Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện bằng: ΔA = (ΔPd + ΔPb).τ + ΔP0.t
ΔA = (7,608 + 1,005).2688,58 + 0,769.8760 = 29893,179 MWh Tổng điện năng các hộ tiêu thụ nhận được trong năm bằng:
A = ΣPmax.Tmax = 268.4300 = 1152400MWh
Tổn thất điện năng trong mạng điện tính theo phần trăm bằng: 29893,179 % .100 .100 1152400 A A A 8.4. Tính chi phí và giá thành 8.4.1. Chi phí vận hành hàng năm
Các chi phí vận hành hàng năm trong mạng điện được xác định theo công thức: Y = avhd.Vd + avht.Vt + ΔA.c
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 93 SV: Lê Anh Toản avhd – hệ số vận hành đường dây (avhd = 0,04);
avht – hệ số vận hành các thiết bị trong trạm biến áp (avht = 0,1); c – giá thành 1kWh tổn thất điện năng (c = 1000đ/kWh). Như vậy:
Y = 0,04.49,16.109 + 0,1.409,6.109 + 29893,179.1000.103 = 72,825.109 đ
8.4.2. Chi phí tính toán hàng năm
Chi phí tính toán hàng năm bằng: Z = atc.V + Y
Z = 0,125.458,76.109 + 72,825.109 = 130,17.109 đ Giá thành truyền tải điện năng
Giá thành truyền tải điện năng bằng: 9 3 72,825.10 63,197 / 1152400.10 Y ñ kWh A
Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại
Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải cực đại được xác định theo công thức: 9 9 0 ax 468,76.10 1, 712.10 / 268 m V V ñ MW P
Kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế –kỹ thuật của hệ thống điện thiết kế được tổng hợp trong bảng 9.2.
Bảng 8.2. Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện thiết kế
Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
1. Tổng công suất phụ tải khi cực đại MW 268
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 94 SV: Lê Anh Toản
3. Tổng công suất các máy biến áp hạ áp MVA 566
4. Tổng vốn đầu tư cho mạng điện 109 đ 458,76
5. Tổng vốn đầu tư về đường dây 109 đ 49,16
6. Tổng vốn đầu tư về các trạm biến áp 109 đ 409,06
7. Tổng điện năng các phụ tải tiêu thụ MWh 1152400
8. ΔUmaxbt % 5,596
9. ΔUmax sc % 11,192
10. Tổng tổn thất công suất ΔP MW 9,382
11. Tổng tổn thất công suất ΔP % 3,5
12. Tổng tổn thất điện năng ΔA MWh 29893,179
13. Tổng tổn thất điện năng ΔA % 2,594
14. Chi phí vận hành hàng năm 109 đ 72,825
15. Chi phí tính toán hàng năm 109 đ 130,17
16. Giá thành truyền tải điện năng β đ/kWh 63,197
17. Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải khi
cực đại 10
9
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 95 SV: Lê Anh Toản
PHẦN II
TÍNH ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO MẠNG
ĐIỆN KHI XẢY RA NGẮN MẠCH 3
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 96 SV: Lê Anh Toản
CHƯƠNG 9
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH CỦAHỆ THỐNG ĐIỆN
9.1. Các chế độ làm việc của hệ thống điện
9.1.1. Hệ thống điện
Hệ thống điện là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng.
Các phần tử của hệ thống điện bao gồm: nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải điện, các thiết bị điều chỉnh, điều khiển, bảo vệ, đo lường, các hộ tiêu thụ…
Mỗi phần tử của hệ thống lại được đặc trưng bởi các thông số như tổng trở, tổng dẫn, hệ số biến đổi… Các thông số này được xác định về lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữa chúng và nhiều sự giản ước tính toán khác. Các thông số này được gọi là các thông số của hệ thống điện.
Nhiều thông số của hệ thống điện là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúng phụ thuộc vào dòng công suất, tần số… như là X, Y, độ từ hóa…
9.1.2 .Chế độ của hệ thống điện
Tập hợp các quá trình xảy ra trong hệ thống điện và xác định trạng thái làm việc của hệ thống điện trong một thời điểm hay một khoảng thời gian nào đó gọi là chế độ của hệ thống điện.
Các quá trình nói trên đặc trưng bởi các thông số U, I, P, Q, f, δ… tại mọi điểm của hệ thống điện. Ta gọi chúng là các thông số chế độ, các thông số này khác với các thông số hệ thống ở chỗ nó chỉ tồn tại khi hệ thống điện làm việc.
Các thông số chế độ quan hệ với nhau thông qua các thông số hệ thống điện, nhiều mối quan hệ này có dạng phi tuyến.
Ta có các chế độ làm việc của hệ thống điện:
a) Chế độ xác lập
Chế độ xác lập là chế độ mà các thông số của nó không thay đổi hoặc dao động rất bé xung quanh một giá trị nào đó của hệ thống điện.
Có ba loại chế độ xác lập là:
- Chế độ xác lập bình thường là chế độ vận hành bình thường của hệ thống điện. - Chế độ xác lập sau sự cố là sau khi đã loại trừ sự cố.
- Chế độ sự cố xác lập là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá độ. Các yêu cầu của chế độ này là:
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 97 SV: Lê Anh Toản - Đảm bảo chất lượng điện năng: tức là đảm bảo các các tiêu chuẩn về tần số, điện áp…
- Đảm bảo độ tin cậy: tức là các hộ phụ tải phải được cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo.
- Đảm bảo về hiệu quả kinh tế: tức là các chi phí về sản xuất, truyền tải và phân phối và nhỏ nhất.
- Đối với chế độ xác lập sau sự cố còn cần phải có các biện pháp điều khiển, phương thức vận hành để đưa hệ thống điện về chế độ làm việc bình thường ban đầu.
b) Chế độ quá độ
Chế độ quá độ là chế độ trong đó các thông số biến đổi rất nhanh, và thường được mô tả bằng hệ phương trình vi phân.
Có hai loại chế độ quá độ là:
- Chế độ quá độ sự cố: như ngắn mạch, mất máy phát điện… - Chế độ quá độ thao tác trong vận hành.
Các yêu cầu của chế độ này là: - Nhanh chóng loại trừ sự cố.
- Trong thời gian quá độ, các thông số của hệ thống thay đổi trong giới hạn cho phép (của chế độ sự cố).
9.1.3.Điều kiện tồn tại chế độ xác lập. Định nghĩa ổn định của hệ thống điện
a) Điều kiện tồn tại chế độ xác lập
Điều kiện để chế độ xác lập có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng. Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với công suất tổn thất trong các phần tử của hệ thống điện.
PF = Ppt + ΔP = P QF = Qpt + ΔQ = Q
Giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng lại có mối liên hệ với nhau: S2 = P2 + Q2
cho nên ta thấy các điều kiện cân bằng công suất không thể xét một cách độc lập mà lúc nào cũng phải xét đên mối quan hệ giữa chúng.
Tuy nhiên trên thực tế, ta có thể coi sự biến đổi của công suất tác dụng và công suất phản kháng tuân theo nhưng quy luật riêng:
- Sự cân bằng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống.Sự biến đổi công suất tác dụng chỉ có ảnh hưởng đến tần số của hệ thống điện, ảnh hưởng của nó tới điện áp là không đáng kể. Như vậy, tần số có thể xem là chỉ tiêu đánh giá sự cân bằng công suất tác
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 98 SV: Lê Anh Toản dụng.Công suất tác dụng là cân bằng khi tần số của hệ thống bằng tần số đồng bộ hoặc nằm trong một giới hạn cho phép:
fcpmin ≤ f ≤ fcpmax
- Sự cân bằng công suất phản kháng có tính chất cục bộ.Sự biến đổi công suất phản kháng chủ yếu ảnh hưởng tới điện áp của hệ thống điện nên ta cũng coi điện áp là chỉ tiêu đánh giá sự cân bằng công suất phản kháng.Công suất phản kháng là cân bằng khi điện áp các nút của hệ thống điện nằm trong giới hạn cho phép:
Ucpmin ≤ U ≤ Ucpmax
b) Định nghĩa ổn định của hệ thống điện
Điều kiện cân bằng công suất không đủ cho một chế độ xác lập tồn tại trong thực tế. Vì hệ thống điện luôn bị ảnh hưởng bởi các kích động từ bên ngoài. Các thông số của hệ thống luôn luôn thay đổi.
Các kích động trong hệ thống điện gồm hai loại: kích động lớn và kích động nhỏ. - Ổn định tĩnh
Các kích động nhỏ xảy ra liên tục và có biên độ nhỏ, do sự đóng cắt các phụ tải và sự làm việc không tốt của các thiết bị điều chỉnh… Các kích động này phá hoại sự ổn định ban đầu của hệ thống điện. Chế độ xác lập muốn duy trì được thì phải chịu được các kích động nhỏ này, có nghĩa là sự cân bằng công suất phải được khôi phục sau các kích động nhỏ, trong trường hợp đó ta nói rằng hệ thống có ổn định tĩnh.
Vậy ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ ban đầu hoặc rất gần với chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ.
Ổn định tĩnh là điều kiện đủ để một chế độ xác lập tồn tại trong thực tế. - Ổn định động
Ngoài những kích động nhỏ thường xuyên có tính chất ngẫu nhiên, trong hệ thống điện còn có những kích động lớn diễn ra đột ngột làm mất cân bằng công suất, phá hoại tính ổn định của hệ thống. Những kích động đó như là ngắn mạch, sét đánh làm cắt đột ngột đường dây, mất máy phát điện… Do có sự biến đổi đột ngột các dòng công suất phân bố trong lưới, làm cho cân bằng công suất cơ – điện bị phá vỡ đột ngột, chế độ xác lập tương ứng bị dao động rất mạnh. Khả năng của hệ thống điện chịu được các kích động này mà chế độ xác lập không bị phá hủy được gọi là khả năng ổn định động của hệ thống điện.
Vậy ổn định động là khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu, hoặc rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động lớn.
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 99 SV: Lê Anh Toản - Ổn định tổng quát
Khi một chế độ nào đó của HTĐ chịu các kích động nhỏ hoặc lớn, nếu HTĐ có ổn định tĩnh hoặc động thì sự cân bằng công suất tác dụng ban đầu sẽ được khôi phục lại, chế độ làm việc được giữ vững. Trong quá trình dao động này tần số bị lệch khỏi giá trị định mức song độ lệch này quá nhỏ cho nên tần số được xem như không thay đổi. Vì vậy đặc trưng quá trình dao động rôto của MF khi chưa mất ổn định là tốc độ góc của chúng vẫn giữ giá trị đồng bộ:
ω = ω0
với ω0 = 2πf = 314 rad/s, chế độ vẫn là chế độ đồng bộ.
Nếu hệ thống mất ổn định thì sự cân bằng bị phá huỷ, tốc độ góc của roto bị lệch khỏi giá trị định mức với giá trị lớn, trong hệ thống xuất hiện hệ số trượt s.
0 0 s trong đó:
ω – là tốc độ góc tức thời của các máy phát. ω0 – là tốc độ đồng bộ.
Khi đó HTĐ rơi vào chế độ không đồng bộ, công suất và các thông số khác của chế độ dao động rất mạnh với biên độ lớn. Chế độ không đồng bộ kéo dài sẽ dẫn đến:
- Hệ thống bị tan rã hoàn toàn, các MPĐ bị cắt khỏi lưới và ngừng làm việc.
- Chế độ đồng bộ lại được khôi phục, khi đó hệ thống có khả năng ổn định tổng quát. Vậy ổn định tổng quát là khả năng của HTĐ lập lại chế độ đồng bộ sau khi đã rơi vào chế độ không đồng bộ do mất ổn định tĩnh hoặc mất ổn định động.
9.1.4. Mục tiêu của khảo sát ổn định động
Do các thông số của hệ thống điện không ngừng thay đổi, ta phải khảo sát ổn định ở chế độ xác lập nhằm đảm bảo cân bằng công suất.
Như vậy, mục đích của khảo sát ổn định động là:*
- Xác định xem khi nào HTĐ còn giữ được trạng thái ổn định sau khi trải qua các kích động lớn.
- Từ đó xác định được giới hạn ổn định và độ dự trữ ổn định. Xác định được thời gian cắt chậm nhất theo điều kiện đảm bảo ổn định động.
- Đề ra các biện pháp như: chỉnh định các thiết bị bảo vệ, thiết kế hệ thống bảo vệ chống sự cố nhằm đảm bảo ổn định động của hệ thống.
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 100 SV: Lê Anh Toản
9.1.5. Các phương pháp khảo sát ổn định động
Khảo sát ổn định động chính là khảo sát quá trình cơ điện xảy ra trong hệ thống điện khi có các kích động trong hệ thống điện.
Một số phương pháp khảo sát ổn định động: - Phương pháp số;
- Phương pháp cân bằng diện tích; - Phương pháp hỗn hợp;
- Phương pháp trực tiếp (hàm năng lượng quá độ). Ưu nhược điểm của phương pháp cân bằng diện tích:
- Ưu điểm của phương pháp là đơn giản, trực quan, dễ hiểu về hiện tượng, vùng ổn định, giới hạn ổn định…
- Nhược điểm của phương pháp là chỉ áp dụng cho HTĐ đơn giản (ví dụ: một MFĐ nối với HTĐ có công suất vô cùng lớn, hay hai MFĐ).
Ta có các kích động là rất lớn cho nên không thể tuyến tính hóa hệ phương trình vi phân được mà phải để nguyên nó dưới dạng phi tuyến và mạng điện là đơn giản (gổm một MFĐ nối với HTĐ có công suất vô cùng lớn) nên ta sẽ sử dụng phương pháp diện tích và phân đoạn liên tiếp để xét ổn định động.
Hình 9.1: Phương pháp cân bằng diện tích
Giả sử HTĐ đang làm việc ở chế độ xác lập với các thông số P0, Q0, U0, α0 thì xảy ra một kích động gây mất cân bằng công suất tác dụng, khi đó sẽ tạo nên công suất thừa:
ΔP = PT0 - Pd
Lượng ΔP này sẽ tác động lên roto tạo nên một gia tốc α:
2 2 j d P T dt Trong đó:
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 101 SV: Lê Anh Toản Tj – là hằng số quán tính phụ thuộc vào đặc tính của máy phát.
δ – là góc quay tương đối của roto máy phát. Trước khi bị kích động δ= const nên α = 0 và ΔP = 0.
Sau khi bị kích động ΔP ≠ 0 nên tốc độ góc ω ≠ ω0 (ω0 là tốc độ đồng bộ) và dẫn đến xuất hiện tốc độ quay tương đối:
0
d dt
Ta có phương trình chuyển động tương đối của roto máy phát: 2 j 2 d T . P dt
Phương trình trên thường được giải bằng phương pháp gần đúng, đó là phương pháp phân đoạn liên tiếp:
- Ta chia thời gian của quá trình thành nhiều phân đoạn liền nhau Δt, trong mỗi phân đoạn coi ΔP là hằng số, ta có phương trình tuyến tính.
- Giải liên tiếp phương trình trên trong các phân đoạn nối tiếp nhau sẽ tính được δ(t) và thời gian t.
+) Phân đoạn 1: Từ t = 0 đến t1 = Δt
Ta giả thiết công suất thừa ΔP1 và ΔP2 tác động trong giai này chính là ΔP10 và Δ20. Khi đó gia tốc tuyệt đối của hai nhà máy sẽ là:
2 10 1 j1 2 20 2 j 2 t P (1) 2 f T 2 t P (1) 2 f T 2
Và gia tốc tương đối bằng:
Δδ12(1) = Δδ1(1) – Δδ2(1) Khi đó ở cuối phân đoạn 1 ta có:
δ12(1) = δ12(0) + Δδ12(1) +) Phân đoạn 2: từ t1 = Δt dến t2 = 2Δt Ta có gia tốc tương đối bằng:
Δδ12(2) = Δδ12(1) + α12(1).Δt2 Khi đó ở cuối phân đoạn 2:
δ12(2) = δ12(1) + Δδ12(2) +) Phân đoạn n: tn = nΔt
GVHD: TS Nguyễn Văn Điệp 102 SV: Lê Anh Toản