Bài giảng Lưới điện - Chương 4: Tính toán lưới điện phân phối - Lễ Minh Khánh

Nội dung text: Bài giảng Lưới điện - Chương 4: Tính toán lưới điện phân phối - Lễ Minh Khánh

1. 4/2020 LƯỚI ĐIỆN Chương 4. Tính toán lưới điện phân phối EE4010 Department of Power Systems 1 Các nội dung thảo luận • Các chế độ và yêu cầu tính toán lưới điện phân phối • Phương pháp cộng phụ tải • Tính toán lưới điện phân phối khi biết phụ tải tại một thời điểm • Tính toán lưới điện phân phối khi biết phụ tải max • Đường dây có phụ tải phân bố đều • Tính toán lưới điện 3 pha 4 dây EE4010 Department of Power Systems 2 LMK 1
2. 4/2020 Đặc điểm của lưới điện phân phối • Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. • Lưới phân phối có vai trò quan trọng trong việc bảo đảm chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. • Phụ tải của lưới điện phân phối đa dạng và có đồ thị phụ tải nói chung là khác nhau. Khi tính toán nếu áp dụng chung số liệu có thể gây ra sai số • Lưới phân phối luôn là lưới điện hở, (lưới kín vận hành hở thực chất là các lưới điện vận hành độc lập). • Chiều công suất đi trên đường dây đã xác định, vì thế có thể tính toán nhanh cho kết quả gần đúng khi độ chính xác không cần quá cao: ví dụ khi đánh giá tổn thất, chọn thiết bị, phương án thiết kế, kiểm tra phạm vi thay đổi của điện áp. EE4010 Department of Power Systems 3 Phụ tải Phụ tải max sáng max chiều Lưới điện 22kV 479E1.8 quận Hoàn Kiếm EE4010 Department of Power Systems 4 LMK 2
3. 4/2020 Ví dụ CS yêu cầu tại nguồn điện Load, kW Time Lighting ResidentalCommercial Demand 1am 100 200 200 500 2 100 200 200 500 3 100 200 200 500 4 100 200 200 500 5 100 200 200 500 6 100 200 200 500 7 100 300 200 600 8 0 400 300 700 9 0 500 500 1000 10 0 500 1000 1500 11 0 500 1000 1500 12noon 0 500 1000 1500 1 0 500 1000 1500 2 0 500 1200 1700 3 0 500 1200 1700 4 0 500 1200 1700 5 0 600 1200 1800 6 100 700 800 1600 7 100 800 400 1300 8 100 1000 400 1500 9 100 1000 400 1500 10 100 800 200 1100 11 100 600 200 900 12pm 100 300 200 600 LF 0,5833 0,4875 0,4722 0,6181 Tmax 5110,0 4270,5 4136,7 5414,2 EE4010 Department of Power Systems 5 Sự đa dạng của phụ tải trong lưới điện phân phối • Phụ tải thể hiện nhu cầu công suất thực tế của các hộ tiêu thụ khác nhau với tính chất đa dạng. Đồ thị phụ tải của các hộ tiêu thụ vì thế có thể đạt giá trị cực đại không đồng thời. • Đồ thị phụ tải chung của một nhóm các hộ phụ tải đa dạng vì thế bằng phẳng hơn đồ thị của từng phụ tải. Hiệu suất sử dụng lưới điện tốt hơn, tuy nhiên các thông số tính toán bao gồm Pmax, Tmax, LF sẽ chịu ảnh hưởng của yếu tố đa dạng của phụ tải. • Với lưới điện có nhiều phụ tải, khi thiết kế các nhánh đường dây cấp điện cho nhiều phụ tải cần xét tới yếu tố không đồng thời của phụ tải. Kết quả đánh giá không thể hiện yếu tố này sẽ ảnh hưởng tới tính kinh tế trong bài toán quy hoạch và thiết kế. EE4010 Department of Power Systems 6 LMK 3
4. 4/2020 2 (2) PL2 (1) P2(t) P1(t) (3) 3 P3(t) a) PL3 P, kW P1max = P’2+P’3 P2max P3max P’3 P’2 t,h t2 t1 t3 b) EE4010 Department of Power Systems 7 Một số khái niệm • Đối với lưới điện có nhánh chung: P1 = P2 + P3 P1max = kđt.(P2max+P3max) = P’2 + P’3 • CS max chung (t1): CS yêu cầu lớn nhất của một nhóm phụ tải (DC=P1max), được hiểu là CS max đồng thời. • CS max riêng (t2,t3): CS max của từng phụ tải (Di=P2max) • Hệ số đa dạng của phụ tải (DF - Diversity Factor): tỷ lệ giữa tổng công suất max riêng và công suất max chung. DF phụ thuộc vào số lượng phụ tải. D D D D P P DF 1 2 3 n 2max 3max DC P 1max • Hệ số đồng thời (Coincidence Factor): tỷ lệ giữa công suất max chung và tổng công suất max riêng của từng phụ tải. CF cũng có thể tra bảng theo số lượng phụ tải trong lưới điện. 1 DC P 1max CF kdt DFD1 D 2 D 3 D n P 2max P 3max EE4010 Department of Power Systems 8 LMK 4
5. 4/2020 Hệ số đồng thời Thay đổi theo số lượng phụ tải nhé Số lượng trạm PP hạ áp 2 3÷5 6÷10 11÷20 lớn hơn 20 Hệ số đồng thời kđt 1 0,9 0,8 0,75 0,7 EE4010 Department of Power Systems 9 Một số khái niệm (2) • CS tham gia vào đỉnh của phụ tải: phần CS của từng phụ tải (P’i) tại thời điểm CS yêu cầu chung là lớn nhất (P1max). • Hệ số tham gia vào đỉnh (Ci=ktdi): CS tham gia vào đỉnh tính theo tỷ lệ với CS max riêng của từng phụ tải. ' Pi Ci k tdi Pimax • Như vậy: DC = C1.D1+C2.D2+C3.D3+ Cn.Dn P1max = ktd2.P2max + ktd3.P3max • Mức độ mang tải của hệ thống (Utilization Factor): tỷ lệ giữa CS max chung (DC) và khả năng tải (theo điều kiện phát nóng hoặc TTĐA), có thể áp dụng cho lưới điện hoặc TBA. maximumdemand,kVA F U ratedcapacity,kVA EE4010 Department of Power Systems 10 LMK 5
6. 4/2020 Các chế độ và thông số cần tính toán • Chế độ bất kỳ: được xác định tại một thời điểm với công suất tức thời của phụ tải. Khi đó CS nhánh chung là tổng CS tức thời của phụ tải. • Được sử dụng để kiểm tra sự biến đổi thông số vận hành (behaviour) của lưới thực, từ đó tính ra TTCS và TTĐN chính xác của lưới điện. • Chế độ max riêng của từng đoạn lưới: lựa chọn thiết bị và tính TTĐN cho riêng đoạn lưới được xem xét. • Chế độ max chung của toàn lưới: khi CS max chung lớn nhất, để tính toán TTCS và TTĐA chung của lưới, kiểm tra khả năng tải và CS yêu cầu. • Chế độ min hoặc không tải: tính TTĐA và ĐA nút phục vụ ĐCĐA và kiểm tra hiệu ứng điều chỉnh của thiết bị bù. EE4010 Department of Power Systems 11 Tính toán chế độ của lưới phân phối • Yêu cầu tính toán: phản ánh gần sát nhất với hành vi của lưới điện. • Trong quy hoạch: lựa chọn và kiểm tra thiết bị, so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án, đề xuất biện pháp nâng cao chất lượng hoạt động của lưới điện. Số liệu tính toán của phụ tải là số liệu ước tính. • Trong vận hành: phục vụ dự báo, điều chỉnh và điều khiển trong thời gian thực. Số liệu tính toán kết hợp đo và ước tính với sai số cho phép. • Các giản ước cho phép khi tính toán không sử dụng phần mềm chuyên dụng: • Tính toán TTĐA, TTCS và TTĐN theo ĐA định mức của lưới điện. • Không tính đến ảnh hưởng của TTCS ở đoạn lưới sau đến đoạn lưới trước (phương pháp cộng phụ tải) để đơn giản hoá việc tính toán phân bố công suất (Power Flows). EE4010 Department of Power Systems 12 LMK 6
7. 4/2020 Sơ đồ tính toán lưới phân phối • Sơ đồ lưới điện: bao gồm nút và nhánh. Với lưới điện hở số nút bằng số nhánh. • Nút gồm có: • Nút nguồn: từ phía TA của MBA 3 dây cuốn hoặc trạm BA trung gian • Nút tải: có thể có MBA hoặc phụ tải tính toán. • Nút nhánh rẽ: không có CS tiêu thụ, nhưng vẫn tính được ĐA. • Nút tụ bù • Nút giữa 2 loại dây dẫn • Nhánh gồm có: • Nhánh đường dây: các đoạn lưới • Nhánh bù dọc • Nhánh MBA hoặc máy điều chỉnh ĐA. • Nút được đánh số bất kỳ, với mục đích tiện theo dõi: • Nút nguồn, các nút khác từ 1 đến n tính từ nguồn • Ký hiệu nhánh có thể giữa 2 nút hoặc lấy theo nút cuối EE4010 Department of Power Systems 13 1. Tính toán lưới phân phối với phụ tải tức thời • Lưới phân phối là lưới điện hở có một nguồn cung cấp. • CS được cho trước tại một thời điểm t bất kỳ. • Số liệu ban đầu: • Cấu trúc lưới điện: ĐA định mức, loại dây dẫn, chiều dài, số lộ, thông số MBA. Từ đó xác định thông số đường dây và TBA. • CS tức thời của phụ tải tại các nút tải: Pi và cosϕ. Từ đó tính được S = P+jQ. • Điện áp tức thời tại nguồn U0. • Cần xác định: • Điện áp nút. • TTCS và CS yêu cầu từ nguồn. • Phương pháp cộng phụ tải: CS trên một nhánh của lưới điện được tính bằng tổng CS các phụ tải được cấp điện qua nhánh đó, tức là bỏ qua tổn thất CS trên các nhánh. • Như vậy tại 1 nút của lưới phân phối, CS chung bằng tổng CS các nhánh. EE4010 Department of Power Systems 14 LMK 7
8. 4/2020 4 (4) PL4+jQL4 ΔU04 0 (1) 1 (2) 2 (3) 3 S0 P1+jQ1 P2+jQ2 P3+jQ3 PL1+jQL1 PL2+jQL2 PL3+jQL3 ΔU03 Biết: Tính: • Tổng trở Z(i) = Ri+jXi • Điện áp nút Ui • Công suất tải SLi = PLi+jQLi • Tổn thất ĐA max ΔUmax = max{ΔU0i} • Điện áp nguồn U0 • Tổn thất CS ΔS • CS yêu cầu từ nguồn S0 EE4010 Department of Power Systems 15 Công thức tính toán CS trên mỗi nhánh i, cấp điện cho Ck phụ tải: Pi  P Lk Qi  Q Lk k Ck k Ck PRii QX ii TTĐA trên mỗi nhánh i: Ui Unom TTĐA từ nguồn đến nút i: U0i  U k k Dk TTĐA lớn nhất: Umax max U 0i ĐA nút i: UUi 0 U 0i EE4010 Department of Power Systems 16 LMK 8
9. 4/2020 Công thức tính toán (2) P2 Q 2 P2 Q 2 i i i i TTCS trên mỗi nhánh i: Pi2 R i Qi 2 X i Unom Unom n n Tổng TTCS trong lưới: P Pk Q Qk k 1 k 1 n n CS yêu cầu từ nguồn: P0 PP i Q0  QQ i k 1 k 1 T N Tổng hợp TTĐN trong lưới: A P.dt P.Tt t t 1 0 A A% .100% T N A Tổng ĐN tiêu thụ: A P.dt (P.T)t t 0 t 1 EE4010 Department of Power Systems 17 Ví dụ tính toán 4 (4) PL4+jQL4 0 (1) 1 (2) 2 (3) 3 S0 P1+jQ1 P2+jQ2 P3+jQ3 PL1+jQL1 PL2+jQL2 PL3+jQL3 Biết: • Lưới điện 10kV sử dụng dây AC-70 có tổng trở đơn vị Z0 = 0,42+j0,381 Ω • Chiều dài mỗi đoạn 5km • Điện áp nguồn U0 = 10,5kV • Công suất phụ tải: SL1, kVA SL2, kVA SL3, kVA SL4, kVA 270 + j130,7 270 + j167,4 360 + j174,2 450 + j279 EE4010 Department of Power Systems 18 LMK 9
10. 4/2020 Ví dụ tính toán (2) a) Thông số nhánh i: • Zi = Z0 .l= (0,42+j0,359).5 = 2,1+j1,905 Ω b) CS nhánh i: S1, kVA S2, kVA S3, kVA S4, kVA Si  S Lk k Ck 1350 + j751,3 630 + j341,6 360 + j174,2 450 + j279 c) TTĐA nhánh i: ΔU1, kV ΔU2, kV ΔU3, kV ΔU4, kV PRii QX ii Ui Unom 0,427 0,197 0,109 0,148 d) TTĐA từ nguồn đến i: ΔU01, kV ΔU02, kV ΔU03, kV ΔU04, kV U0i  U k k Dk 0,427 0,624 0,733 0,574 EE4010 Department of Power Systems 19 Ví dụ tính toán (3) e) ĐA nút i: U1, kV U2, kV U3, kV U4, kV UU U i 0 0i 10,073 9,876 9,767 9,926 f) TTCS nhánh i: 2 2 ΔS1, kVA ΔS2, kVA ΔS3, kVA ΔS4, kVA Pi Q i Si 2 Z i Unom 50,13 + j45,47 10,79 + j9,78 3,36 + j3,05 5,89 + j5,34 g) Tổng TTCS trong lưới: ΔP = 70,16 kW; ΔQ = 63,64 kVAr h) Tỷ lệ TTCS : ΔP% = 70,16.100%/1350 = 5,2% h) CS yêu cầu từ nguồn: P0 = 1350 + 70,16 = 1420,16 kW Q0 = 751,3 + 63,64 = 814,94 kVAr EE4010 Department of Power Systems 20 LMK 10
11. 4/2020 2. Tính toán lưới phân phối với phụ tải max • Là yêu cầu thường gặp nhất trong tính toán lưới phân phối • Phụ tải được dự báo hoặc ước tính cho 1 năm • Ứng dụng cho bài toán quy hoạch thiết kế • Cho kết quả phù hợp để đánh giá kiểm tra chỉ tiêu kỹ thuật lưới điện • Phương pháp tính: sử dụng hệ số đồng thời để tính CS max cho từng đoạn lưới. • TTCS và TTĐN cũng được tính cho từng đoạn lưới với Tmax tính riêng cho dòng CS trên đoạn lưới đó, từ CS các phụ tải đi kèm • Tổn thất ĐA trong chế độ max chung toàn lưới cũng là giá trị TTĐA lớn nhất sử dụng làm chỉ tiêu kỹ thuật để so sánh đánh giá đối với lưới điện phân phối • Như vậy chế độ max chung với CS yêu cầu lớn nhất từ nguồn là chế độ đặc trưng cho khả năng tải của lưới phân phối EE4010 Department of Power Systems 21 4 (4) PL4+jQL4 ΔU04 0 (1) 1 (2) 2 (3) 3 S0 P1+jQ1 P2+jQ2 P3+jQ3 PL1+jQL1 PL2+jQL2 PL3+jQL3 ΔU03 Biết: Tính: • Tổng trở Z(i) = Ri+jXi • Điện áp nút Ui • Công suất max riêng của • Tổn thất ĐA max ΔUmax tải SLi = PLi+jQLi • Tổn thất CS ΔS • Điện áp nguồn U0 • CS yêu cầu từ nguồn S0 • Tổn thất ĐN ΔA EE4010 Department of Power Systems 22 LMK 11
12. 4/2020 TTĐN của trên các nhánh chung sẽ tính như thế nào? 2 (2) PL2 (1) P2(t) Tmax1 tính P1(t) (3) như thế nào? 3 P3(t) a) PL3 • Khi không có đồ thị phụ tải, để tính nhanh TTĐN qua τ cần dựa vào công thức kinh nghiệm với Tmax tương ứng. • Theo định nghĩa, Tmax là thông số của phụ tải. Nhánh (1) không có phụ tải, tuy nhiên từ dòng công suất P1 cũng có thể tính được Tmax. • Như vậy giá trị Tmax phải lấy từ dòng CS gây ra TTĐN. Với các nhánh chung, cần xác định Tmax của CS đi trên nhánh đó, là tổng hợp CS phụ tải của nhánh. EE4010 Department of Power Systems 23 Xác định Tmax của dòng CS trên nhánh chung P, kW P1max = P’2+P’3 P2max P3max P’3 P’2 t,h t2 t1 t3 b) Coi phụ tải cuối nhánh (1) là tổng 2 phụ tải nhánh (2) và (3). Khi đó theo định nghĩa: A A A P .T P .T T 1 2 3 2max max2 3max max3 max1 P1max P1max kdt .(P 2max P 3max ) Tổng quát: (Pimax .T maxi ) i Ck Tmax1 k.dt (P imax ) i Ck EE4010 Department of Power Systems 24 LMK 12
13. 4/2020 Công thức tính toán có gì khác? CS max chung trên mỗi nhánh i được tính theo hệ số đồng thời kđt: Pi k. dt P Lk Qi k. dt Q Lk k Ck k Ck TTĐA, ĐA nút, TTCS trên mỗi nhánh tính tương tự như trước. Tính TTĐN theo Tmax và τ trên từng đoạn lưới: (P.TLk maxk ) 4 2 k Ck  i(0,124 T maxi .10 ) .8760 Tmaxi Pi TTĐN trên mỗi nhánh i: ΔAi = ΔPi.τi; ΔAΣ = ΣΔAi Tính theo %: ΔA% = ΔAΣ.100%/AΣ = ΔAΣ.100%/Σ(PLk.Tmaxk) EE4010 Department of Power Systems 25 Ví dụ tính toán 4 (4) PL4+jQL4 0 (1) 1 (2) 2 (3) 3 S0 P1+jQ1 P2+jQ2 P3+jQ3 PL1+jQL1 PL2+jQL2 PL3+jQL3 Biết: S , kVA S , kVA S , kVA S , kVA • Số liệu LPP như trước L1 L2 L3 L4 • Số liệu phụ tải: 300 + j145,2 300 + j186 400 + j193,6 500 + j310 Phụ tải i 1 2 3 4 Tmaxi, h 2000 2500 2000 2500 Số lượng trạm PP hạ áp 2 3÷5 6÷10 11÷20 lớn hơn 20 Hệ số đồng thời kđt 1 0,9 0,8 0,75 0,7 EE4010 Department of Power Systems 26 LMK 13
14. 4/2020 Ví dụ tính toán (2) Thông số nhánh i: Zi = 2,1+j1,905 Ω CS nhánh i: S1, kVA S2, kVA S3, kVA S4, kVA Si k. dti S Lk k Ck 1350 + j751,32 700 + j379,6 400 + j193,6 500 + j310 TTĐA nhánh i: ΔU1, kV ΔU2, kV ΔU3, kV ΔU4, kV PRii QX ii Ui Unom 0,427 0,219 0,121 0,164 TTĐA từ nguồn đến i: ΔU01, kV ΔU02, kV ΔU03, kV ΔU04, kV U0i  U k k Dk 0,427 0,646 0,767 0,591 EE4010 Department of Power Systems 27 Ví dụ tính toán (3) ĐA nút i: U1, kV U2, kV U3, kV U4, kV UU U i 0 0i 10,073 9,854 9,733 9,909 TTCS nhánh i: 2 2 ΔS1, kVA ΔS2, kVA ΔS3, kVA ΔS4, kVA Pi Q i Si Z i Unom 50,13 + j45,47 13,32 + j12,08 4,15 + j3,76 7,27 + j6,59 Tổng TTCS trong lưới: ΔP = 74,86 kW; ΔQ = 67,91 kVAr Tỷ lệ TTCS : ΔP% = 74,86.100%/1500 = 4,99% CS yêu cầu từ nguồn: P0 = 1350 + 74,86 = 1424,86 kW Q0 = 751,32 + 67,91 = 819,23 kVAr EE4010 Department of Power Systems 28 LMK 14
15. 4/2020 Ví dụ tính toán (4) Thời gian sử dụng CS lớn nhất: (P.TLk maxk ) k Ck Tmaxi Pi 4 2 Thời gian TTCS lớn nhất:  i(0,124 T maxi .10 ) .8760 TTĐN trên mỗi nhánh: ΔAi = ΔPi.τi Nhánh i 1 2 3 4 Tmaxi 2518 2214 2000 2500 τi 1237 1045 920 1225 ΔPi, kW 50,13 13,32 4,15 7,27 ΔAi, kWh 62030 13919 3814 8906 Tổng TTĐN: ΔAΣ = ΣΔAi = 88669 kWh Tổng ĐN tiêu thụ: AΣ = Σ(Pk.Tmaxk) = 3400000 kWh TTĐN tính theo %: ΔA% = ΔAΣ.100%/AΣ = 2,64% EE4010 Department of Power Systems 29 Lập bảng tính với kđt Một số nhận xét: • Quy trình tính toán chế độ của lưới PP trong chế độ max chung thực chất là tính cho từng nhánh tại các thời điểm tính toán khác nhau (t1, t2, t3) • Khi tính toàn lưới với Pmax nhánh và kđt, do thời điểm tính toán mỗi nhánh trong LPP khác nhau, hệ thống không có cân bằng CS, không thể sử dụng hệ PT cân bằng CS nút (dựa trên cơ sở ĐL Kirchhoff 1) để phân tích • Để nhận được chính xác chế độ đồng thời tại t1, cần phân bố lại CS chung đã tính được cho các nhánh riêng (tức là xác định CS tham gia vào đỉnh), và tính lại giá trị ΔUij • Xây dựng bảng tính cho chế độ đồng thời, bổ sung kđt để tính chế độ max chung • Bài tập về nhà 3 EE4010 Department of Power Systems 30 LMK 15
16. 4/2020 Bài tập về nhà N3 • Mục đích: • Sử dụng bảng tính để phân tích chế độ của LPP • Đánh giá ảnh hưởng của tụ bù • Nội dung thực hiện: 1. Với sơ đồ LPP đã vẽ trong bài tập N1 hoặc N1R, tự cho số liệu của nút (công suất), nhánh (loại dây, chiều dài), Uđm của lưới. 2. Tính TTĐA max (%), TTCS (%) và CS yêu cầu tại nguồn. 3. Vẽ đồ thị phân bố ĐA nút theo trục chính (là nơi có TTĐA lớn nhất). 4. Đặt thiết bị bù vào nút gần nhất với 2/3 chiều dài trục chính. 5. Dựa theo số liệu đồ thị phụ tải ngày điển hình trong bài tập N1, lấy dung lượng bù bằng Qtb của tổng phụ tải. 6. Vẽ đồ thị phân bố CSPK theo trục chính. 7. Tính lại ĐA nút và vẽ đồ thị phân bố ĐA nút mới. • Ghi chú: • Nếu không lập được bảng tính, có thể sử dụng bảng tính mẫu đã upload EE4010 Department of Power Systems 31 3. Tính toán lưới phân phối với phụ tải phân bố đều • Trên thực tế tồn tại một số lưới điện có những đường dây có nhiều phụ tải với mật độ phân bố tương đối đều (P0, kW/km). Nếu tính theo phương pháp thông thường sẽ khá mất thời gian. • Ví dụ: lưới điện chiếu sáng, giao thông, lưới hạ áp hoặc trung áp dài cấp điện cho cùng một loại phụ tải (sinh hoạt, công cộng, hỗn hợp với cùng tỷ lệ ). • Với những đường dây này có thể đánh giá nhanh thông số chế độ cho toàn tuyến theo các công thức riêng, thay vì phải tính cho từng đoạn giữa 2 điểm đấu phụ tải. • Do phụ tải cùng tính chất (cùng Tmax và t1), các tính toán được thực hiện với hệ số đồng thời bằng 1 (chế độ tức thời), có thể tính TTĐN theo τ. • Có thể thay thế một số đường dây với phụ tải phân bố đều thành phụ tải tập trung trong tổng thể lưới phân phối với công thức quy đổi riêng. Tuy nhiên các công thức quy đổi phụ tải cho TTĐA và TTĐN là khác nhau. • Kết quả tính ra là gần đúng, phụ thuộc các hệ số lựa chọn, cho phép đánh giá kinh tế với mức độ hợp lý. • Ứng dụng cho bài toán quy hoạch thiết kế để ước lượng nhanh thông số của lưới điện: ví dụ như TTCS và TTĐA trên đường dây, vị trí và công suất cần bù để giảm tối đa TTĐN EE4010 Department of Power Systems 32 LMK 16
17. 4/2020 Ví dụ Vị trí đặt bù: tại 2/3 chiều dài đường dây • Khi áp dụng cho bài toán đánh giá vị trí và hiệu quả đặt bù CSPK: không cần thiết phải xác định ĐA từng nút hay TTCS nhánh. EE4010 Department of Power Systems 33 Phân bố CSPK trên lưới điện Phân bố CSPK trước khi bù Phân bố CSPK sau khi bù 8000,0 3000,0 7000,0 2500,0 6000,0 2000,0 1500,0 5000,0 1000,0 4000,0 500,0 3000,0 0,0 2000,0 0 5 10 15 Reactive Power, kVAr Power, Reactive kVAr Power, Reective -500,0 1000,0 -1000,0 0,0 -1500,0 0,00 5,00 10,00 15,00 -1000,0 -2000,0 Distance, km Distance, km EE4010 Department of Power Systems 34 LMK 17
18. 4/2020 Công thức quy đổi cho đường dây có phụ tải phân bố đều • Có thể đánh giá riêng dòng CSTD và L CSPK, sau đó xếp chồng để tính TTĐA dx và TTCS. PN x • Công suất đo tại mỗi điểm giảm dần theo chiều dài đường dây. P0, kW/km • TTĐA và TTCS được tính trên mỗi kW đơn vị chiều dài (phân đoạn nhỏ dx), gây ra bởi dòng công suất (P ) đi qua x P phân đoạn đó. N Px=P0.x x L km EE4010 Department of Power Systems 35 Tính TTĐA trên đường dây có phụ tải phân bố đều L • Xét ảnh hưởng của CSTD P: dx PN x • Điện trở một phân đoạn: R0.dx • TTĐA trên một phân đoạn dx: P0, kW/km P x.R dx PN L/2 L/2 d U 0 0 Unom P L P x.R dx P .R .L2 P.R • TTĐA trên toàn tuyến: U 00 00 0 Unom 2U nom 2U nom PR QX • Tính cả CSPK Q của phụ tải thì: U 2Unom • TTĐA ΔU trên lưới phân phối đều với tổng phụ tải P+jQ bằng ½ TTĐA khi phụ tải đó đặt tập trung cuối đường dây. • Khi tính toán TTĐA có thể thay thế lưới này bằng đoạn lưới có phụ tải tập trung đặt giữa đường dây. EE4010 Department of Power Systems 36 LMK 18
19. 4/2020 Tính TTCS trên đường dây có phụ tải phân bố đều • Xét ảnh hưởng của CSTD P tới TTCS L trên một phân đoạn dx: dx P • TTCS trên một phân đoạn dx: N x 2 (Px)0 .R 0 dx P0, kW/km d P 2 Unom L (P x)2 .R dx P 23 .L .R P2 .R • TTCS trên toàn tuyến: P 0 0 00 2 2 2 0 Unom 3U nom 3U nom 2 2 • P Q Tính cả CSPK Q của phụ tải thì: P 2 R 3Unom • TTCS ΔP trên lưới phân phối đều với tổng phụ tải P+jQ bằng 1/3 TTCS khi phụ tải đó đặt tập trung cuối đường dây. • Tuy nhiên khi tính toán không thể thay thế lưới này bằng đoạn lưới có phụ tải tập trung đặt tại 1/3 đường dây, do quan hệ tổn thất là phi tuyến. • Ví dụ minh hoạ: trang 86 SGT EE4010 Department of Power Systems 37 Ví dụ (1) • Lưới PP 6kV thực tế: 24 phụ tải 10kW phân bố trên mỗi khoảng cách 1 km. • Lưới PP 6kV có phụ tải phân bố đều: chiều dài 25km, tổng CS 240kW, với P0= 9,6kW/km. • Tính chính xác tổn thất trên từng nhánh: ΔPΣ = 6,927kW; ΔUmax = 0,211kV. • Tính theo đường dây có phụ tải phân bố đều: ΔPΣ = 6,830kW; ΔUmax = 0,211kV. • Sai số: 300 εΔP = 2,04%; εΔU = 0%. 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 EE4010 Department of Power Systems 38 LMK 19
20. 4/2020 Ví dụ (2) • Lưới PP 22kV 479E28.7 có lΣ= 14,125km, PΣ= 10255,3kW, cosϕ = 0,85; Tính được P0 = 726,04kW/km • Tính chính xác tổn thất trên từng nhánh, có: ΔPΣ = 423,45kW; ΔUmax = 1,572kV. • Tính theo đường dây có phụ tải phân bố đều, ta được: ΔPΣ = 403,477kW; ΔUmax = 1,605kV. • Sai số: εΔP = 4,72%; εΔU = -2,14%. EE4010 Department of Power Systems 39 Chế độ không đối xứng • Hiện tượng không đối xứng: khi môđun điện áp hoặc dòng điện pha khác nhau và góc pha khác 120ᵒ • Nguyên nhân: • Phụ tải không đối xứng (vị trí kết nối hoặc độ lớn) • Các phần tử LĐ không đối xứng (do thiết kế hoặc ảnh hưởng môi trường lắp đặt) • Sự cố không đối xứng (đứt pha hoặc ngắn mạch không đối xứng) • Hậu quả: • Giảm chất lượng điện áp (ĐA pha quá cao hoặc quá thấp) • Giảm khả năng tải • Tăng tổn thất điện năng • Gây nhiễu thông tin • Giảm tuổi thọ thiết bị (phát nóng), thiết bị quay 3 pha hoạt động không bình thường (ồn, giật ) EE4010 Department of Power Systems 40 LMK 20
21. 4/2020 Tính toán lưới điện không đối xứng In I a I b I c     UfA U fA U fA' UfB U fB U fB' UfC U fC U fC' UfA ZZZ AA AB AC I A U ZZZ  I fB BA BB BC B  UfC ZZZ CA CB CC I C  • Để tính chế độ không đối xứng hoàn toàn cần áp dụng phương pháp thành phần đối xứng, trong đó phân tách hệ thống dòng điện không đối xứng IA, IB, IC, thành 3 hệ thống thành phần đối xứng thứ tự thuận, nghịch, và không. EE4010 Department of Power Systems 41 Tính toán lưới điện 3 pha 4 dây • Là lưới điện trung/hạ áp với dây trung tính để lấy điện áp pha • Sơ đồ thay thế được biểu diễn với số liệu cụ thể của các pha và ảnh hưởng qua lại giữa các pha riêng biệt, thay vì quy đổi cho từng pha. • Thường là đường dây cáp hoặc dây trên không với khoảng cách pha ngắn, dây trung tính và đất có thể có ảnh hưởng đáng kể đến số liệu pha. • Một đoạn đường dây của lưới 3p4d sẽ có các thông số riêng của mỗi pha (Zfa), thông số tương hỗ giữa các pha (Zab) và dây trung tính (Zan). • Nếu coi lưới điện là đối xứng, và hiện tượng không đối xứng do tải gây ra, có thể tính toán với các thông số pha, với giả thiết điện áp chỉ thay đổi về độ lớn. EE4010 Department of Power Systems 42 LMK 21
22. 4/2020 TTĐA trên 1 đoạn lưới 3p4d Dây pha ΔUf Dây tt Tổng trở riêng (self-impedance): Z = Z +Z -2Z Phụ tải pha s aa an an Tổng trở tương hỗ (mutual-impedance): Zm = Zab+Znn-2Zan Ufa Z.I sa Z.(I mb I) c    Ufb Z.I sb Z.(I ma I) c    Ufc Z.I sc Z.(I ma I) b    EE4010 Department of Power Systems 43 Tính toán lưới phân phối hạ áp không đối xứng • Mục đích tính toán: đánh giá ảnh hưởng của vị trí bố trí phụ tải trên các pha và độ lớn đến giá trị điện áp nhận được trên các thiết bị. • Lưới hạ áp được mô phỏng với các phụ tải 1 pha đặt tại các khoảng cách (L) khác nhau đến nguồn điện là trạm biến áp phân phối. • Với lưới điện hạ áp, thông thường phụ tải 1 pha và khoảng cách L từng pha không giống nhau, tạo ra chế độ làm việc không đối xứng. • Khái niệm mômen phụ tải: với đường dây hạ áp có cùng tiết diện, điện trở đường dây tỷ lệ thuận với chiều dài. Khi đó có thể sử dụng tích của phụ tải (IF) với chiều dài (LF) để tính toán tổn thất điện áp, gọi là mômen phụ tải (MF). Ufa M.(R A0 R n0 ) 0,5.(M B M).R Cn0 MA I.L AiAi P Fi Ufb M.(R B0 R n0 ) 0,5.(M A M).R Cn0 MB  I.L BiBi IFi UF.nom .cos Ufc M.(R C0 R n0 ) 0,5.(M B M).R An0 MC  I.L CiCi EE4010 Department of Power Systems 44 LMK 22
23. 4/2020 Ví dụ • Lưới hạ áp 380/220V có R0 = 4,5Ω/km, Rn0 = 3,12Ω/km; cấp điện cho các bóng đèn 300W đặt trên các pha. Cần kiểm tra ĐA đặt lên các bóng đèn để điều chỉnh ĐA nguồn phù hợp. 380/220V • (-2,5%≤V≤10%) 300W • Dòng điện phụ tải: IFi = 300W/220V = 1,36A 0 200 400 600 800 1000 1200 m • Tính moment phụ tải cho từng pha: A M = Σ(I .L ) = 1,36.200 + 1,36.800 = 1360 Am A Ai Ai B MB = Σ(IBi.LBi) = 1,36.400 + 1,36.1000 = 1904 Am C M = Σ(I .L ) = 1,36.600 + 1,36.1200 = 2448 Am C Ci Ci IA1 IA2 N • TTĐA trên từng pha: 300W -3 -3 ΔUfa = 1360.(3,12 + 4,5).10 – 0,5.(1904 + 2448).4,5.10 = 0,571 V -3 -3 ΔUfb = 1904.(3,12 + 4,5).10 – 0,5.(1360 + 2448).4,5.10 = 6,215 V -3 -3 ΔUfc = 2448.(3,12 + 4,5).10 – 0,5.(1904 + 1360).4,5.10 = 11,31 V EE4010 Department of Power Systems 45 Ví dụ (2) • Điều chỉnh vị trí lắp bóng đèn: 380/220V 300W 0 200 400 600 800 1000 1200 m A • Tính moment phụ tải cho từng pha: B C MA = Σ(IAi.LAi) = 1,36.200 + 1,36.1200 = 1904 Am IA1 IA2 N MB = Σ(IBi.LBi) = 1,36.400 + 1,36.1000 = 1904 Am M = Σ(I .L ) = 1,36.600 + 1,36.800 = 1904 Am C Ci Ci 300W • Kiểm tra TTĐA trên từng pha: -3 -3 ΔUfa = ΔUfb = ΔUfc = 1904.(3,12 + 4,5).10 – 0,5.(1904 + 1904).4,5.10 = 5,94 V EE4010 Department of Power Systems 46 LMK 23
24. 4/2020 Câu hỏi ôn tập chương • Trang 104 Sách Giáo trình • Một số câu hỏi bổ sung: 1. Ý nghĩa của hệ số đồng thời và hệ số tham gia vào đỉnh khi tính toán chế độ của lưới điện phân phối? 2. Tại sao lưới điện phân phối cấp điện cho phụ tải hỗn hợp lại có hiệu quả hơn phụ tải đồng nhất? 3. Tại sao khi phân tích chế độ lưới điện với hệ số đồng thời lại không thể sử dụng các công cụ tính toán trên cơ sở các định luật Kischhoff (cân bằng dòng nút)? 4. Khi xác định tổn thất điện năng trong cả một năm, cần tính toán chế độ nào của lưới phân phối? 5. Khi nào lưới điện làm việc với chế độ không đối xứng và mục đích tính toán chế độ không đối xứng là gì? EE4010 Department of Power Systems 47 Bài tập – tính toán • Cho lưới phân phối 10kV như hình vẽ, tính TTĐA max, TTCS và TTĐN hàng năm. • Đánh giá mức độ mang tải của phân đoạn MC1 và MC2 theo giới hạn bảo vệ quá tải và TTĐA lớn nhất. 8 SL8 CB1 1 2 3 CB2 4 5 6 0 S SL4 SL6 L1 CS1 CS2 7 9 EE4010 Department of Power Systems 48 LMK 24
25. 4/2020 Số liệu tính toán Summarizing exercise for Chapter 4 Begin End L F Pload PF Tmax (km) (mm2) (kW) (h) 0 1 2 70 350 0,9 3000 1 2 2 70 2 3 2 70 3 4 2 70 400 0,9 3500 4 5 2 70 5 6 2 70 250 0,9 3500 2 7 3 35 30 (kW/km) 1 1800 3 8 4 50 420 0,9 3000 5 9 3 35 30 (kW/km) 1 1800 Conductor and Network data Load Factor is given in Homework 2 Conductor AC-25 AC-50 AC-70 CB1 500A R0, Ω/km 1,6 0,59 0,42 CB2 250A X0, Ω/km 0,412 0,392 0,381 DUmax 8% Unom, kV 10 U0, kV 10,5 Lighting -2,5% +10% EE4010 Department of Power Systems 49 Bài tập (2) – phân tích • Để đảm bảo ĐA chiếu sáng cho nhánh 5-9, dự kiến đặt bù bằng CSPK trung bình của phụ tải. Hãy phân tích ảnh hưởng của thiết bị bù đến thông số của lưới điện. • Nếu dự báo phụ tải năm tới tăng 10% hoặc 15% (trừ phụ tải CS) thì hệ số tải UF của các phân đoạn có được bảo đảm hay không? Định bù ở đây 8 SL8 MC1 1 2 3 MC2 4 5 6 0 S SL4 SL6 L1 CS1 CS2 7 9 EE4010 Department of Power Systems 50 LMK 25