5.1. PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ðIỆN KÍN
5.1.2. Sự phõn bố cụng suất trong mạng ủiện kớn
Xỏc ủịnh chớnh xỏc sự phõn bố cụng suất hay dũng ủiện trong mạng ủiện kớn là một vấn ủề phức tạp. Trong một số trường hợp khụng ủũi hỏi ủộ chớnh xỏc cao, cho phộp sử dụng phương phỏp tớnh toỏn gần ủỳng. Sự phõn bố cụng suất truyền tải trong mạng ủiện kớn khụng những phụ thuộc vào tiết diện, chiều dài của cỏc ủoạn mà cũn phụ thuộc vào ủộ lớn và vị trớ của cỏc phụ tải trong mạng ủiện. ðể tớnh toỏn mạng ủiện kớn người ta sử dụng phương phỏp gần ủỳng liờn tiếp.
Phương phỏp này cho kết quả ủủ chớnh xỏc với yờu cầu thực tế. Muốn tỡm sự phõn bố cụng suất trong mạng ủiện kớn trước hết giả thiết ủiện ỏp ở mọi ủiểm lấy bằng Uủm và bỏ qua tổn thất cụng suất trờn cỏc ủoạn ủường dõy. Sau khi biết ủược cụng suất truyền tải trờn cỏc ủoạn thỡ chuyển sang bước tiếp theo là tớnh chớnh xỏc hơn cụng suất và ủiện ỏp tại cỏc nỳt của mạng ủiện.
ðể ủơn giản sơ ủồ tớnh toỏn người ta ủưa vào khỏi niệm phụ tải tớnh toỏn và cụng suất tớnh toỏn của nhà mỏy ủiện.
Phụ tải tớnh toỏn là những ủại lượng quy ước bao gồm phụ tải thực, tổn thất cụng suất trong mỏy biến ỏp và cụng suất phản khỏng do cỏc nửa ủường dõy nối vào trạm ủiện sinh ra.
Cụng suất tớnh toỏn của nhà mỏy ủiện là cụng suất thực tế mà nguồn phỏt cú thể cung cấp cho mạng ủiện. Nú bằng cụng suất phỏt ra của mỏy phỏt, trừ ủi cụng suất tự dựng, tổn hao cụng suất trong mỏy biến ỏp tăng ỏp cộng với cụng suất phản khỏng do cỏc nửa ủường dõy ủấu vào trạm tăng áp sinh ra.
Khi ủú sơ ủồ thay thế của mạng ủiện kớn rất ủơn giản. Trong sơ ủồ tớnh toỏn chỉ cần quan tõm ủến ủiện trở r và ủiện khỏng x của từng ủoạn ủường dõy (tổng trở ủường dõy).
Sau ủõy sẽ tỡm phõn bố cụng suất trờn mạng ủiện kớn ủơn giản nhất cú 2 ủầu cung cấp ủiện là A và B với ủiện ỏp 2 nguồn khỏc nhau ( hỡnh 5-2).
Giả sử chiều quy ước của cỏc dũng ủiện như hỡnh vẽ. Ta nhận thấy phụ tải i2 nhận năng lượng từ 2 phớa. Viết biểu thức ủiện ỏp rơi cho phụ tải này ủối với cả 2 nguồn A và B:
Hỡnh 5-2. Mạng ủiện kớn hai nguồn cung cấp IA, I12, I23,IB - là cỏc dũng ủiện truyền tải; i1, i2, i3 - là cỏc dũng ủiện phụ tải;
Z'1, Z'2, Z'3 - là tổng trở từ phụ tải 1, 2 ,3 ủến nguồn A; ZΣ - là tổng trở của ủường dõy.
Z"1, Z”2, Z”3 - là tổng trở từ phụ tải 1, 2, 3 ủến nguồn B;
Phương trỡnh cõn bằng ủiện ỏp là:
UA - U2 = 3(I ZA A1+I Z12 12) (5-1) UB - U2 = 3(I ZB B3+I Z23 23) (5-2) Giả thiết UA > UB, lấy hiệu số của (5-1) và (5-2) ta ủược:
UA - UB = 3(I ZA A1+I Z12 12−I ZB B3−I Z23 23) (5-3) Theo ủịnh luật Kirchoff 1, với mạng ủiện cho trờn hỡnh (5-2) ta cú:
I12 = IA - i1 ; I23 = i2 - I12 = i2 + i1 - IA ; IB = i3 + I23= i1 + i2 + i3 - IA; (5-4) Thay (5-4) vào (5-3) ủược:
UA - UB = 3(I ZA A1+I ZA 12−i Z1 12−i Z1 B3−i Z2 3B−i Z3 B3+I ZA B3−I Z2 B3−i Z1 B3−I ZA B3)
= 3[IA(ZA1+Z12+Z23+ZB3)−i Z1( 12+Z23+ZB3)−i2(Z23+ZB3)−i Z3 B3]. ðặt ZΣ = ZA1 + Z12 + Z23 + ZB3; Z"1 = Z12 + Z23 + ZB3; Z"2 = Z23 + ZB3; Z"3 = ZB3; Rút ra:
IA =
Σ Σ
+ − + +
Z U U Z
Z i Z i Z
i A B
3
"
3 3
"
2 2
"
1
1 (5-5)
Trường hợp tổng quỏt, nếu mạng ủiện kớn hai nguồn cung cấp cú n phụ tải: i1, i2,..., in, thỡ:
IA =
Σ Σ
= −
+
∑
Z U U Z
Z i
B A n
i i i
3
1
"
(5-6) Tương tự như vậy, ta cú thể xỏc ủịnh ủược dũng ủiện ủi từ nguồn B:
IA I12 I23 IB
ZA1 1 Z12 2 Z23 3 ZB3
Z2' Z1'
Z∑
Z1''
Z2'' Z3'' A
Z3'
B
i1 i2 i3
IB =
Σ Σ
= −
+
∑
Z U U Z
Z i
B A n
i i i
3
1 '
(5-7) Từ (5-6) và (5-7) ta thấy rằng dũng ủiện ủi từ nguồn A hoặc nguồn B cú hai thành phần:
- Thành phần dũng ủiện phụ tải là chủ yếu, (IA, IB ), phụ thuộc vào cỏc phụ tải và tổng trở của mạng:
IApt =
Σ
=
∑
Z Z i
n
i i i 1
"
; IBpt =
Σ
=
∑
Z Z i
n
i i i 1
'
(5-8) - Thành phần dũng ủiện cõn bằng (IAB hoặc IBA) phụ thuộc vào sự chờnh lệch ủiện ỏp giữa 2 nguồn cung cấp và tổng trở của mạng ủiện mà khụng phụ thuộc vào phụ tải:
IAB =
Σ
− Z
U UA B
3 = - IBA; Công suất SAB = 3UIAB (5-9) Ta cũng cú thể tỡm ủược dũng ủiện IB và cỏc dũng ủiện truyền tải cũn lại khi biết IA:
IB = IA - Σii (5-10)
Khi phụ tải cho bằng công suất s1, s2,..., sn, nhân cả hai vế của (5-6) với 3Udm thì công suất truyền tải là:
SA =
Σ Σ
= −
+
∑
Z U U U Z
Z s
dm B A n
i i i
3 )
1 (
"
(5-11) Nếu ủiện ỏp hai nguồn bằng nhau về trị số và trựng pha (U.A= U.B) thỡ IAB = 0, ta cú:
IA =
Σ
=
∑
Z Z i
n i
i i 1
"
; SA =
Σ
=
∑
Z Z s
n
i i i 1
"
(5-12)
Nhận xột: trong mạng ủiện kớn hai nguồn cung cấp, cụng suất (hay dũng ủiện) ủi ra từ một nguồn tỷ lệ với tổng cỏc tớch cụng suất phụ tải với tổng trở phụ tải tương ứng ủến nguồn kia. Chiều của cụng suất (hay dũng ủiện) là ủỳng với giả thiết nếu tớnh ủược cỏc giỏ trị cụng suất (hay dũng ủiện) là dương. Nếu giỏ trị cụng suất ( hay dũng ủiện) cú dấu õm thỡ chiều ngược lại với chiều giả thiết ban ủầu.
Sau khi xỏc ủịnh ủược chiều và trị số của cụng suất, ta thấy cú một ủiểm mà tại ủú phụ tải nhận cụng suất từ hai phớa gọi là ủiểm phõn cụng suất (hay ủiểm phõn dũng ủiện). Vỡ phụ tải gồm cú cụng suất tỏc dụng và phản khỏng nờn ủiểm phõn cụng suất cú thể là duy nhất một ủiểm, cũng cú thể riờng rẽ hai ủiểm. Nếu cú hai ủiểm phõn cụng suất, ủiểm phõn cụng suất tỏc dụng (ký hiệu là▼) và ủiểm phõn cụng suất phản khỏng ( ký hiệu là ∇). Trường hợp chỉ cú một ủiểm phõn cụng suất thỡ trờn sơ ủồ chỉ cú một ký hiệu duy nhất tại ủiểm phõn cụng suất chung ủú, người ta cú ký hiệu giống như ủiểm phõn cụng suất tỏc dụng (ký hiệu là▼).
Căn cứ vào dũng ủiện, cụng suất và ủiện ỏp cỏc nguồn, người ta tiến hành xỏc ủịnh cỏc thụng số chế ủộ của mạng kớn. ủể thuận tiện cho việc tớnh toỏn, khi biết ủiểm phõn cụng suất hay dũng ủiện, ta cú thể tỏch mạng ủiện kớn thành hai mạng ủiện hở tại ủiểm phõn cụng suất (hỡnh 5-3)
Hỡnh 5-3. Tỏch mạng ủiện kớn thành hai mạng ủiện hở tại ủiểm phõn cụng suất
Trong sơ ủồ hai mạng hở, cụng suất ở phụ tải cuối cựng của mạng vừa tỏch ra lấy bằng cụng suất truyền tải trờn cỏc ủoạn ủường dõy ủú. Vớ dụ: s12 = S12, s23 = S23 . ðồng thời tổng cụng suất phụ tải tại ủiểm cuối của hai mạng hở phải bằng cụng suất phụ tải tại ủiểm phõn cụng suất của mạng ủiện kớn, vớ dụ: s12 + s23 = s2.
Trường hợp mạng ủiện kớn cú hai ủiểm phõn cụng suất, ta cú thể tỏch mạng kớn tại ủiểm phõn công suất tác dụng.
Trong mạng ủiện cú ủiện ỏp cao (Uủm ≥ 220 kV) khi tớnh toỏn, người ta phải tớnh với ủiện ỏp cỏc ủiểm nỳt và cụng suõt truyền tải cú kể ủến tổn thất cụng suất trờn cỏc ủoạn ủường dõy.
Sau khi tỏch mạng ủiện kớn thành 2 mạng ủiện hở, qỳa trỡnh tớnh toỏn mỗi mạng ủược tiến hành giống như mạng ủiện hở.
Trường hợp mạng ủiện kớn cú ủiện ỏp 2 nguồn khỏc nhau, xột mạng ủiện như hỡnh vẽ (hỡnh 5- 3a). người ta cú thể xỏc ủịnh sự phõn bố dũng hay cụng suất bằng cỏch xếp chồng hai chế ủộ: dũng ủiện phụ tải và dũng ủiện cõn bằng trờn từng ủoạn. Chỳ ý là, dũng ủiện cõn bằng cú chiều ủi từ nguồn cú ủiện ỏp cao sang nguồn cú ủiện ỏp thấp hơn.
Chế ủộ 1: Khi ủiện ỏp UA = UB và ủường dõy cú phụ tải bằng phụ tải thực của mạng.
SA S12 S23 SB
s1 s2 s3
A B
SA S12 S23 SB
s1 s12 s23 s3
A B
Hỡnh 5-3b: Phõn tớch mạng kớn cú hai nguồn khỏc nhau thành hai chế ủộ
A B
i1 i2 i3
IApt I12pt I23pt IBpt
A IAB B
A B
i1 i2 i3
IA I12 I23 IB
Hình 5-3a: Mạng kín có hai nguồn cung cấp khác nhau
Chế ủộ 2: Khi ủiện ỏp UA ≠ UB nhưng mạng khụng cú phụ tải, chỉ cú dũng cõn bằng ủi từ nguồn cú ủiện ỏp cao ủến nguồn ủiện ỏp thấp hơn. Trị số của dũng ủiện này chỉ phụ thuộc vào ủộ chờnh lệch ủiện ỏp giữa hai nguồn và tổng trở nối giữa hai nguồn, khụng phụ thuộc vào tải của ủường dõy.
Sau khi tỡm ủược cỏc dũng ủiện truyền tải trong hai chế ủộ, theo chiều của dũng ủiện ta tiến hành xếp chồng dũng ủiện trờn từng ủoạn ủể tỡm ủược sự phõn bố dũng ủiện trong mạng thực ban ủầu.
Vớ dụ: theo chiều dũng ủiện như trờn hỡnh (5-3b) thỡ:
IA = IApt + IAB ; I12 = I12pt + IAB ; I23 = I23pt - IAB ; IB = IBpt - IAB.. 5.2. CÁC TRƯỜNG HỢP ðẶC BIỆT CỦA MẠNG ðIỆN KÍN
Ta xột cỏc trường hợp ủặc biệt của mạng ủiện kớn hai nguồn cung cấp cú ủiện ỏp bằng nhau.
Nếu ủiện ỏp hai nguồn khỏc nhau thỡ sự phõn bố cụng suất (hay dũng ủiện) ủược xếp chồng thờm công suất cân bằng.