Một số biện pháp nhằm tối ưu hệ thống bảo vệ lưới điện trung áp hà nội

Đánh giá hiện trạng hệ thống bảo vệ rơle lưới điện trugn áp khu vực Hà nội. Thiết kế bổ sung mạch tự động đóng lại cho các xuất tuyến trung áp. Định vị sự cố trong lưới trung áp Mô tả: Luận văn (Thạc sỹ khoa học) Chuyên ngành Mạng và Hệ thống điện

TRẦN THANH BÌNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Mạng hệ thống đIện LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM TỐI ƯU HỆ THỐNG BẢO VỆ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP HÀ NỘI TRẦN THANH BÌNH 2005 - 2007 Hµ néi 2008 HÀ NỘI 04-2008 TRẦN THANH BÌNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Mạng hệ thống ®IÖn LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM TỐI ƯU HỆ THỐNG BẢO VỆ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP HÀ NỘI TRẦN THANH BÌNH 2005 - 2007 Hµ néi 2008 HÀ NỘI 04-2008 i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến T.s Nguyễn Xuân Hoàng Việt người trực tiếp hướng dẫn giám sát việc thực đề tài Những nhận xét, gợi ý hỗ trợ Thầy việc chuẩn bị thực thi đề tài giúp ích nhiều cho công việc tác giả Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đồng nghiệp bạn lớp, người tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình học tập thực đề tài ii TÓM TẮT ĐỂ TÀI NGHIÊN CỨU Nhằm đảm bảo làm việc tin cậy hệ thống bảo vệ rơle tự động hóa lưới điện trung áp khu vực Thành phố Hà Nội, cơng tác hồn thiện hệ thống bảo vệ rơle tự động hóa lưới trung áp tiến hành thường xuyên liên tục Đã có nhiều sáng kiến cải tiến kỹ thuật nhằm hoàn thiện vận hành hệ thống bảo vệ Đề tài nghiên cứu trạng thực tế hệ thống bảo vệ rơle cho lưới trung áp khu vực thành phố Hà Nội từ đưa số biện pháp nâng cấp hữu hiệu nhằm tối ưu hóa làm việc hệ thống bảo vệ Đề tài củng cố khơi gợi sáng tạo việc sử dụng thiết bị tự động hóa sẵn có thị trường để giải khắc phục hạn chế cụ thể hệ thống bảo vệ rơle có Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện tiết kiệm kinh phí đầu tư cho việc thay thiết bị Đề tài nêu lên cách tiếp cận vấn đề định vị cố lưới điện trung áp, kết chưa hoàn hảo Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết kết từ nghiên cứu công bố kinh nghiệm từ thực tế vận hành người viết thời gian công tác tổ Rơle – Đội thí nghiệm – Cơng ty Điện Lực Thành phố Hà Nội Kết luận văn giải nội dung sau: (1) Thiết kế bổ sung chức tự động đóng lại (TĐL) cho lộ đường dây trung áp thuộc trạm có rơle bảo vệ kỹ thuật số khơng tích hợp chức TĐL; (2) Trình bày phương pháp định vị cố lưới trung áp, ứng dụng chúng lưới điện Hà Nội Bản luận văn chia thành hai phần chương sau: - Chương 1: Đánh giá trạng hệ thống bảo vệ rơle lưới điện trung áp khu vực Hà Nội Phần 1: Thiết kế bổ xung mạch tự động đóng lại cho xuất tuyến trung áp - Chương 2: Cơ sở lý thuyết TĐL - Chương 3: Ứng dụng PLC TĐL đường dây trung áp iii Phần 2: Định vị cố lưới trung áp - Chương 4: Định vị cố yếu tố ảnh hưởng - Chương 5: Các phương pháp định vị cố - Chương 6: Phương pháp định vị cố Ratan Das - Chương 7: Ứng dụng định vị cố lưới điện trung áp Hà Nội - Chương 8: Kết luận kiến nghị iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỂ TÀI NGHIÊN CỨU ii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x Chương ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP KHU VỰC HÀ NỘI 1.1 KHÁI QUÁT 1.2 HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE Phần 1: THIẾT KẾ HỆ BỔ XUNG MẠCH TĐL CHO CÁC XUẤT TUYẾN TRUNG ÁP Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TĐL 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2.2 ỨNG DỤNG TĐL TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP .13 2.2.1 Phối hợp tác động thiết bị bảo vệ rơle TĐL 13 2.2.2 Những yếu tố ảnh hưởng tới TĐL lưới điện trung áp 16 2.2.3 Ứng dụng TĐL hợp (Automatic Recloser) 19 2.2.4 TĐL lưới điện trung áp Hà Nội 20 Chương ỨNG DỤNG PLC TRONG TĐL CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 22 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 22 3.2 PLC VÀ ỨNG DỤNG TRONG TĐL 23 3.2.1 Giới thiệu PLC 23 3.2.2 Lập trình TĐL cho PLC 30 Phần 2: ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35 Chương ĐỊNH VỊ SỰ CỐ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 35 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG .35 4.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ 36 4.2.1 Sơ đồ lưới phân phối tiêu biểu dạng cố 36 4.2.2 Điện trở cố ảnh hưởng đến định vị cố 43 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ 49 5.1 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI .49 5.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 50 5.3 PHƯƠNG PHÁP THÀNH PHẦN PHẢN KHÁNG 51 5.4 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG THUẬT TOÁN TAKAGI 52 5.5 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CỦA Richards Tan .57 5.6 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CỦA Srinivasan St-Jacques 58 5.7 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG THUẬT TOÁN Girgis .62 Chương PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA RATAN DAS 65 6.1 TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP .65 6.2 PHÁT HIỆN SỰ CỐ VÀ THU THẬP DỮ LIỆU TRƯỚC VÀ TRONG SỰ CỐ 68 6.2.1 Xác định pha cố 68 6.2.2 Phát cố 68 6.2.3 Thu thập liệu trước cố liệu cố 69 v 6.3 ƯỚC LƯỢNG ĐOẠN ĐƯỜNG DÂY SỰ CỐ 70 6.3.1 Sự cố pha với đất 70 6.3.2 Sự cố hai pha với đất 71 6.3.3 Sự cố pha pha 72 6.3.4 Sự cố ba pha 72 6.4 KHAI TRIỂN MỘT HỆ THỐNG HÌNH TIA TƯƠNG ĐƯƠNG .72 6.5 MÔ HÌNH CÁC TẢI 73 6.5.1 Lựa chọn mơ hình cho tải 74 6.5.2 Ước lượng tải trước cố nút tính đến điểm cố 76 6.5.3 Ước lượng dòng điện điện áp trước cố nút 77 6.5.4 Ước lượng số tải 80 6.5 ƯỚC LƯỢNG DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP TẠI ĐIỂM CUỐI ĐƯỜNG DÂY VÀ TẠI ĐIỂM SỰ CỐ 80 6.6 ƯỚC LƯỢNG VỊ TRÍ SỰ CỐ .85 6.6.1 Sự cố pha đất 85 6.6.2 Sự cố hai pha với đất cố hai pha 88 6.6.3 Sự cố ngắn mạch ba pha 89 6.6.4 Phương trình chung cho tất dạng cố 90 6.7 BIẾN ĐỔI ĐA ƯỚC ĐOÁN THÀNH ĐƠN ƯỚC ĐOÁN 90 6.7.1 Chỉ thị cố 91 6.7.2 Ước đoán lần 92 6.8 TÓM LẠI 93 Chương ỨNG DỤNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP HÀ NỘI .94 7.1 ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRONG RƠLE SEL351A VÀ RƠLE 7SJ531 .94 7.1.1 Đối với rơle SEL 351A 94 7.1.2 Đối với rơle 7SJ531 94 7.2 MỘT SỐ ĐỀ XUẤT NHẰM KHAI THÁC CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRONG CÁC RƠLE HIỆN CÓ .95 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 8.1 KẾT LUẬN 96 8.2 KIẾN NGHỊ .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 98 Phụ lục I: Chi phí vật liệu cho tủ PLC 98 Phụ lục II: Bản vẽ thiết kế mạch TĐL 99 Phụ lục III: Chương trình TĐL dùng PLC 110 Phụ lục IV: Các thành phần thứ tự dạng cố 117 Phụ lục V: Thuật tốn sai số bình phương nhỏ 124 Phụ lục VI : Mơ hình đáp ứng tĩnh tải 127 Phụ lục VII: Điện áp dòng điện đầu đường dây 129 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ mô tả nguồn thao tác máy cắt thuộc C42-E15 Hình 2.1 Sơ đồ lưới điện (a) giải thích nguyên tắc tăng tốc độ trang bảo vệ trước TĐL, đặc tính thời gian bảo vệ (b) diễn biến dòng điện đường dây ngắn mạch khơng có TĐL (c), tăng tốc độ bảo vệ trước TĐL thành công (d) không thành công (e) tđ-thời gian chết TĐL Hình 2.2 14 Nguyên lý thực tăng tốc độ bảo vệ sau TĐL TĐL theo thứ tự lưới điện hình tia có nguồn cung cấp 15 Hình 3.1 Mơ tả hệ thống PLC 24 Hình 3.2 Đầu vào cách ly quang 26 Hình 3.3 Tín hiệu ra: (a) kiểu rơle (b) kiểu ghép cách ly quang 26 Hình 3.4 Ký hiệu tương ứng phần tử rơ le 28 PLC Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống phân phối tiêu biểu Hình 4.2 Sự cố pha với đất (a) dạng cố (b) sơ đồ thứ tự với pha cố pha tham chiếu Hình 4.3 39 Sự cố pha – đất (a) dạng cố (b) sơ đồ thứ tự với pha không bị cố pha tham chiếu Hình 4.4 38 40 Sự cố pha-pha (a) dạng cố (b) sơ đồ thứ tự với pha khơng cố pha tham chiếu Hình 4.5 Sự cố ba pha (a) dạng cố (b) sơ đồ thứ tự cố ba pha chạm đất 41 vii (c) sơ đồ thứ tự cố ba pha Hình 4.6 42 Sự phụ thuộc trở kháng biểu kiến vào điện trở cố nhìn từ nơi đặt thiết bị định vị cố (a) sơ đồ sợi đường dây nguồn cấp (b) sơ đồ tọa độ pha thể quan hệ dòng áp M (c) sơ đồ mặt phẳng phức R-X tương đương Hình 4.7 45 Sự phụ thuộc trở kháng biểu kiến vào điện trở cố nhìn từ nơi đặt thiết bị định vị cố (a) sơ đồ sợi đường dây có nguồn hai phía (b) sơ đồ tọa độ pha (c) sơ đồ mặt phẳng phức R-X 47 Hình 4.8 Đường dây trung áp với tải phân bố dọc đường dây 48 Hình 5.1 (a) Sơ đồ sợi cho hệ thống nguồn cấp (b) Sơ đồ mô tả cố F (c) Mạch tương đương để tình tốn dịng điện phân bố trước cố (d) Mạch điện tương đương để tính tốn dịng điện cố phân phối chúng Hình 5.2 53 Mơ hình hệ thống sử dụng để định vị cố theo thuật toán Richards Tan 57 Hình 5.3 Sự cố đường dây truyền tải có tải 58 Hình 5.4 Sự cố đường dây truyền tải có hai phụ tải dọc đường dây 61 Hình 6.1 Sơ đồ sợi hệ thống tiêu biểu 66 Hình 6.2 Sơ đồ khối a) Yêu cầu liệu b) Ước đốn vị trí điểm cố 67 Hình 6.3 Lưu đồ xác định dạng cố pha cố 70 Hình 6.4 Sơ đồ sợi hệ thống hình tia hiệu chỉnh với Hình 6.5 cố (a) F (b) F1 73 Tải pha nút R sơ đồ thứ tự 75 viii Hình 6.6 Tải pha pha nút R sơ đồ thứ tự 76 Hình 6.7 Tải pha pha đối xứng nút R sơ đồ thứ tự 76 Hình 6.8 Đoạn đường dây phân phối nút M nút R 77 Hình 6.9 Điện áp dòng điện nút R 79 Hình 6.10 Các dịng điện điện áp trước cố nút N nút x 79 Hình 6.11 Các dòng điện điện áp nút F nút N thời Hình 6.12 gian cố 81 Vị trí thiết bị thị cố hệ thống phân phối 91 Hình IV.1 Các điều kiện cố pha A với đất 117 Hình IV.2 Các điều kiện cố pha B pha C với đất 119 Hình IV.3 Các điều kiện cố pha B pha C 120 Hình IV.4 Các điều kiện cố ba pha có liên quan đến đất 122 Hình IV.5 Các điều kiện cố ba pha không liên hệ với đất 123 Hình VII.1 Đoạn đường dây phân phối nút M nút R 129 116 Lộ 7: 117 Phụ lục IV: Các thành phần thứ tự dạng cố Sử dụng lý thuyết thành phần đối xứng, dịng điện điện áp khơng đối xứng phân tích thành ba hệ thống dịng điện điện áp Trong hai hệ thống đối xứng, hệ thống thứ ba có giá trị modul góc pha Vì vậy, hệ thống khơng đối xứng dịng điện, Iaf, Ibf Icf biểu diễn sau: Iaf= (I0f + I1f + I2f) IV.1 Ibf= (I0f + a2I1f + aI2f) IV.2 Icf= (I0f + aI1f + a2I2f) IV.3 đó: I0f , I1f , I2f dòng điện thứ tự không, thuận, nghịch pha A pha tham chiếu a=1∠1200 tốn tử pha Quan hệ chúng viết lại: I0f= (Iaf + Ibf + Icf) IV.4 I1f= (Iaf + aIbf + a2Icf) IV.5 I2f= (Iaf + a2Ibf +aIcf) IV.6 IV.1 Sự cố pha với đất Xét cố pha A với đất qua điện trở Rf hình vẽ IV.1 Hệ thống ba pha Hình IV.1 Các điều kiện cố pha A với đất 118 Dòng áp điểm cố: Ibf= Icf=0 (IV.7) Vaf= IafRf (IV.8) đó: Iaf , Ibf , Icf dịng điện pha A, B, C chảy vào điểm cố Vaf điện áp pha A điểm cố Sử dụng thành phần đối xứng với pha A pha tham chiếu, thành phần dòng điện thứ tự khơng, thuận, nghịch biểu diễn phương trình từ IV.4 tới IV.6 Thay giá trị Ibf Icf từ phương trình IV.7 vào IV.4 tới IV.6 ta có: I0f = I1f= I2f= (Iaf ) (IV.9) Biểu diễn Vaf tổng thành phần thứ tự thay Iaf =3I0f ta phương trình sau: Vof+ V1f+ V2f=I0f(3Rf) (IV.10) đó: Vaf , V1f ,và V2f điện áp thứ tự không, thuận nghịch pha A F Phương trình IV.9 IV.10 đưa đến kết luận sơ đồ hình 4.2b sử dụng để biểu diễn trường hợp cố pha A với đất IV.2 Sự cố hai pha với đất Xét cố pha B pha C với đất qua điện trở Rf Rg hình IV.2 Các thơng số điểm F: Ia f=0 Ib f+Ic f= Ig (IV.11) Vb f=Ib fR f+ IgRg (IV.12) Vc f=Ic fR f+ IgRg (IV.13) đó: Vb f Vc f điện áp pha B pha C điểm cố F 119 Hệ thống ba pha Hình IV.2 Các điều kiện cố pha B pha C với đất Thực cộng trừ phương trình IV.12 IV.13 ta được: Vb f - Vc f =(Ib f - Icf) Rg (IV.14) Vb f+ Vc f =(Ic f+ Icf) Rf+2 IgRg (IV.15) Tương tự với điện áp: Vaf= (V0f + V1f + V2f) (IV.16) Vbf= (V0f + a2V1f + aV2f) (IV.17) Vcf= (V0f + aV1f + a2V2f) (IV.18) Từ phương trình IV.11 ta có: (I0f + I1f + I2f)=0 (IV.19) Thay Vbf, Vcf, Ibf Icf từ phương trình IV.17, IV.18, IV.2 IV.3 vào phương trình IV.14 IV.15 xếp lại ta (V1f – I1fRf)=(V2f – I2fRf) (IV.20) [2V0f+(a2+a)(V1f+V2f)]=[ 2I0f+(a2+a)(I1f+I2f)](Rf+2Rg) (IV.21) Thay a2+a=-1 (V2f – I2fRf) từ phương trình IV.21 xếp lại ta có [V0f – I0f(Rf+2Rg)]=(V1f – I1fRf) – (I1f+I2f)Rg (IV.22) Thay I1f+I2f= - I0f từ phương trình IV.19 vào IV.22 xếp lại ta được: [V0f – I0f(Rf+3Rg)]=(V1f –I1fRf) (IV.23) Từ phương trình IV.20 IV.23 suy ra: (V1f – I1fRf)=(V2f – I2fRf)=[V0f – I0f(Rf+3Rg)] (IV.24) 120 Phương trình IV.19 IV.24 dẫn tới kết luận hệ thống sơ đồ thứ tự hình 4.3b sử dụng để biểu diễn cố pha B pha C với đất IV.3 Sự cố pha pha Xét cố pha B pha C qua điện trở Rf hình vẽ IV.3 Hệ thống ba pha Hình IV.3 Các điều kiện cố pha B pha C Các thông số điểm cố, F: Iaf=0 Ibf+Icf=0 ⎛ Rf ⎜ ⎝ Vbf - Ibf ⎜ ⎞ ⎛R ⎟⎟ =Vcf - Icf ⎜⎜ f ⎠ ⎝ (IV.25) ⎞ ⎟⎟ ⎠ (IV.26) Sử dụng thành phần đối xứng với pha A pha tham chiếu phương trình IV.25, thành phần dòng điện thứ tự thu sau: (IV.27) (IV.28) I0f= (Iaf+Ibf+Icf)=0 I1f= (a – a2) Ibf I2f=- (a – a2)Ibf (IV.29) Phương trình IV.27 IV.29 cho ta: I0f=0 I1f=-I2f (IV.30) 121 Biểu diễn Vbf, Vcf, Ibf Icf theo thành phần đối xứng thay Vbf, Vcf, Ibf Icf từ phương trình IV.17, IV.18, IV.2 IV.3 vào phương trình IV.26 xếp lại ta thu được: ⎡ ⎛ Rf ⎢V1f − I f ⎜⎜ ⎝ ⎣⎢ ⎞⎤ ⎡ ⎛R ⎟⎟⎥ = ⎢V2f − I f ⎜⎜ f ⎠⎦⎥ ⎣⎢ ⎝ ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎦⎥ (IV.31) Phương trình IV.30 IV.31 dẫn tới kết luận hệ thống sơ đồ thứ tự hình 4.4b sử dụng để biểu diễn cho cố pha B pha C IV.4 Sự cố ba pha Xét cố ba pha có liên quan đến đất qua điện trở Rf Rg hình IV.4 Hệ thống ba pha Hình IV.4 điềusựkiện Các thông số tạiCác điểm cố,của F: cố ba pha có liên quan đến đất Iaf+Ibf+Icf=Ig (IV.32) Vaf=Iaf Rf+IgRg (IV.33) Vbf=Ibf Rf+IgRg (IV.34) Vcf=Icf Rf+IgRg (IV.35) Cộng trừ hai phương trình IV.34 IV.35 ta thu được: Vbf – Vcf=(Ibf – Icf)Rf (IV.36) Vbf + Vcf=(Ibf + Icf)Rf +2IgRg (IV.37) 122 Sử dụng lý thuyết thành phần thứ tự với pha A la pha tham chiếu biểu diễn dòng điện điện áp qua thành phần đối xứng nó, phương trình IV.16 tới IV.18 IV.1 tới IV.3 (V1f – I1fRf)=(V2f – I2fRf) (IV.38) [V0f – I0f(Rf+3Rg)]=(V1f – I1fRf) (IV.39) Kết hợp với phương trình IV.33, IV.34 IV.35 ta thu phương trình sau: Vaf+Vbf+Vcf=(Iaf+Ibf+Icf)Rf+3IgRg (IV.40) Thay Ig từ phương trình IV.32, vào IV.40 thu phương trình sau: Vaf+Vbf+Vcf=(Iaf+Ibf+Icf)(Rf+3Rg) (IV.41) Thay Vaf, Vbf, Vcf, Iaf, Ibf Icf từ phương trình IV.16 tới IV.18 IV.1 tới IV.3 vào phương trình IV.41 xếp lại ta thu phương trình sau: [V0f – I0f(Rf+3Rg)]=0 (IV.42) Phương trình IV.38, IV.39 IV.42 cho ta: (V1f – I1fRf)=(V2f – I2fRf)=[V0f –I0f(Rf+3Rg)]=0 (IV.43) Phương trình IV.43 đưa tới kết luận hệ thống sơ đồ thứ tự hình 4.5b sử dụng để biểu diễn cho trường hợp cố ba pha có liên quan đến đất qua điện trở cố Rf Rg hình 4.5a Hệ thống ba pha Hình IV.5 Các điều kiện cố ba pha không liên hệ với đất 123 Xem xét cố ba pha không liên quan đến đất, điện trở cố Rf hình IV.5 Quá trình tương tự, điều kiện cố thể hình 4.5c giống hình 4.5b ngoại trừ sơ đố thứ tự không hở mạch Không có liên hệ với đất điểm cố điện trở Rg có giá trị vơ Khi đó: Iaf+Ibf+Icf=0 (IV.44) Thay Iaf, Ibf Icf từ phương trình IV.1 tới IV.3 vào phương trình IV.44 xếp lại ta được: I0f=0 (IV.45) Sơ đồ thứ tự thuận nghịch tương tự trường hợp sựu cố ba pha có liên hệ với đất 124 Phụ lục V Thuật tốn sai số bình phương nhỏ Thuật tốn sai số bình phương nhỏ (LES) sử dụng để ước lượng thành phần tần số điện áp dòng điện Nó dựa việc giảm thiểu hóa sai số bình phương trung bình dạng sóng thực tế giả thiết Dạng sóng điện áp và/hoặc dịng điện mơ hình hóa tập hợp thành phần tần số bản, thành phần chiều tắt dần theo hàm mũ thành phần sóng hài khác −t N x(t ) = X e τ + ∑ X n sin(nω0 t + θ n ) (V.1) n =1 đó: x(t) giá trị tức thời tín hiệu thời điểm t, τ hệ số thời gian suy giảm thành phần chiều, N bậc thành phần sóng hại cao có tín hiệu, ω0 tần số hệ thống, X0 biên độ thành phần chiều thời điểm t=0, Xn giá trị đỉnh thành phần sóng hài bậc thứ n, θn góc pha thành phần sóng hài bậc thứ n Khai triển Taylor thành phần chiều, giữ lại hai giá trị ta phương trình sau: N ⎛X ⎞ x(t ) = X − ⎜ ⎟t + ∑ X n sin(nω t + θ n ) ⎝ τ ⎠ n =1 (V.2) Giả sử tín hiệu có chứa thành phần chiều, sóng sóng hài bậc hai, ba, bốn, năm Tại thời điểm t=t1, phương trình V.2 biểu diễn sau: ⎛X ⎞ x(t ) = X − ⎜ ⎟t1 + X sin(ω t1 + θ1 ) + X sin(2ω t1 + θ ) ⎝ τ ⎠ + X sin(3ω t1 + θ ) + X sin(4ω t1 + θ ) + X sin(5ω t1 + θ ) Biến đổi lượng giác, phương trình V.3 viết lại thành (V.3) 125 ⎛X ⎞ x(t ) = X − ⎜ ⎟t1 + ( X cos θ1 ) sin ω t1 + ( X sin θ1 ) cos ω t1 ⎝ τ ⎠ + ( X cos θ ) sin 2ω t1 + ( X sin θ ) cos 2ω t1 + ( X cos θ ) sin 3ω t1 + ( X sin θ ) cos 3ω t1 (V.4) + ( X cos θ ) sin 4ω t1 + ( X sin θ ) cos 4ω t1 + ( X cos θ ) sin 5ω t1 + ( X sin θ ) cos 5ω t1 Phương trình biểu diễn sau: x(t1)=a11x1+ a12x2+ a13x3+ a14x4+ a15x5+ a16x6+ a17x7 + a18x8+ a19x9+ a110x10+ a111x11+ a112x12 (V.5) đó: x1=X0, x2=-X0/τ, x3=X1cosθ1, x4=X1sinθ1, x5=X2cosθ2, x6=X2sinθ2, x7=X3cosθ3, x8=X3sinθ3, x9=X4cosθ4, x10=X4sinθ4, x11=X5cosθ5, x12=X5sinθ5, a11=1, a12=t1, a13=sin(ω0t1), a14=cos(ω0t1), a15=sin(2ω0t1), a16=cos(2ω0t1), a17=sin(3ω0t1), a18=cos(3ω0t1), a19=sin(4ω0t1), a110=cos(4ω0t1), a111=sin(5ω0t1), a112=cos(5ω0t1), Tín hiệu lấy mẫu khoảng thời gian ∆t giây phương trình V.5 viết lại thành: x(m∆t)=am1x1+ am2x2+ am3x3+ am4x4+ am5x5+ am6x6+ am7x7 + am8x8+ am9x9+ am10x10+ am11x11+ am12x12 đó: ∆t= , fs (V.6) (V.7) fs tần số lấy mẫu m số mẫu Hệ số a định nghĩa lại sau: am1=1, am2=m∆t, am3=sin(ω0 m∆t), am4=cos(ω0 m∆t), am5=sin(2ω0m∆t), am6=cos(2ω0m∆t), a17=sin(3ω0m∆t), am8=cos(3ω0m∆t), am9=sin(4ω0m∆t), am12=cos(5ω0m∆t), am10=cos(4ω0m∆t), am11=sin(5ω0m∆t), 126 Phần tử thứ 13 tương tự V.6 sử dụng mẫu thứ 13, chúng viết sau (V.8): [A] [X] 13x12 12x1 = [x] 13x1 Sai số ước lượng bình phương nhỏ [X] đưa phương trình sau: [X ] = [[AT ][A]]−1 [AT ][x] = [A]+ [x] (V.9) Trong đó: [A]+ nghịch đảo [A] Các phần tử hàng thứ thứ ma trận [A]+là hệ số lọc để ước lượng thành phầ thực ảo tín hiệu tần số Những hệ số tính tốn chế độ tuyến 127 Phụ lục VI : Mơ hình đáp ứng tĩnh tải Mơ hình đáp ứng tĩnh tải xây dựng để làm rõ cách thức xử lý số lượng lớn tải hợp hầu hết điểm Nó thể dạng toán học sau: ∂ Vr ∂Pr = np Pr Vr (VI.1) ∂ Vr ∂Qr = nq Qr Vr (VI.2) đó: Pr công suất tác dụng tải nút R Qr công suất phản kháng tải nút R Vr điện áp nút R np nq số đáp ứng thành phần tác dụng phản kháng tương ứng tải Quan hệ công suất phức hợp điện áp thể sau: Pr + jQr = K p Vr np nq + jK q Vr Pr + jQr = Vr I = Vr ∠θ I * r (VI.3) (VI.4) * v r đó: Kp Kq hệ số thực Từ phương trình VI.3 VI.4 suy ra: Vr ∠θ v I r* = K p Vr np + jK q Vr Sắp xếp lại VI.5 ta được: ( n p −2 I r* = K p Vr + jK q Vr nq − nq )V * r (VI.5) (VI.6) Biến đổi ta được: ( Ir = K p Vr Vr n p −2 − jK q Vr nq − ) (VI.7) Phương trình VI.7 chuyển thành VI.8: ( Yr = Gr Vr n p −2 + jBr Vr nq − ) (VI.8) 128 đó: Yr tổng dẫn tải, Gr hệ số tương ứng với tải có tính chất điện cảm, Br hệ số tương ứng với tải có tính chất điện dung Nếu Yr đo điện áp đặc biệt (chẳng hạn điện áp trước cố), np nq biết giá trị Gr Br xác định Giá trị Gr Br sau sử dụng để xác định Yr mức điện áp Gía trị np nq cho ba loại tải thể sau: np=nq=0 tải trở np=nq=1 tải cảm np=nq=2 tải dung 129 Phụ lục VII: Điện áp dòng điện đầu đường dây Các dòng điện điện áp đầu đoạn đường dây, hình vẽ VII.1, quan hệ với theo phương trình: Hình VII.1 Đoạn đường dây phân phối nút M nút R ⎡ Vr ⎤ ⎡ Dmr ⎢ I ⎥ = ⎢C ⎣ rm ⎦ ⎣ mr − Bmr ⎤ ⎡Vm ⎤ − Amr ⎥⎦ ⎢⎣ I mr ⎥⎦ (VII.1) đó: Vm Vr điện áp taik nút M nút R tương ứng, Imr Irm dòng điện chảy đoạn đường dây từ nút M đến nút R Amr, Bmr, Cmr Dmr hệ số đoạn đường dây phân phối Các hệ số Amr, Bmr, Cmr Dmr sau: Amr=cosh(γmrLmr), s sinh(γ mr Lmr ) Bmr= Z mr C mr = sinh(γ mr Lmr ) s Z mr (VII.2) Dmr=cosh(γmrLmr) đó: γmr hệ số truyền sóng đơn vị dài đường dây, Lmr chiều dài đoạn đường dây, s Z mr trở kháng toàn đoạn đường dây Hệ số truyền sóng trở kháng đoạn đường dây có từ phương trình sau: 130 γ mr = (rmr + jxmr )( g mr + jbmr ) s Z mr = rmr + jx mr g mr + jbmr (VII.3) (VII.4) đó: rmr điện trở đơn vị đoạn đường dây, xmr điện kháng đơn vị đoạn đường dây, gmr điện dẫn đơn vị đoạn đường dây, bmr dung dẫn đơn vị đoạn đường dây Vì đoạn đường dây đường dây phân phối ngắn, số A, B, C D đoạn xấp xỉ sau: A=1, B=ZsγL, γL C= s (VII.5) Z D=1 Thay A D vào phương trình VII.1 ta có: ⎡ Vr ⎤ ⎡ ⎢ I ⎥ = ⎢C ⎣ rm ⎦ ⎣ mr − Bmr ⎤ ⎡Vm ⎤ − ⎥⎦ ⎢⎣ I mr ⎥⎦ (VII.6) ... HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Mạng hệ thống đIện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM TỐI ƯU HỆ THỐNG BẢO VỆ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP HÀ NỘI TRẦN THANH... thuật nhằm hoàn thiện vận hành hệ thống bảo vệ Đề tài nghiên cứu trạng thực tế hệ thống bảo vệ rơle cho lưới trung áp khu vực thành phố Hà Nội từ đưa số biện pháp nâng cấp hữu hiệu nhằm tối ưu hóa... NGHIÊN CỨU Nhằm đảm bảo làm việc tin cậy hệ thống bảo vệ rơle tự động hóa lưới điện trung áp khu vực Thành phố Hà Nội, cơng tác hồn thiện hệ thống bảo vệ rơle tự động hóa lưới trung áp tiến hành thường