ma trËn  G  ,  B  : G   B  g 11g 12 g 13  0,0271  0,0138  g 21g 22 g 23     0,0138 0,0338 g 31g 32 g 33    0,0133  0,020  0,0345  b11 b12 b13  0,0612      b 21 b 22 b 23     0,0345 0,0745  b 31 b 32 b 33    0,0267  0,040  0,0133   0,0200 0,0333   0,0267 0,0400 0,0667 3.Các véc tơ U   , U  cã d¹ng nh sau : 109,6434   4,1264   U   115,4146; U  0,2733  115  0  Xác định tổn thất công suất tác dụng: P U    G U    U   G U  = T T  0,0271  0,0138  0,0133 109,6434 109,6434 115,4146 115   0,0138 0,0338  0,0200 115,4146    0,0133  0,0200 0,0333   115   0,0271  0,0138  0,0133   4,12640    4,12640 0,2723 0   0,0138 0,0338  0,0200   0,2723     0,0133  0,0200 0,0333      0,1509   0,1156    109, 6434 115,4146 115  0,0879     4,1264 0,2723 0  0,0661    0,0629  0,0444 1,3396 MW định tổn thất công suất phản kháng: Q U B U   U   B U  = T 82 T X¸c  0,0612  0,0345  0,0267 109,6434 109,6434 115 ,4146 115    0,0345 0,0745  0,0400 115 ,4146    0,0267  0,0400 0,0667   115   0,0612  0,0345  0,0267   4,1264    4,1264 0,2729 0   0,0345 0,0745  0,0400  0,2723    0,0267  0,0400 0,0667      0,3421 0,2619   109,6434 115 ,4146 115   0,2157     4,1264 0,2723 0  0,1626   0,1264   0,0993 3,047 MVAr Ta nhận tháy tổn thất công suất tác dụng tổn thất công suất phản kháng lới điện hai cách tính có kết giống 83 ...PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN  Tính toán thiết kế lới điện Tính toán chế độ xác lập hệ thống điện Phân tích chế độ làm việc đờng dây dài Hệ thống truyền tải điện xoay chiều... phơng trình mô tả chế độ xác lập HTĐ , giải hệ phơng trình Trong chơng phân tích kỹ lỡng hai vấn đề 2.1.2 Sơ đồ thay hệ thống điện tính toán độ xác lập Phân tích chế độ xác lập hệ thống điện ba... chất lượng điện cho hệ thống truyền tải điện yêu cầu thiết sinh viên, kỹ sư, học viên cao học nghiên cứu viên chuyên ngành Hệ thống điên” Giáo trình “ Phân tích chế độ xác lập Hệ thống điện ” cung