Dự phòng công suất

Chương 2: CHẾ ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN

2.2. Nâng cao độ tin cậy của hệ thống

2.2.5. Dự phòng công suất

1) Các loại dự phòng công suất trong HTĐ

Để duy trì điều kiện cung cấp điện năng bình thường cho các hộ dùng điện dự phòng công suất phải linh hoạt, nghĩa là phải đưa vào làm việc nhanh. Cách dự phòng như vậy gọi là "dự phòng nóng" hay còn gọi là dự phòng quay. Dự phòng nóng luôn được nối với hệ thống, tức là với các thiết bị đang làm việc.

Ngược lại dự phòng ở các thiết bị không làm việc gọi là dự phòng lạnh. Tính linh hoạt của dự phòng công suất phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố trước hết là sự làm việc của các thiết bị được tự động hóa và khi không có các thiết bị này thì phụ thuộc vào sự thao tác rành mạch của các nhân viên vận hành. Việc cắt một số phụ tải cũng tương đương với dự phòng nóng, cách làm này không đòi hỏi chi phí, nhưng dĩ nhiên sẽ phải chịu thiệt hại nhất định do mất điện ở các hộ dùng điện bị cắt ra.

Dự trữ nóng là dạng công suất dư của các tổ máy phát có trang bị các bộ điều tần. Các máy phát này làm việc với công suất nhỏ hơn công suất khả phát của chúng, công suất dư này có thể được sử dụng tức thời nhờ bộ điều chỉnh tốc độ tự động khi phụ tải tăng vọt.

Dự trữ nóng thường tốn kém hơn dự trữ lạnh vì các máy phát phải làm việc với công suất thấp nên không kinh tế. Do vậy trong thực tế người ta chỉ để một số máy ở dạng dự phòng nóng, còn lại là dự phòng lạnh. Việc đặt tỷ lệ dự trữ nóng, lạnh cũng là bài toán tối ưu phức tạp.

Độ tin cậy của hệ thống điện xác định bởi độ tin cậy của các nhà máy điện, trạm biến áp, lưới điện, công suất và phân bố nguồn dự trữ năng lượng. Dự phòng công suất là biện pháp quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của nguồn điện và hệ thống.

Tổng dự trữ công suất của hệ thống điện là hiệu của tổng công suất khả phát (công suất này nhỏ hơn hoặc bằng công suất đặt của hệ thống hoặc nhà máy) của hệ thống và phụ tải cực đại năm

R∑ = Pđ - PM (2.28) Trong đó: R∑ - tổng dự trữ công suất của hệ thống

Pđ - công suất đặt của hệ thống PM - phụ tải cực đại năm

Công suất dự phòng tự do Rtđ là hiệu giữa công suất khả phát Pkp của hệ thống và phụ tải trong thời điểm bất kỳ.

Rtd = Pkp - Ppt (2.29)

Công suất dự phòng vận hành Rvh là phần công suất giữa công suất dự phòng tự do có thể sử dụng được trong các tình huống sự cố cụ thể có tính đến khả năng mang tải của thiết bị và sơ đồ lưới điện. Rvh < Rtd (2.30)

Các loại dự trữ công suất trong hệ thống điện được thể hiện trên sơ đồ hình 2.10

Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc các loại dự trữ công suất trong HTĐ Dự trữ công suất

Dự trữ kỹ thuật Dự trữ kinh tế

Dự trữ thao tác

Dự trữ phụ tải Dự trữ sự cố Dự trữ bảo dưỡng Dự trữ công nghệ

Công suất dự trữ vận hành gồm hai phần: dự trữ nóng và dự trữ lạnh: dự trữ nóng còn gọi là dự trữ quay là dự trữ mà có thể sử dụng được ngay lập tức khi cần thiết thường chiếm vào khoảng 1 ÷ 3% tổng công suất của các tổ máy.

Công suất dự trữ của hệ thống điện gồm các loại:

* Dự trữ phụ tải để dự phòng sự tăng bất ngờ của phụ tải, dự trữ này có thể xác định theo biểu thức

Rpt = 0,01PM + 1,26 PM

Nhìn chung Rpt có giá trị dao động trong khoảng từ (1 ÷ 4%) PM là dự trữ thao tác, tức là dự trữ thao tác chiếm khoảng 5 ÷ 12% phụ tải cực đại, PM

* Dự trữ sự cố là hiệu giữa công suất khả dụng của hệ thống và phụ tải cực đại ở thời điểm phụ tải cực đại năm hoặc trong thời gian xét T, cần thiết dể bù vào công suất thiếu do sự cố ngẫu nhiên của các tổ máy phát điện hoặc đường dây hệ thống. Dự trữ này chiếm khoảng 4 ÷ 8% phụ tải cực đại. Tổng của hai loại dự trữ trên gọi là dự trữ thao tác

* Dự trữ bảo dưỡng là hiệu công suất khả phát của nguồn điện và công suất khả dụng ở thời điểm cực đại năm, dự trữ này khoảng (1,5 ÷ 7%) PM.

* Dự trữ công nghệ được tính để bù vào sự thiếu công suất phát do thiếu nước ở các nhà máy thuỷ điện và sự cố kỹ thuật ở các nhà máy nhiệt điện hoặc do nhiên liệu xấu.

Bốn thành phần trên hợp thành dự trữ kỹ thuật.

* Dự trữ kinh tế là sự vượt trước của công suất nguồn so với độ tăng phụ tải tối đa, dự trữ này chiếm khoảng 1 ÷ 2% phụ tải cực đại.

2) Xác định công suất dự phòng bảo dưỡng

Dự phòng bảo dưỡng thường xuyên Pbdn được xác định theo tiêu chuẩn cho từng loại máy, chủ yếu là nhiệt điện, đó là tỷ lệ phần trăm công suất khả phát trong thời điểm phụ tải cực đại.

Với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi công suất.

100 ÷ 300MW dự trữ bảo dưỡng chiếm 5 ÷ 5,5%

500 ÷ 1200MW khoảng 6 ÷ 7%

Dự trữ cho đại tu được xác định theo công thức T MW

k S t R P

dt dti Fi

dt   h. (2.31) Trong đó: PFi - công suất tổ máy phát thứ i, MW

Tdt - tổng thời gian đại tu trong năm, ngày

Sh - diện tích hụt của đồ thị phụ tải cực đại tháng so với cực đại năm (MW.ngày) Diện tích Sh được xác định có tính đến khả năng xuất hiện của phụ tải mới và công suất của các nguồn mới được đưa vào vận hành trong năm.

Sh có giá trị dao động trong khoảng 7 ÷ 15% tổng diện tích của đồ thị phụ tải.

  thi

i

pti M

h P P T

S 





 12

1

(2.32) Trong đó: Tthi - số ngày trong tháng thứ i

k - hệ số sử dụng diện tích, thường lấy khoảng 0,85 ÷ 0,9

tdti - thời gian cần thiết để bảo dưỡng tổ máy i có giá trị phụ thuộc vào loại máy phát.

Đối với nhà máy điện nguyên tử tbd = 45 ngày/năm;

Đối với nhà máy thuỷ điện tbd = 15 ngày/năm;

Đối với nhà máy nhiệt điện (xem bảng 2.13).

Bảng 2.13. Thời gian đại tu các tổ máy phát phụ thuộc vào công suất của máy

PF( MW) tdt, (ngày/năm)

50 ÷ 200 18

300 ÷ 500 24

600 ÷ 800 30

1200 36

Hình 2.11. Biểu đồ công suất dự trữ trong hệ thống điện

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 2.1. Nêu đặc tính kinh tế - kỹ thuật của các nhà máy điện.

2.2. Trình bày sự phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy.

2.3. Trình bày sự phân bố công suất tối ưu giữa các nhà máy điện có xét đến và không xét đến ảnh hưởng của tổn thất trên đường dây.

2.4. Trình bày sự phân bố công suất tối ưu của các nhà máy điện có tín đến phụ tải phản kháng.

2.5. Nêu cách xác định thành phần tối ưu của các tổ máy phát.

2.6. Nêu cách xác định cơ cấu tối ưu của trạm biến áp.

2.7. Trình bày các biện pháp cải thiện chế độ làm việc kinh tế của mạng điện.

2.8. Nêu đại cương về độ tin cậy cung cấp điện.

2.9. Trình bày yêu cầu chung về công tác vận hành đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.

2.10. Nêu các sự cố hệ thống và các biện pháp phòng ngừa.

2.11. Phương pháp xác định xác suất thiếu hụt công suất.

2.12. Phương pháp xác định dự phòng công suất trong hệ thống điện.

BÀI TẬP CHƯƠNG 2

Bài 2.1. Các số liệu thống kê về chi phí của một nhà máy điện cho trong bảng sau.

Hãy xác định hàm chi phí của nhà máy, biết hàm có dạng đường cong parabol.

P, mW 25 35 45 60 80 100

Z.106đ/h 8,7 14,2 18,2 27,6 41,3 57,2

Bài 2.2. Hãy xây dựng hàm chi phí dạng parabol của tổ máy phát, biết số liệu sau

P, mW 30 40 55 70 100 150 180

Z.đ/h 400 469 527 640 858 1200 1568

Bài 2.3. Nhà máy điện có hai tổ máy với các đặc tính

Z1 = 1,5P12+ 280P1 + 2200 ngàn đ/h Z2 = 0,12P22+ 260P2 + 4000 ngàn đ/h

Phụ tải Ppt = 220MW. Hãy phân bố công suất giữa các tổ máy sao cho hiệu quả nhất theo 2 phương pháp.

Bài 2.4. Nhà máy điện có hai tổ máy với các đặc tính

Z1 = 3,5P12+ 160P1 + 3200 ngàn đ/h Z2 = 3,12P22+ 220P2 + 3500 ngàn đ/h

Phụ tải Ppt = 280 MW. Hãy phân bố công suất giữa các tổ máy sao cho hiệu quả nhất theo 2 phương pháp.

Bài 2.5. Hãy phân bố công suất tối ưu cho các tổ máy của nhà máy nhiệt điện gồm ba tổ máy với các hàm chi phí sản xuất tương ứng.

3 1

2 1

10,27P 83,2P2473,5.10

Z đ

3 2

2 2

20,31P 74,5P 2366,7.10

Z đ

3 3

2 3

30,18P 97,4P 2105,7.10

Z đ

Biết phụ tải yêu cầu của hệ thống là 360MW. Hãy phân bố công suất giữa các tổ máy sao cho hiệu quả nhất theo phương pháp Lagrange.

Bài 2.6. Hãy phân bố công suất tối ưu cho các tổ máy của nhà máy nhiệt điện gồm bốn tổ máy với các hàm chi phí sản xuất tương ứng.

2 3

1 0, 25 1 85, 2 1 2473,5.10

Z  P  P  đ

2 3

2 0,33 2 77,5 2 2366,7.10

Z  P  P  đ

2 3

3 0, 28 3 87, 4 3 2105,7.10

Z  P  P  đ

2 3

4 0, 23 4 97,5 4 2307,5.10

Z  P  P  đ

Biết phụ tải yêu cầu của hệ thống là 460MW. Hãy phân bố công suất giữa các tổ máy sao cho hiệu quả nhất theo phương pháp Lagrange.

Bài 2.7. Nhà máy điện 1 và 2 có các đặc tính chi phí tương ứng là

Z1 = 0,7.10-3P21 + 0,42P1 + 473 (TOE/h - tấn than tiêu chuẩn/h) Z2 = 10-3P22 + 0,33P2 + 591 (TOE/h - tấn than tiêu chuẩn/h)

Các nhà máy được hoà vào mạng điện 220 kV với phụ tải Spt = 350MVA, hệ số cos

= 0,8; chiều dài từ điểm tải đến nhà máy 1 là l1 = 115km và đến nhà máy 2 là l2 = 76km. Dây dẫn là loại ACY - 240 có điện trở suất r0 = 0,12/km và x0 = 0,424/km.

Hãy phân bố công suất tối ưu của nhà máy và xác định tổng chi phí sản xuất điện năng của hệ thống trong trường hợp không tính đến ảnh hưởng của hao tổn trong mạng điện.

SPT=PPT+JQPT

S2

S1

NMĐ2

NMĐ1

U=220kV

L1 L2

Bài 2.8. Nhà máy điện 1 và 2 có các đặc tính chi phí tương ứng là

Z1 = 0,7.10-3P21 + 0,42P1 + 473 (TOE/h - tấn than tiêu chuẩn/h) Z2 = 10-3P22 + 0,33P2 + 591 (TOE/h - tấn than tiêu chuẩn/h)

Các nhà máy được hoà vào mạng điện 220 kV với phụ tải Spt = 370MVA, hệ số cos

= 0,8; chiều dài từ điểm tải đến nhà máy 1 là l1 = 120km và đến nhà máy 2 là l2 = 90km. Dây dẫn là loại ACY - 240 có điện trở suất r0 = 0,12/km và x0 = 0,424/km.

Hãy phân bố công suất tối ưu của nhà máy và xác định tổng chi phí sản xuất điện năng của hệ thống trong trường hợp có tính đến ảnh hưởng của hao tổn trong mạng điện.

Bài 2.9. Nhà máy điện 1 và 2 có các đặc tính chi phí tương ứng là Z1 = 0,62.10-3P12+ 0,35P1 + 217 (TOE/h) (tấn than tiêu chuẩn/h) Z2 = 0,79.10-3P22+ 0,48P2 + 180 (TOE/h) (tấn than tiêu chuẩn/h)

Các nhà máy hoà vào mạng điện 220kV với phụ tải S = 387 MVA; hệ số cos = 0,82.

Sơ đồ mạng điện trên hình vẽ, dây dẫn được làm bằng ACY-185. Hãy phân bố công suất tối ưu của nhà máy và xác định tổng chi phí của hệ thống trong hai trường hợp:

a. Không tính đến ảnh hưởng của hao tổn trong mạng điện

b. Có tính đến hao tổn. Cho nhận xét và so sánh kết quả tính toán

Bài 2.10. Trạm biến áp 110/10,5kV có 3 máy: 1 máy TM-180/10; 1 máy TM-320/10;

và 1máy TM-560/10. Hãy xác định chế độ làm việc kinh tế của trạm.

Bài 2.11. Trạm biến áp 110/35 kV có 2 máy: một máy TM-1000/10 và một máy TM- 1800/35. Hãy xác định phạm vi làm việc kinh tế của trạm.

S2

S1

NMĐ2

NMĐ1

U=220kV

SPT=PPT+JQPT

L1=144km L2 =95km

SPT=PPT+JQPT

S2

S1

NMĐ2

NMĐ1

U=220kV

L1 L2

Bài 2.12. Trạm biến áp 35/10,5kV có 3 máy: 1 máy TM-1800/35; 1 máy TM- 3200/35; và 1máy TM-1000/35. Hãy xác định chế độ làm việc kinh tế của trạm.

Bài 2.13. Trạm biến áp 10,5/0,4kV có 3 máy: 1 máy TM-35/10; 1 máy TM-20/10; và 1máy TM-50/10. Hãy xác định chế độ làm việc kinh tế của trạm

Bài 2.14. Một nhà máy điện gồm hai tổ máy, biết các số liệu về công suất định mức và xác suất hỏng hóc của các tổ máy cho trong bảng sau:

P, (MW) 100 200

q 0,023 0,0324

Đồ thị phụ tải biểu thị trong bảng sau:

P, MW 300 200 100

t ,(h) 4560 7600 8760

Hãy xác định các chỉ tiêu độ tin cậy của nhà máy như sau:

(Xác suất thiếu hụt công suất; Công suất thiếu hụt ; Điện năng thiếu hụt) Bài 2.15. Hãy xác định các chỉ tiêu độ tin cậy của nhà máy điện gồm 3 tổ máy, biết các số liệu về CS định mức và xác suất hỏng hóc của các tổ máy cho trong bảng sau:

P, (MW) 100 150 200

q 0,018 0,02 0,023

Đồ thị phụ tải có dạng:

P, MW 450 350 300 250 200 150 100

t,h 2500 5660 6800 7500 8000 8760 8760

Bài 2.16. Hãy xác định các chỉ tiêu độ tin cậy của nhà máy điện gồm ba tổ máy, biết các số liệu về CS định mức và xác suất hỏng hóc của các tổ máy cho trong bảng sau:

P, (MW) 75 60 50

q 0,025 0,033 0,05

Đồ thị phụ tải có dạng

P, (MW) 185 135 125 110 75 60 50

t, (h) 3500 4500 6050 7100 7650 8760 8760

Bài 2.17. Hãy xác định các chỉ tiêu độ tin cậy của nhà máy điện gồm ba tổ máy, biết các số liệu về CS định mức và xác suất hỏng hóc của các tổ máy cho trong bảng sau:

P, (mW) 75 60 50

q 0,015 0,013 0,017

Đồ thị phụ tải có dạng

P, (mW) 185 135 125 110 75 60 50

t, (h) 3500 4500 6050 7100 7650 8760 8760