Phân bố công suất trong hệ thống điện có xét đến nhiệt độ khả năng áp dụng cho hệ thống điện việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

VÕ CHÍ LIÊM

PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
CĨ XÉT ĐẾN NHIỆT ĐỘ & KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2018


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

Cán bộ chấm nhận xét 1: ....................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ....................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày
. . . . . tháng . . . . năm . . . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. .......................................................................

2. .......................................................................
3. .......................................................................
4. .......................................................................
5. .......................................................................

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-----o0o-----

-----o0o-----

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

VÕ CHÍ LIÊM

MSHV:

7140052

Ngày, tháng, năm sinh: 25/01/1991

Nơi sinh:

Kiên Giang

Chuyên ngành:

Mã số:

60520202

Kỹ Thuật Điện

I. TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN
NHIỆT ĐỘ & KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT
NAM
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng quan về bài tốn phân bố cơng suất trong hệ thống điện.
- Tìm hiểu về mơ hình nhiệt trong phân tích hệ thống điện.
- Xem xét mơ hình bài tốn phân bố cơng suất trong hệ thống điện.
- Áp dụng chương trình tính tốn cho các hệ thống khác nhau và của HTĐ Việt
Nam.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

15/01/2018

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

17/06/2018

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS. TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
Tp. HCM, ngày

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

tháng

năm 2018

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ii


LỜI CÁM ƠN
Khơng có sự thành cơng nào mà khơng gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít
hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt
đầu học tập ở giảng đường đại học và sau đại học đến khi hồn thành Luận Văn
Tốt Nghiệp cao học này, tơi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ và tận
tình hướng dẫn của Q thầy Cơ trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí
Minh, gia đình và bạn bè.

Lời đầu tiên tôi muốn gửi đến là lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy Võ Ngọc
Điều đã tận tình, hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức cũng như những kinh
nghiệm quý báu và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài của Luận Văn
Tốt Nghiệp.
Bên cạnh đó tơi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến tồn thể q thầy cơ trường Đại học
Bách Khoa đã trang bị cho tôi những kiến thức thật bổ ích, đặc biệt tơi muốn gửi
lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện tử và các bạn học
viên, đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến cho Luận Văn Tốt Nghiệp của tôi được hồn
thành tốt đẹp.
Xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Võ Chí Liêm

iii


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Phân bố cơng suất là một trong những vấn đề lớn của ngành điện, hệ thống phải đáp
ứng đầy đủ nhu cầu tải và đảm bảo không quá tải trên các đường dây truyền tải.
Việc khảo sát phân bô công suất hệ thống phải xem xét cả trường hợp ảnh hưởng
của nhiệt độ.
Trên những yêu cầu đó, mục tiêu đề ra của đề tài này là có thể xây dựng được mơ
hình của hệ thống điện Việt Nam một cách chính xác nhất, tiến hành khảo sát được
dịng phân bố cơng suất của hệ thống điện Việt Nam.
Trên cơ sở khảo sát đó sẽ đưa ra được những giải pháp khắc phục và hướng phát
triển cho hệ thống điện Việt Nam để đạt đến trạng thái ổn định hơn, bền vững hơn.

iv

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong
luận văn chưa được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Các số liệu, ví dụ,
trích dẫn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực.
Tơi xin chân thành cảm ơn.
NGƯỜI CAM ĐOAN

Võ Chí Liêm

v


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU ..................................................................................... 5

1.1.

GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT ............................................................................ 5

1.2.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .............................................................................. 5

1.3.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU .............................................................................. 5

CHƯƠNG 2:
2.1.

TỔNG QUAN ................................................................................... 7

MƠ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .............................. 7

2.1.1. Đường dây truyền tải ...................................................................................... 7
2.1.2. Máy biến áp hai cuộn dây ............................................................................... 8
2.1.3. Máy biến áp ba cuộn dây .............................................................................. 10
2.1.4. Máy phát điện ............................................................................................... 13
2.1.5. Thiết bị bù (kháng, tụ) ................................................................................... 13
2.2.

TỔNG QUAN BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT .................................. 13

2.3.
PHƯƠNG PHÁP NEWTON – RAPHSON TÍNH TỐN PHÂN BỐ CƠNG
SUẤT: 15
2.3.1. Phương trình ................................................................................................. 15
2.3.2. Hệ phương trình ............................................................................................ 16
2.3.3. Phân loại nút – thanh cái .............................................................................. 18
2.3.4. Thành lập ma trận tổng dẫn nút Ybus ............................................................. 18
2.3.5. Xây dựng phương trình PBCS: ...................................................................... 21
2.3.6. Các bước lặp giải thuật PBCS theo phương pháp Newton-Raphson: ............ 24
2.4.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM............................................ 25

CHƯƠNG 3:

TÍNH TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT CĨ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG

CỦA NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP NEWTON-RAPHSON ................... 35
3.1.

ĐIỆN TRỞ DÂY DẪN ................................................................................ 35

3.2.

MƠ HÌNH TỔNG QT PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ ................................... 36

3.2.1. Đường dây trên không: ................................................................................. 37

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

3.2.2. Cáp ngầm...................................................................................................... 38
3.2.3. Mơ hình nhiệt của MBA ................................................................................ 40
3.3.

PHƯƠNG TRÌNH PHÂN BỐ CƠNG SUẤT PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ
(TDPF) ..................................................................................................................... 44
3.4.

THUẬT TỐN TDPF GhÉP ĐƠI TỒN PHẦN (FC-TDPF)...................... 50

3.5.

THUẬT TỐN TDPF PHÂN LẬP (DECOUPLED).................................... 51

3.5.1. Phương pháp TDPF phân lập từng phần: ..................................................... 52
3.5.2. Phương pháp TDPF phân lập nhanh: ........................................................... 53
3.5.3. Phương pháp TDPF phân lập tuần tự: .......................................................... 54
CHƯƠNG 4:
4.1.

KẾT QUẢ TÍNH TỐN ................................................................. 55

TÍNH TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT CHO MẠCH 30 nút (CASE_30) .... 55

4.1.1. Tiến hành chạy phân bố công suất cho mạng 30 nút: .................................... 55
4.1.2. Đối chiếu với kết quả Phân bố công suất của chương trình MATPOWER: .... 56
4.2.
TÍNH TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT CĨ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHO
MẠNG 30 NÚT :....................................................................................................... 57
4.3.
TÍNH TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT CĨ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHO
MẠNG ILLINOIS 200 NÚT : ................................................................................... 59
4.4.

PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CÓ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHO HỆ THỐNG

ĐIỆN VIỆT NAM : ................................................................................................... 60
CHƯƠNG 5:

KẾT LUẬN ..................................................................................... 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 63
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 64

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Tổng hợp điện sản xuất, điện thương phẩm và công suất cực đại hệ thống
điện Việt Nam ........................................................................................................... 26
Bảng 2.2 Bảng thống kê các nguồn điện toàn quốc năm 2017 .................................. 27
Bảng 2.3 Hiện trạng lưới điện truyền tải toàn quốc 2017 ......................................... 34
Bảng 4.1 Đối chiếu kết quả phân bố công suất truyền thống của PF và MATPOWER
.................................................................................................................................. 57
Bảng 4.2 So sánh thời gian thực hiện các thuật toán TDPF ...................................... 58
Bảng 4.3 So sánh tổn thất hệ thống khi có xét đến yếu tố nhiệt độ case30 ................ 58
Bảng 4.4 Thông số hệ thống 200 nút : ...................................................................... 59
Bảng 4.5 So sánh kết quả tổn hao hệ thống 200 nút Illinois: .................................... 59

Bảng 4.6 Thông số chính hệ thống điện Việt Nam ................................................... 60
Bảng 4.7 So sánh kết quả tổn hao hệ thống điện Việt Nam ...................................... 60

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2-1 Sơ đồ thay thế đường dây: ............................................................................ 7
Hình 2-2 Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây ..................................................... 8
Hình 2-3 Sơ đồ thay thế máy biến áp ba cuộn dây..................................................... 10
Hình 2-4 Sơ đồ dịng và điện áp nút trong hệ thống .................................................. 18
Hình 2-5 Sơ đồng mạng 4 nút .................................................................................. 19
Hình 2-6 Sơ đồ dạng tổng dẫn và định luật Kirchhoff về dòng điện: ....................... 20
Hình 2-7 Cơ cấu nguồn điện theo cơng suất đặt năm 2017 ........................................ 32
Hình 3-1 Mơ hình nhiệt trở tổng quát........................................................................ 36
Hình 3-2 Sơ đồ nhiệt máy biến áp ............................................................................. 40
Hình 3-3 Mơ hình truyền nhiệt mạch RC .................................................................. 41
Hình 3-4 Mơ hình mạch điện RC .............................................................................. 42
Hình 3-5 Mơ hình nhiệt cho máy biến áp .................................................................. 43
Hình 3-6 Thuật tốn FC-TDPF ................................................................................. 50
Hình 3-7 Thuật tốn PD-TDPF ................................................................................. 52
Hình 3-8 Thuật tốn FD-TDPF ................................................................................. 53
Hình 3-9 Thuật tốn SD-TDPF ................................................................................. 54
Hình 4-1 Mạng IEEE 30 nút. .................................................................................... 56

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT

Hệ thống điện thực hiện công việc chuyển đổi năng lượng tự nhiên như nhiệt
năng, thủy năng,... thành năng lượng điện từ các nhà máy điện. Từ đây năng
lượng sẽ được chuyển tải trên trên đường dây để đưa đến các hộ tiêu thụ. Hệ
thống gồm các nhà máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện và các hộ phụ
tải sẽ lập thành một hệ thống điện.
Đặc điểm của hệ thống điện là sự cân bằng công suất: Công suất tạo ra tại các
nhà máy điện sẽ cân bằng với công suất tiêu thụ tại các phụ tải, công suất tổn hao
trên đường dây và thiết bị.
Do ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ, mà dịng phân bố cơng suất trên cùng hệ
thống: cùng cơng suất tải, nguồn, thơng số đường dây….có thể cho các kết quả
sai khác nhau. Ở các nước có nhiệt độ ổn định, lý tưởng (25-30 oC), yếu tố này
có thể không quan trọng; nhưng ở nước ta, là nước nhiệt đới nên nhiệt độ ngoài
trời cao, đặc biết vào mùa khơ, có nơi có thể lên tới 38-40 oC; do đó cần xem xét
ảnh hưởng của nhiệt độ đến phân bố cơng suất trong hệ thống điện.
Trong q trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành các cơng tác tính tốn
mơ hình.
Trên cơ sở đó, đề tài này đi sâu vào nghiên cứu vấn đề phân bố cơng suất có xét

đến nhiệt độ và áp dụng cho hệ thống điện Việt Nam.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Phân bố công suất là một trong những vấn đề lớn của ngành điện, hệ thống phải
đáp ứng đầy đủ nhu cầu tải và đảm bảo không quá tải trên các đường dây truyền
tải.
Việc khảo sát phân bô công suất hệ thống phải xem xét cả trường hợp ảnh hưởng
của nhiệt độ.
Trên những yêu cầu đó, mục tiêu đề ra của đề tài này là có thể xây dựng được mơ
hình của hệ thống điện Việt Nam một cách chính xác nhất, tiến hành khảo sát
được dịng phân bố cơng suất của hệ thống diện Việt Nam.
Trên cơ sở khảo sát đó sẽ đưa ra được những giải pháp khắc phục và hướng phát
triển cho hệ thống điện Việt Nam để đạt đến trạng thái ổn định hơn, bền vững
hơn.
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Tổng quan về bài tốn phân bố cơng suất trong hệ thống điện.

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

Tìm hiểu về mơ hình nhiệt trong phân tích hệ thống điện.
Xem xét mơ hình bài tốn phân bố cơng suất trong hệ thống điện.
Áp dụng chương trình tính tốn cho các hệ thống khác nhau và của HTĐ Việt

Nam.

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. MƠ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Mơ hình hệ thống điện trong MATLAB được xây dựng dựa trên thông số của các
phần tử trong hệ thống điện. Các thơng số được tính trong hệ đơn vị tương đối:

ZBASE 

2
UBAS
Z()
E (kV)
& Zpu 
SBASE ( MVA)
ZBASE

Thường lấy SBASE = 100 MVA và UBASE (kV) tùy theo cấp điện áp:
Điện áp dây (kV)

Điện áp pha (kV)

ZBASE (Ω)

110

63.51

121

220

127.02

484

500

288.7

2500

2.1.1. Đường dây truyền tải

Hình 2-1 Sơ đồ thay thế đường dây:
Các thơng số cần thiết:
-

Cấp điện áp của đường dây: V (kV)
Chiều dài đường dây: L (km).

Điện trở đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: r1 và r0 (Ω/km).
Điện kháng đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: x1 và x0 (Ω/km).
Dung dẫn đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: b1 và b0 (μS/km).
Điện dẫn đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: g1 và g0 (1/(Ω.km)),
tuy nhiên thành phần này khá nhỏ nên thường được bỏ qua.
Khả năng mang tải của đường dây: S (MVA)

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

Cơng thức tính trở kháng đường dây cho cả hai thông số thứ tự thuận và thứ
tự không như sau:

Zpu  Zohm 
Bpu 

SBASE
2
UBAS
E _ kV

2
6
UBAS

E (kV)  b  L 10
SBASE ( MVA)

2
6
UBAS
E (kV)  g L 10
Gpu 
SBASE ( MVA)

(2.1)

(2.2)
(2.3)

2.1.2. Máy biến áp hai cuộn dây

Hình 2-2 Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây
Các thông số yêu cầu:
-

Các cơng thức tính:

Cơng suất định mức: S (MVA).
Điện áp định mức cuộn cao: Uh (kV).
Điện áp định mức cuộn hạ: Ul (kV).
Phía điều áp và số nấc điều áp.
Vị trí nấc giữa
Khả năng điều chỉnh điện áp của mỗi nấc: step (%).
Tổn thất khơng tải: Pkt (kW).

Dịng điện khơng tải: I0 (%)
Công suất ngắn mạch: Pnm (kW).
Điện áp ngắn mạch: Uk (%).
Tổ đấu dây.

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

UVWXY(Z[) = (1 + ^_ × aWbZ) ×

Nấc biến áp quy đổi = Nấc giữa – nấc đặt:
cd

cefghid

UVWXY (jk ) = (1 + ^_ × aWbZ) × lm

UVWXY nVo(Z[) = (1 + aYpVq × aWbZ) ×

cd

cefghid

UVWXY nVo (jk ) = (1 + aYpVq × aWbZ) × lm
UVWXY nXp(Z[) = (1 − aYpVq × aWbZ) ×

cd

cefghid

UVWXY nXp(jk ) = (1 − aYpVq × aWbZ) × lm

 Điện trở thứ tự thuận (pu):
Us (Z[) =

‚
tuv (jw)
ls
x{|}~
ìz
ã ìz
ã
1000 ì xyv
l{|}~ã
xyv

in khỏng th t thun (pu):

l %
ls
x{|}~
s (Z[) =

ìz
ã ìz
ã
100
l{|}~ã
xyv

(2.4)

(2.5)

in tr v in khỏng th tự khơng (pu) có thể lấy bằng 0.8 điện trở và điện
kháng thứ tự thuận (pu):
U… (Z[) = 0.8 × Us (Z[)
ƒ… (Z[) = 0.8 × ƒs (Z[)

(2.6)

 Điện dẫn tác dụng GT(pu) và điện dẫn phản kháng BT(pu) được tính như sau
(trong trường hợp khơng có số liệu có thể bỏ qua mà không ảnh hưởng nhiều
đến kết quả tớnh toỏn):
(Z[) =


lm
l{|}~ãm


ì
t (jw) ì 10ã

x{|}~

ã (Z[) =

Trong ú:
-


100
lm
l{|}~ãm
ì

ì
%
xyv
x{|}~

(2.7)
(2.8)

qd : Nấc biến áp quy đổi
Ratio : Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến áp
Ratiomax : Tỷ số biến áp đặt cực đại của máy biến áp
Ratiomin : Tỷ số biến áp đặt cực tiểu của máy biến áp

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

9

LUẬN VĂN THẠC SĨ

-

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

sonac : Số nấc điều áp của máy biến áp
Uh (kV) : Điện áp định mức của cuộn cao áp máy biến áp
Ul (kV) : Điện áp định mức của cuộn hạ áp máy biến áp
Sdm (MVA): Công suất định mức của máy biến áp
Ubase-h (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn cao áp máy biến
áp
Ubase-l (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn hạ áp máy biến áp

Chú ý: Các công thức trên được sử dụng để tính tốn cho máy biến áp hai
cuộn dây có điều áp đặt ở phía cao áp.
Đối với máy biến có nấc điều áp ở phía hạ áp các cơng thức sẽ thay đổi
bằng cách thay Uh, Ubase-h bằng Ul và Ubase-l, :

2.1.3. Máy biến áp ba cuộn dây

Hình 2-3 Sơ đồ thay thế máy biến áp ba cuộn dây
Các thông số cần thiết để mô phỏng:
-

Công suất định mức của từng cuộn: Sdm-h /Sdm-m/Sdm-l (MVA).
Điện áp định mức cuộn cao: Uh (kV).
Điện áp định mức cuộn trung: Um (kV).
Điện áp định mức cuộn hạ: Ul (kV)

Phía điều áp và số nấc điều áp.
Vị trí nấc giữa
Khả năng điều chỉnh điện áp của mỗi nấc: step (%).
Tổn thất không tải: Pkt (kW).
Dịng điện khơng tải: I0 (%)
m•v
m•€
v•€
Cơng suất ngắn mạch cao-trung/cao-hạ/trung-hạ: tuv
, tuv
, tuv
(kW)
Điện áp ngắn mạch cao-trung/cao-hạ/trunghạ: l„m•v (%),l„m•€ (%),l„v•€ (%)
Tổ đấu dây.

Các cơng thức tính:

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

 Điện trở thứ tự thuận (pu) của các cuộn cao-trung, cao-hạ và trung-h:

mãv
tuv

(jw)
lm
x{|}~
ã ìz
ã
Usmãv (Z[) =
ìz
1000 ì xyvãm
l{|}~ãm
xyvãm

mã
tuv
(jw)
lm
x{|}~
ã ìz
ã
Usmã (Z[) =
ìz
1000 ì xyvãm
l{|}~ãm
xyvãm

Usvã (Z[) =


vã
tuv
(jw)

lm
x{|}~
ã ìz
ã
ìz
1000 ì xyvãm
l{|}~ãm
xyvãm

(2.9)
(2.10)
(2.11)

in tr th t thun ca cỏc cun cao, trung v h:

1
ì (Usmãv + Usmã Usvã )
2

(2.12)

1
ì (Usmãv + Usmã + Usvã )
2

(2.14)

Usãm (Z[) =

Usãv (Z[) =

Usãv (Z[) =

1
ì (Usmãv Usmã + Usv•€ )
2

(2.13)

 Điện kháng thứ tự thuận (pu) của các cuộn cao - trung, cao - hạ và trung - h:

lmãv %
lm
x{|}~
ã ìz
ã
smãv (Z[) =
ìz
100
l{|}~ãm
xyvãm

lmã %
lm
x{|}~
ã ìz
ã
smã (Z[) =
ìz
100

l{|}~ãm
xyvãm


lvã %
lm
x{|}~
ã ×z
•
ƒsv•€ (Z[) =
×z
100
l{|}~•m
xyv•m

 Điện kháng thứ tự thuận (pu) của các cuộn cao, trung và hạ:
1
ƒs•m (Z[) = (ƒsm•v + ƒsm•€ − ƒsv•€ )
2
ƒs•v (Z[) =

ƒs•€ (Z[) =

1
(ƒ
− ƒsm•€ + ƒsv•€ )
2 sm•v

1
(−ƒsm•v + ƒsm•€ + ƒsv•€ )

2

(2.15)
(2.16)
(2.17)

(2.18)
(2.19)
(2.20)

 Điện trở và điện kháng thứ tự khơng (pu) có thể được lấy bằng 0.8 lần điện trở
và điện kháng thứ tự thuận (pu):

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

U…•m (Z[) = 0.8 ì Usãm (Z[)
ãm (Z[) = 0.8 ì sãm (Z[)
Uãv (Z[) = 0.8 ì Usãv (Z[)
ãv (Z[) = 0.8 ì sãv (Z[)
Uã (Z[) = 0.8 ì Usã (Z[)
ã (Z[) = 0.8 ì sã (Z[)

(2.21)

100
lm
l{|}~ãm
ì

ã (Z[) =
ì
%
xyv
x{|}~

(2.23)

in dn tỏc dụng GT(pu) và điện dẫn phản kháng BT(pu) được tính như sau
(trong trường hợp khơng có số liệu có thể bỏ qua mà khơng ảnh hưởng nhiều
đến kết quả):
‚
lm‚
l{|}~•m
‹
Œ
‡ˆ (Z[) =
ì
(2.22)
t (jw) ì 10ã
x{|}~

Tớnh t s bin ỏp nu điều áp được đặt phía cao áp:

- Nấc biến áp quy đổi = Nấc giữa – nấc đặt:
-

UVWXY (Z[) = (1 + ^_ × aWbZ) ×

cd

cefghid

UVWXY (jk ) = (1 + ^_ × aWbZ) × lm

UVWXY nVo (Z[) = (1 + aYpVq × aWbZ) ×

cd

cefghid

UVWXY nVo(jk) = (1 + aYpVq × aWbZ) × lm
UVWXY nXp(Z[) = (1 − aYpVq × aWbZ) ×

cd

cefghid

- UVWXY nXp(jk) = (1 − aYpVq × aWbZ) × lm
 Khi điều áp được đặt ở phía trung áp hoặc hạ áp thì tỷ số biến áp được tính
bằng các cơng thức trên, tuy nhiên thay Uh, Ubase-h bằng Um, Ubase-m hoặc Ul,
Ubase-l tương ứng.
-

Trong đó:
-

qd : Nấc biến áp quy đổi
Ratio : Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến áp
Ratiomax : Tỷ số biến áp đặt cực đại của máy biến áp
Ratiomin : Tỷ số biến áp đặt cực tiểu của máy biến áp
sonac : Số nấc điều áp của máy biến áp
Uh (kV) : Điện áp định mức của cuộn cao áp máy biến áp
Ubase-h (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn cao áp máy biến
áp
Um (kV) : Điện áp định mức của cuộn trung áp máy biến áp
Ubase-m (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn trung áp máy
biến áp

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

-

Ul (kV) : Điện áp định mức của cuộn hạ áp máy biến áp
Ubase-l (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn hạ áp máy biến áp

Chú ý: Trong trường hợp khơng có đủ thơng số về cơng suất ngắn mạch (khi chỉ

có cơng suất ngắn mạch cao - trung) thì có thể lấy giá trị điện trở cao - hạ và
trung - hạ bằng một nửa giá trị điện trở cao- trung

2.1.4. Máy phát điện

Các số liệu cần thiết để mô phỏng máy phát điện:
-

Công suất định mức của máy phát: Pđm (MW), Qđm (MVAr), Sđm
(MVA).
Điện áp định mức của máy phát: Uf (kV).
Công suất phát cực đại và cực tiểu: Pmax (MW), Pmin (MW), Qmax
(MVAr), Qmin MVAr).
Các điện kháng: Xd", X0 và Xneg

2.1.5. Thiết bị bù (kháng, tụ)
-

Kháng điện được mô phỏng bằng 1 điện kháng, ta cần biết điện cảm L của
kháng. Khi đó ở dạng đơn vị có tên, ta có:

XK ()  2 fL

(2.24)

Chuyển sang hệ đơn vị tương đối:

XK ( pu)  2 fL

SBASE ( MVA)

2
UBAS
E (kV)

(2.25)

Tương tự, tụ điện cũng được mô phỏng bằng 1 dung kháng, khi biết giá trị
điện dung của tụ, ta có dung kháng trong đơn vị tương đối là:

XK ( pu) 

SBASE ( MVA)
2
2 fCUBAS
E (kV)

(2.26)

2.2. TỔNG QUAN BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT

Phân bố cơng suất là bài toán quan trọng trong qui hoạch, thiết kế phát triển hệ
thống trong tương lai cũng như trong việc xác định chế độ vận hành tốt nhất của
hệ thống hiện hữu. Thơng tin chính có được từ khảo sát phân bố cơng suất là trị
số điện áp và góc pha tại các thanh cái, dịng cơng suất tác dụng và cơng suất
phản kháng trên các nhánh. Tuy vậy, nhiều thông tin phụ thêm cũng được tính
tốn bằng chương trình máy tính.

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

13

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

Khảo sát phân bố công suất thường áp dụng cho hệ thống ba pha cân bằng, dựa
trên sơ đồ tương đương một pha của hệ thống điện và tính tốn trên đơn vị có tên
hoặc đơn vị tương đối.
Trước đây việc phân bố cơng suất được khảo sát bằng bàn tính điện xoay chiều
mơ hình hóa một hệ thống điện. Ngày nay nhờ vào máy tính điện tử, vấn đề phân
bố cơng suất được thực hiện nhanh chóng và chính xác. Khảo sát phân bố cơng
suất địi hỏi các dữ liệu thơng tin chi tiết hơn việc khảo sát ngắn mạch chẳng hạn
như tổng trở đường dây và máy biến áp, đầu phân áp của máy biến áp, điện dung
đường dây , số liệu công suất nguồn và phụ tải.
Cơ sở lý thuyết của bài tốn phân bố cơng suất dựa trên hai định luật Kiechoff về
dòng điện điểm nút và điện thế mạch vịng.
Tuy vậy, như sẽ giải thích về sau, các phương trình Kirchoff khơng cịn tuyến
tính như trong bài giải tích mạch thơng thường nữa mà là phương trình phi tuyến,
số liệu ban đầu cho trước đối với hệ thống điện có khác so với một bài giải tích
mạch thơng thường.
Đối tượng của khảo sát phân bố công suất là xác định giá trị điện áp và góc pha ở
các điểm nút, dịng cơng suất trên các nhánh và tổn thất công suất trong mạng
điện.
Ngày nay, với các kỹ thuật hiện đại, máy tính có các tiện nghi như bộ nhớ ảo, bộ
nhớ phân trang và tốc độ tính tốn rất lớn nên việc tính tốn mơ phỏng trở nên dể
dàng và hiệu quả hơn.
Có nhiều phương pháp để tính dịng phân bố cơng suất, trong đó, được dùng
nhiều trong thực tế tính tốn và áp dụng giải thuật cho các phần mềm, là hai
phương pháp sau:





GAUSS-SEIDEL: Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của phương
pháp GAUSS là khả năng hội tụ rất cao, do đó được dùng để tính tốn
trào lưu cơng suất trong những trường hợp mà khả năng hội tụ là chưa
biết trước. Đồng thời cũng là những bước thử đầu tiên cho các phương
pháp khác.
NEWTON-RAPHSON: Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của
phương pháp Newton-Raphson là tốc độ hội tụ rất cao nếu có những
điểm ban đầu được lựa chọn tốt. Do đó được dùng để tính tốn trong
những trường hợp địi hỏi sự tính nhanh và có khả năng hội tụ cao.

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

14


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

2.3. PHƯƠNG PHÁP NEWTON – RAPHSON TÍNH TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT:

2.3.1. Phương trình

NR là phương pháp xấp xỉ liên tục sử dụng khai triển Taylor, Phương pháp
bao gồm phép gần đúng và phép lặp:
Xem xét phương trình « (o ) = q , trong đó c đã biết và biết o chưa biết.

Lấy o (…) là điểm đánh giá ban đầu, thì ∆o (…) là độ lệch nhỏ từ lời giải chính
xác:
«-o (…) + ∆o (…) ® = q

Khai triển vế trái thành chuỗi Taylor xung quanh điểm o (…) ta có:
«-o

(…)

_«
1 _ ô

()
đ + o
+ ³ ∗ -∆o (…) ® + ⋯ = q
_o
2 _o

Giả sử sai số ∆o (…) là nhỏ và bỏ qua cỏc thnh phn bc cao, ta c kt
qu:
_ô
_ô
ô-o () đ + ¯ ° ∆o (…) ≈ q → ∆q (…) = q − «(o (…) ) ≈ ¯ ° ∆o ()
_o
_o

T ú ta cú:
Ã
Tng

o

o

(s)




=

()

=o
q

q ()

yạ ()

á ằ

()

y

+ o ()

= q ô(o )

q ()
()
o =
yạ ()
á ằ
()

()

quỏt:


y

(s)
()
o
= o + o („)

Ví dụ áp dụng:

Tìm nghiệm của phương trình sau dùng NR với giá trị điểm ban đầu là x[0] = 6.
Giải:

«(o) = o Š − 6o ‚ + 9o − 4 = 0

Ta có, đạo hàm « (o ) theo o:

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

y¹(º)
yº

= 3o ‚ 12o + 9

Vũng lp th 1:




yạ ()

á ằ

y
()

q

= 3 ∗ 6‚ − 12 ∗ 6 + 9 = 45

= q ô-o () đ = 0 (6 6 ∗ 6‚ + 9 ∗ 6 − 4) = 50

o () =

()

ặ ()
á ằ
ầ

=

ẩ
ẫẩ

= 1.1111

o (s) = o (…) + ∆o (…) = 6 − 1.1111 = 4.8889

Tiếp tục thực hiện các vòng lặp tiếp theo quy trình tương tự, ta được kết quả:





o (‚) = o (s) + ∆o (s)
o (Š) = o (‚) + ∆o (‚)
o (É) = o (Š) + ∆o (Š)
o (È) = o (É) + ∆o (É)

= 4.2789
= 4.0405

= 4.0011
= 4.0000

Kể từ vòng lặp thứ 6, ∆q = 0, các giá trị o khơng thay đổi

 Tìm được kết quả đúng của phương trình trên là o = 4

2.3.2. Hệ phương trình

Áp dụng phương pháp NR cho một tập hợp n phương trình, với ẩn
«s (os , o‚ , … , ou ) = qs
« (o , o , … , ou ) = q‚
số (os , o‚ … ou ) · ‚ s ‚
…
«u (os , o‚ , … , ou ) = qu

Khai triển Taylor:

Í«s
Í«s
Í«s
⎧qs = «s (os , o‚ , , ou ) + xs
+ x
+ xẻ
os
o
ou


ô

ô
ô
q = «‚ (os , o‚ , … , ou ) + xs
+ x
+ xẻ
o
o
ou

s

q = ô (o , o , … , o ) + ∆x Í«u + x ôu + x ôu
u s
u
s

ẻ
u
os
o
ou

Trong ln lặp gần đúng đầu tiên, chọn trước bộ giá trị : o (…) =
Ïos , o‚ , … , ou Ð, thay vào hệ phương trình trên, ta được giá trị gần đúng
như sau:
(…)

(…)

(…)

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

16


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

⎧ q = « -o (…) , o (…) , … , o () đ + x () ôs + x (…) ¯ Í«s ° + ⋯ ∆x (…) ¯ Í«s
s
s s
u
ẻ

s

os
o
ou

()
()
()

() ()
() ô
() ô
()

() ô
+ x
+ xẻ

q = ô -os , o , , ou đ + xs
os
o
ou



()
()
()
q = ô -o () , o (…) , … , o (…) ® + ∆x (…) ¯ Í«u ° + ∆x (…) ¯ Í«u + x () ôu
u s
u
ẻ

s

u
os
o
ou
()

()

()

Gi: «„ (os , o‚ , … , ou ) là «„v , ta có:
(v)






(v)

«„v tính được,

(v)

Các giá trị đạo hàm riêng phần tính được tại các điểm giá trị o (v) cho
trước,
Giá trị qs , q‚ , … qu đã biết trước

Như vậy, Các đại lượng ∆xs , ∆x‚ , … ∆xỴ là ẩn số,

Tại lần lặp thứ nhất, giải hệ phương trình để được nghiệm :
∆xs , ∆x‚ , … ∆xỴ ,
(…)

(…)

(…)

Các nghiệm gần đúng để tính trong lần lặp thứ hai là :

os = os + ∆xs
Ò
…
(s)
(…)
(…)
ou = ou + ∆xỴ
(s)

(…)

(…)

Thực hiện lại q trình lặp cho đến khi các giá trị ∆q„ = q„ − «„ (j =
1 … p) đủ nhỏ để chấp nhận được (hội tụ).
Viết lại theo dạng ma trận :

Í«s
⎡
cs − «s
⎢Íos
Ĩ ⋮ ế=
cẻ ôu
ôu
os

ôs

ou xs
ể ế
ôu ⎥ ∆xỴ
Íou ⎦

Ma trận đạo hàm riêng phần được gọi là ma trận Jacobi: J

Hay:
HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

∆qs
∆xs
Ĩ ⋮ Õ = ÝĨ ⋮ Õ
∆qu
∆xỴ
17


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

∆qs
∆xs
Ó ⋮ Õ = íãs ể ế
qu
xẻ

õy l dng cụng thc c sử dụng để tính tốn Phân Bố Cơng Suất trong Hệ
Thống Điện.

2.3.3. Phân loại nút – thanh cái

2.3.3.1. Thanh cái cân bằng:
Là thanh cái máy phát có khả năng đáp ứng nhanh chóng với sự thay đổi
của phụ tải. Nhờ vào bộ điều tốc nhạy cảm, máy phát điện cân bằng có khả
năng tăng tải hoặc giảm tải kịp thời theo yêu cầu của toàn hệ thống.

Đối với thanh cái cân bằng, cho trước giá trị điện áp ß và góc pha àá chọn
làm chuẩn (thường cho àá = á).

Trong bài tốn phân bố cơng suất, chỉ có duy nhất một thanh cái cân bằng.
2.3.3.2. Thanh cái máy phát:

Đối với các máy phát điện khác ngoài máy phát cân bằng, cho biết trước
công suất thực P mà máy phát ra ( định trước vì lý do năng suất nhà máy)
và điện áp V ở thanh cái đó. Thanh cái máy phát còn gọi là thanh cái PV.
2.3.3.3. Thanh cái phụ tải:
Biết trước công suất P và Q của phụ tải yêu cầu. Thanh cái phụ tải còn gọi
là cái PQ. Nếu khơng có máy phát hay phụ tải ở một nút nào đó thì coi nút
đó như nút phụ tải với P = Q = 0. Dịng cơng suất ở các thanh cái được qui
ước theo chiều đi vào thanh cái.

2.3.4. Thành lập ma trận tổng dẫn nút Ybus

Phương trình ma trận thể hiện mối liên quan điện áp nút với các dòng điện
đi vào và đi ra khỏi mạng thơng qua các giá trị tổng dẫn các nhánh mạch:

ãäåỉ = ỗốộờ . òồởỡớ

Hỡnh 2-4 S dũng v in áp nút trong hệ thống

Ma trận tổng dẫn được sử dụng để lập mơ hình mạng của hệ thống có liên kết:
HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

18


LUẬN VĂN THẠC SĨ





CBHD: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

Các nút thể hiện là các thanh cái trong các trạm,
Các nhánh thể hiện là các đường dây truyền tải hoặc MBA,
Các dòng bơm vào thể hiện CS từ MF đến tải.

Cách thức xây dựng một ma trận tổng dẫn nút Ybus:




-

Dựa trên định luật Kirchhoff về dòng điện tại một nút, ta cú

Iãủẻũ = y V + ys (V Vs ) + ‚ (Vð − V‚ ) + ⋯
+ Ỵ (Vð − VỴ )

Trong đó, các tổng trở đường dây được chuyển thành tổng dẫn:

ị =

Xét một mạng 4 nút như sau:

1
1
=
zđị rđị + jxđị

(2.27)

(2.28)

Hình 2-5 Sơ đồng mạng 4 nút

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052

19