bài giản ổn định hệ thống điện mô hình thiết bị

MỤC LỤC
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ TRONG NGHIÊN CỨU ÔN ĐỊNH HTĐ

 Hệ đơn vị tương đối
 Đường dây tải điện
 Phụ tải
 Máy biến áp
 Máy phát điện đồng bộ
 Các thiết bị khác HVDC, FACTS

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

1


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Hệ đơn vị tương đối
Một HTĐ bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, do đó cần
có sự biến đổi các đại lượng về một cấp điện áp => dùng
hệ đơn vị tương đối


Định nghĩa




Thông thường đối với Scb ba

pha, Vcb điện áp dây



Đối với HTĐ, gồm có 4 đại
lượng Scb, Vcb, Zcb ,Icb

Đ/L(pu) =(đ/l thực tế)/(đ/l cơ bản)

Ví dụ

Sđvtđ (Spu ) =
I đvtđ ( I pu ) =

10/29/15



S( MVA )
V
; Vđvtđ ( Vpu ) =
;
Scb ( MVA )
Vcb
I

I cb

; Z đvtđ ( Z pu ) =

Z
Z cb

Nguyễn Đăng Toản

Scb
Vcb
I cb =
; Zcb =
3Vcb
3I cb

Zcb

2
2
(
(
Vcb )
kV ) (cb)
=
=

Scb

MVA(cb)
2


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Hệ đơn vị tương đối


Trong hệ đơn vị tương đối, giá
trị pha và 3 pha là giống nhau,
vẫn dùng các công thức:



Thay vào ta có:
2

Z = 3 VP = VL − L
P
S*cb (3Φ ) S*cb (3Φ )

 I*cb ; V
 = Z I
S cb = V
cb
cb
cb cb



Nếu công suất tải ba pha có
thể được tính theo công thức

Tổng trở tải:


I* P −cb
S cb (3Φ ) = 3V
P − cb


10/29/15

2

2

VL − L
Scb
ZP
Z pu =
=
2
*
Zcb
S
cb ( 3Φ )
Vcb


V
Dòng điện tải pha: I P = P
Z P
Nguyễn Đăng Toản

3


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Hệ đơn vị tương đối


Thay đổi các đại lượng cơ bản




10/29/15

Thông số của MPĐ, MBA được
cho bởi nhà phân phối, thường
cho bởi hệ đvtđ cơ bản định mức
của MPĐ và MBA.
Khi tính toán HTĐ thường chọn
một đại lượng cơ bản chung, ví
dụ Scb=100MVA, Do đó cần phải
chọn điện áp cơ bản. Thông
thường chọn Vcb cho mỗi cấp là
điện áp danh định của mỗi cấp

Zcu pu =

Z moi pu =

Z

Nguyễn Đăng Toản

moi

pu

ZΩ
Z

cu

cb _ Ω

= ZΩ

ZΩ
Z

=Z

moi

cu

cb _ Ω

(V )

= ZΩ

cu

2

cb

Smoi cb

(V

moi

cb

S cb  V cb 
 moi 
cu
S cb  V cb 
moi

pu

Scu cb

cu

4

)

2

2


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Hệ đơn vị tương đối


Lợi ích của hệ đvtđ:








10/29/15

Hệ đvtđ cung cấp giá trị tương đối của các đại
lượng S, I, V, Z
Các giá trị trong hệ đvtđ có giá trị nhỏ
Các giá trị trong đvtđ của MBA, MPĐ đơn giản
không cần quan tâm đến các phía cao áp, hạ áp,
…

Rất thuận lợi trong tính toán của một HTĐ phức
tạp
Vẫn áp dụng các công thức tính toán thông
5
thường
Nguyễn Đăng Toản


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Ví dụ các đại lượng cơ bản của MPĐ

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

6


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Ví dụ 1


Thông thường chọn đ/a cơ bản chọn riêng cho từng cấp và bằng điện áp
tb của các cấp đó Vcb=Vtb



Điện kháng MPĐ



Kháng điện
XK % =



MBA



10/29/15

2
X dΩ "
V
đmG
G
Xd " = G
, Z đm = G
G
Z cb ( Z đm )
S đm

VK đm
X KΩ
x100, X K đm =
X K đm
3.I K đm

Điện áp NM của MBA

MBA hai cuộn dây

VN % =

VN _ kV
Vđm

x100

VN _ % V 2 đm Scb
X B1 =
100 Sđm B V 2 cb
Nguyễn Đăng Toản

7


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Ví dụ 1


Ví dụ 1: cho HTĐ như hình vẽ, Tính các đại lượng trong
hệ đvtđ Trong đó: Scb=100MVA











10/29/15

Vcb=22kV ở phía MPĐ
B1 2
MPĐ
Lưới 220kV
MPĐ: 90MVA, 22kV, X=18% ~
B1: 50MVA, 22/220kV, X=10%
B3
Lưới 110kV
B2: 40MVA, 220/11kV,X=6%
1
5
B3: 40MVA, 22/110kV, X=6,4%
B4: 40MVA, 110/11kV, X=8%
M: 66,5MVA, 10,45kV, X=18,5%
Tải: 57MVA, cosϕ=0,6 chậm sau, V=10,45kV
Z1=48,4 Ω (đ/d 220kV) và Z2=65,43Ω
Nguyễn Đăng Toản

3

B2

4

M
B4

6

8

Tải


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Ví dụ 2










Tính điện áp cơ bản các cấp:
MPĐ: Vcb=22kV
B1:
 V =V =22.(220/22)=220kV

2
3
B2:
 V =220.(11/220)=11kV
4

Tính các đại lượng trong hệ đvtđ






B3:
 V =V =22(110/22)=110kV
5
6





MPĐ: X=0,18.(100/90)=0,2pu
B1: X=0,1.(100/50)=0,2pu
B2: X=0,06.(100/40)=0,15pu
B3: X=0,064.(100/40)=0,16pu
B4: X=0,08.(100/40)=0,2 pu
M: X=0,185.(100/66,5).
(10,45/11)2 = 0,25 pu
đ/d1: Zcb1= 2202/100=484Ω





đ/d2: Zcb2=1102/100=121 Ω


10/29/15

X=(48,4/484)=0,1pu
X=65,43/121=0,54pu

Nguyễn Đăng Toản

9


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.1 Ví dụ 2


Đối với tải, hệ số công suất bằng 0,6 chậm sau




Do đó tổng trở tải cũ dưới dạng đơn vị có tên là:




Z4=(11)2/100=1,21 Ω

Tổng trở tải trong hệ đvtđ:


10/29/15

Zcũ tải (Ω)=(Vdây)2/S*tải3pha =(10,45)2/(57∠-53,130 ) =1,1495+J1,53267
Ω

Tổng trở cơ bản mới dưới dạng đơn vị có tên ở nút 4 là:




Stải3pha=57∠53,130 MVA

Ztải=(1,1495+J1,53267)/1,21=0,95+j1,2667 pu

Nguyễn Đăng Toản

10


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

11


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Mô hình đường dây truyền tải


Đ/dtt là thiết bị q/t trong htđ


R =ρ



C=




R, G, L,C
l
A

D
L = 0,2 ln

(mH / km)
Ds

10/29/15



Trên không/cáp ngầm,một
chiều, xoay chiều, có bù

Các thông số cơ bản của đ/d
trên không:


0,0556
(µF / km)
D
ln 
r

Trong đó


Có nhiều loại đ/d khác nhau










ρ: điện trở suất
A: diện tích mặt cắt
l; chiều dài đường dây
D: là k/cách giữa các pha
Ds: bán kính hình học =r.e-1/4

r: bán kính dây dẫn

Các chú ý




d
Nguyễn Đăng Toản

Ba pha không đối xứng
Đường dây đảo pha
Đường dây phân pha
d

d
12


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Mô hình đường dây truyền tải ngắn và trung bình


Đường dây ngắn




Z=(R+jX)=(r0+jωL)l



Z=(R+jX)









V1=AV2+BI2
I1=CV2+DI2

Trong đó: A= 1, B=Z, C=0,
D=1 Vì


V1 = V2+ZI2



I1 = I2
V1, I1

10/29/15



Mô hình mạng hai cửa


Đường dây trung bình:dùng mô
hình π



V2, I2

Y/2

Nếu dùng mô hình mạng 2 cửa:


V1=AV2+BI2



I1=CV2+DI2

V1, I1

A B
C D

V2, I2

Trong đó:


A B
C D

Z=(R+jX)
Y/2

Z=(R+jX)
Y=(g+jωC)

A=(1+ZY/2), B=Z, C=Y(1+YZ/4),
D=(1+ZY/2)

Nguyễn Đăng Toản

13


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài


Ví dụ xét đoạn đ/d






Is

-



dx
10/29/15

y∆x

-



+

Vx

Vr

-

-

x

Theo đ/l Kirchhop 1 ta có:
I ( x + ∆x ) = I ( x ) + y∆x.V( x + ∆x )

= z.I ( x )

= z.I ( x )

y∆x

...

Ir

l

Nếu lấy giới hạn khi ∆x->0 ta
có
dV( x )

+

∆x

V( x + ∆x ) = V( x ) + z∆x.I ( x )
V( x + ∆x ) − V( x )

Ix

+

V(x+∆x)

Vs

Một đoạn rất nhỏ ∆x
Theo đ/l Kirchhop 2 ta có

∆x

...

+

z=r+jωL
y=g+jωC

z∆x

I(x+∆x)

I ( x + ∆x ) − I ( x )
∆x



= y.V( x + ∆x )

khi ∆x->0 ta có:

dI ( x )
dx

Nguyễn Đăng Toản

14

= y.V( x )


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài


Lấy đạo hàm ta có
d 2 V( x )
dx




2

= z.

dx

= yzV( x )

γ 2 = zy

Đặt:
P/t vi phân bậc 2 sẽ dạng
d 2 V( x )
dx 2



dI ( x )

− γ 2 V( x ) = 0

Kết quả của p/t trên là:
γx

V( x ) = A1e + A 2 e

10/29/15



− γx

Trong đó: γ là hệ số truyền
sóng:

γ = α + jβ = zy = (r + jωL)(g + jωC)


Tương tự: dòng điện

1 dV( x ) γ
I( x ) =
= A1e γx − A 2 e − γx
z dx
z
y
=
A1e γx − A 2 e − γx
z
1
I( x ) =
A1e γx − A 2 e − γx
ZC

(

(

)

(

Nguyễn Đăng Toản

)

15

)


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ



Để tìm các hệ số A1,A2 giả sử rằng Rút gọn ta có:
ta biết điện áp cuối đường dây
e γx + e − γx
e γx − e − γx
V( x ) =
VR + Z C
IR
2
2
khi x=0, V(x)=VR và I(x)=IR
V + ZC I R
A1 = R
2
V − ZC I R
A2 = R
2

I( x )

VR + Z C I R γx VR − Z C I R − γx
V( x ) =
e +
e
 Do
2
2
đó: điện áp và dòng điện
VR
VR
+ IR
− IR
Z
Z
I( x ) = c
e γx − c
e − γx
2
2
10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

1 e γx − e − γx
e γx + e − γx
=
VR +
IR

ZC
2
2

16


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài


Trong đó



Nếu đ/d là không tổn thất, R=0,
thì Z C = L và γ = jω LC
C





ZC là tổng trở đặc tính



γ là hằng số truyền
sóng

Đối với đ/d tải điện thông
thường (G=~0, R<<ωL)



Khả năng mang tải tự nhiên
(natural load or surge
impedance load -SIL)


SIL=Vo2/ZC (W)



Nếu V0 là điện áp pha=> công
thức trên là SIL pha
Nếu V0 là điện áp dây=> công
thức trên là SIL 3 pha



10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

17


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài


Sơ đồ thay thế hình π
 Ze=~Z=R+JX
 Ye=~Y/2



Đ/dây





Ngắn (<80km) (có thể bỏ qua Ye
Trung bình (>80km, <200km) ( có thể
biểu diễn bằng sơ đồ hình π thông
thường
Dài (>200km) Phân thành các đ/dây
trung bình,



Ví dụ về một số đường dây



Đ/d 500kV, với chiều dài 160km,

tính các thông số của sơ đồ thay thế
X=52Ohm=> Xpu=52/250= 0,2pu
B=Y/2=0,104pu
BC= 160x5.20x 10 -6= 8. 32x 10-4
siemens
BC= 8. 32x 10-4 250=0.208pu??? Tại
18
sao






10/29/15

Nguyễn Đăng Toản


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

19

2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Ví dụ



Dường dây ngắn:
Cho một đ/d 220kV, dài 40km, r0= 0,15Ω/1km,
L0=1,3263mH/1km, bỏ qua điện dung, sử dụng mô hình
đường dây ngắn để tính điện áp và công suất ở đầu đầu và
đầu cuối đường dây, tính điện áp điều chỉnh khi mang tải
381MVA, cosϕ=0,8 chậm sau, cho Vcuối =220/_00




10/29/15

Với điện áp điều chỉnh =(điện áp đầy tải -điện áp không
tải)/ điện không tải

(trang146)

Nguyễn Đăng Toản

20


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.2 Mô hình đường dây truyền tải dài


Các mô hình đường dây khác


Đường dây có tụ bù dọc



Đường dây có kháng bù ngang



Đường dây có tụ bù ngang



Các đường dây có thiết bị bù linh hoạt FACTS và
HVDC…

Để đơn giản trong tính toán, Thông thường trong chương trình
học thì đường dây mô tả bởi một điện kháng Xl
10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

21

2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2.3 Mô hình phụ tải (LOADs )

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

22


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2. 3 Mô hình phụ tải
Đóng vai trò quan trọng trong việc
nghiên cứu ổn định
Với ổn định góc thường dùng mô hình
tải tĩnh ZIP




[

][

P = P0 p1V 2 + p 2 V + p 3 1 + k pf ∆f

[

][







]

Q = Q 0 q1V + q 2 V + q 3 1 + k qf ∆f




2

]



Hoặc là:
2
P = P0  Z p ( V / V0 ) + I p ( V / V0 ) + Pp 





2


Q = Q0 Z q ( V / V0 ) + I q ( V / V0 ) + Qq 


Hoặc là:

Pv

V   f 
P = P0    
 V0   f 0 
10/29/15

Pf

V 
Q = Q0  
 V0 

Qv

 f 
 
 f0 

Trong đó



P, Q: là công suất tác dụng

phản kháng tại một nút tải
P0, Q0: là công suất tác dụng và
phản kháng tại nút tải ở chế độ
ban đầu định mức
p1, p2, p3 và q1, q2, q3: là các
thành phần diễn tả điện kháng
không đổi, dòng điện không đổi
và công suất không đổi với
tổng của chúng bằng 1.0.
kpf∆f, kqf∆f là các thành phần phụ
thuộc tần số

Trong công thức dưới


Qf



Nguyễn Đăng Toản

P0, Q0 là công suất tác dụng và
phản kháng tại giá trị điện áp
V=1.0(pu),
Pv, Qv là hệ số mũ nhạy theo P
23
và Q.


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

10/29/15

Nguyễn Đăng Toản

24


2. Mô hình các thiết bị điện trong nghiên cứu ổn định htđ

2. 3 Mô hình phụ tải


Mô hình tải hỗn hợp









10/29/15

Tính theo % Động cơ lớn
% động cơ nhỏ
% công suất không đổi
% bóng đèn
% loại khác

…



Tải chi tiết


Động cơ điện

Ví dụ mô hình CLOAD

Nguyễn Đăng Toản

25