Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 1: Giới thiệu chung về vận hành và điều khiển hệ thống điện - Nguyễn Văn Liêm

iện- Nhà máy nhiệt điện - Nhà máy điện nguyên tử- Nhà máy điện gió- Nhà máy điện mặt trời~Sản xuấtđiện năng(NGUỒN)Tổ máy phát6Thủy điệnNhiệt điệnĐiện hạt nhânĐiện gióĐiện mặt trời7Cấu trúc lưới hệ thống điệnTruyền tải & phân phối điện năng(LƯỚI)Trạm biến ápTrạm biến ápĐường dâyLưới hệ thống điện là gì? Lưới hệ thống điện là một hệ bao gồm các trạm biến áp và các đường dây được sử dụng để liên kết các nguồn và phụ tảiLưới truyền tảiLưới phân phốiLưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống, các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV có chức năng phân phối điện.Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 220kV trở lên, các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV có chức năng truyền tải để tiếp nhận công suất từ các nhà máy điện vào hệ thống điện quốc gia.8935 kv110 kv220 kvTruyền tảiPhân phối10Phụ tải điệnPhụ tải của hệ thống điện ? Phụ tải điện là các thiết bị hay tập hợp các khu vực gồm nhiều thiết bị sử dụng điện năng để biến đổi thành các dạng năng lượng khác như quang năng, nhiệt năng, cơ năng, hóa năng, Tiêu thụđiện năng(TẢI)Phụ tải11Các mục tiêu chính của vận hành HTĐ* Cân bằng công suất:	Công suất phát PHẢI luôn luôn đáp ứng công suất yêu cầu của phụ tải.Tổng công suất phát(t) = Tổng công suất yêu cầu phụ tải(t) + tổn thất (t)* An toàn HTĐ:	Các dòng công suất qua các phần tử HTĐ PHẢI không được vượt quá các giới hạn định mức và cho phép của chúng, điện áp tại các nút nằm trong phạm vi cho phép12Pg1(t) Các mạng truyền tải và phân phốiPl1(t) Pg2(t) Pgn(t) Pl2(t) Plm(t) Các mạng truyền tải vàphân phốiPG(t) PL(t) Sơ đồ thu gọn HTĐ13Các yêu cầu về chất lượng điện năngĐiều chỉnh tần số:	Tần số của hệ thống phải luôn luôn được duy trì trong một giới hạn cho phép của nó.f min < f(t) < f maxĐiều chỉnh điện áp: 	Điện áp tại các nút phải luôn luôn được duy trì trong các giới hạn vận hành cho phép của chúng.Vmin < V(t) < VmaxVề điện áp: Trong điều kiện bình thường, độ lệch điện áp cho phép trong khoảng ±5% so với điện áp danh định của lưới điện và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả thuận. Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự cố, độ lệch điện áp cho phép từ +5% đến -10%.Về tần số: Trong điều kiện bình thường, độ lệch tần số hệ thống điện cho phép trong phạm vi ±0,2Hz so với tần số danh định là 50Hz. Trường hợp sự cố, độ lệch tần số cho phép là ±0,5Hz14Sóng hàiTổng độ biến dạng sóng hài (THD) là tỷ lệ của giá trị điện áp hiệu dụng của sóng hài với giá trị hiệu dụng của điện áp cơ bản, biểu diễn bằng đơn vị phần trăm (%), theo công thức sau:Trong đó:	THD:Tổng độ biến dạng sóng hài của điện áp;	Vi: Thành phần điện áp tại sóng hài bậc i;	V1: Thành phần điện áp tại tần số cơ bản (50Hz).15Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định như sau:Tổng biến dạng sóng hài cấp 110 kV: 3,0%, cấp trung và hạ áp: 6.5%Biến dạng riêng lẻ cấp 110 kV: 1,5%; cấp trung và hạ áp:3.0%.1617Các hình thức điều khiển HTĐ:Điều khiển tập trung (Dựa vào các dữ liệu trên diện rộng)Điều khiển phân tán (Dựa vào các dữ liệu cục bộ)Điều khiển HTĐ mang tính chất phân cấp:Có thể sử dụng cả hai chiến lược điều khiển tập trung và điều khiển phân tán.Các sự kiện chậm thường được thực hiện bằng các điều khiển tập trung. Các sự kiện nhanh thường được giải quyết bằng các điều khiển phân tán.18So sánh giữa điều khiển tập trung và điều khiển phân tánTruyền tảiPhân phốiHộ tiêu thụPhátHệ thống điều khiển tập trung HTĐCác hệ thống bảo vệCác hệ thống bảo vệCác hệ thống bảo vệ19Điều khiển tập trung được thực hiện bởi: 	- Các kỹ sư vận hành.	- Các phần mềm được dựa trên các hệ thống máy tính như: 	* SCADA (Supervisory control and data acquisition).	* EMS (Energy Management System).Điều khiển phân tán được thực hiện bởi các đo lường cục bộ thông qua:Các hệ thống điều khiển tương tự (analog control) truyền thống. Các hệ thống vi xử lý.Các hệ thống bảo vệ phần lớn được dựa trên phương thức điều khiển phân tán. 20	Các trường hợp có thể sử dụng điều khiển tập trung:Điều chỉnh tần số.Điều phối công suất phát giữa các nhà máy điện.Đánh giá và nâng cao độ an toàn của HTĐ.Quy hoạch nguồn phát.21	Các trường hợp có thể sử dụng điều khiển phân bố:Điều khiển tốc độ máy phát.Điều khiển điện áp đầu cực máy phát.Bảo vệ chống sự cố quá dòng và quá áp.22a. 	Quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu như đồng thời.b.	HTĐ là một hệ thống nhất của các phần tử trong HTĐ. Chúng luôn luôn có những mối liên hệ hết sức mật thiết với nhau.Tóm lại:23c.	Các quá trình diễn ra trong HTĐ rất nhanh.d.	HTĐ có liên quan mật thiết đến tất cả các ngành và mọi lĩnh vực sản xuất sinh hoạt của nhân dân.e.	HTĐ phát triển liên tục trong không gian và thời gian. 24a.	Đảm bảo hiệu quả kinh tế.b.	Đảm bảo chất lượng điện năng.c.	Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện liên tục.d.	Đảm bảo tính linh hoạt và đáp ứng đồ thị phụ tải.2. Các yêu cầu cơ bản của HTĐ25	- Việc thiết lập sự hài hòa của các yêu cầu cơ bản trên là lời giải của bài toán tối ưu đa mục tiêu. 	- Để đảm bảo được những yêu cầu chặt chẽ trên, HTĐ phải luôn luôn được giám sát và vận hành hợp lý nhất.261. Các chế độ của HTĐ2. Tính kinh tế và sự điều chỉnh chế độ của HTĐII. Các chế độ của HTĐ và tính kinh tế27* Chế độ của HTĐ: là một trạng thái nhất định nào đó được thiết lập bởi các tham số như điện áp, tần số, dòng điện, công suất,Các tham số này gọi là tham số chế độ.* Các chế độ làm việc cơ bản của HTĐ:	- Chế độ xác lập.	- Chế độ quá độ.1. Các chế độ làm việc của HTĐ 28Chế độ xác lập: là chế độ trong đó các thông số chế độ (U, I, P, Q,  ... ) biến thiên rất nhỏ quanh giá trị trung bình, có thể xem như là hằng số.+ Chế độ xác lập bình thường+ Chế độ xác lập sau sự cố+ Chế độ sự cố xác lập29* CHẾ ĐỘ XÁC LẬP BÌNH THƯỜNG Chế độ xác lập bình thường? là chế độ làm việc bình thường của HTĐ. HTĐ được thiết kế để làm việc với các chế độ xác lập này. Với chế độ xác lập bình thường, đòi hỏi thỏa mãn các chỉ tiêu sau:	* Chất lượng điện năng.	* Độ tin cậy cung cấp điện.	* Hiệu quả kinh tế (chi phí sản xuất điện 	năng nhỏ nhất).	* An toàn cho người và thiết bị.30* CHẾ ĐỘ XÁC LẬP SAU SỰ CỐChế độ xác lập sau sự cố? Cũng là chế độ đã được tính đến trước vì sự cố là không thể tránh khỏi trong vận hành HTĐ. Trong chế độ này các chỉ tiêu về:	- Chất lượng điện năng.	- Độ tin cậy cung cấp điện.	- Hiệu quả kinh tế (chi phí sản xuất điện 	năng nhỏ nhất).	- An toàn cho người và thiết bị.bị giảm đi.AB31* CHẾ ĐỘ SỰ CỐ XÁC LẬPChế độ sự cố xác lập?Chế độ này KHÔNG ĐƯỢC PHÉP gây hại và duy trì quá thời hạn cho phép.32Chế độ quá độ: là chế độ các thông số chế độ (U, I, P, Q,  ... ) biến thiên mạnh theo thời gian. Người ta lại phân thành hai loại chế độ quá độ.+ Chế độ quá độ bình thường.+ Chế độ quá độ sự cố.33* CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ BÌNH THƯỜNG Chế độ quá độ bình thường? xảy ra thường xuyên khi HTĐ chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác. Yêu cầu đối với chế độ này là KẾT THÚC NHANH và các thông số biến đổi TRONG GIỚI HẠN CHO PHÉP.34* CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ SỰ CỐChế độ quá độ sự cố?Chế độ quá độ sự cố: xảy ra khi có sự cố trong hệ thống điện. Yêu cầu đối với chế độ này là không gây hại cho hệ thống điện và phải được loại trừ nhanh nhất có thể.35- Tính kinh tế của HTĐ được đặc trưng bởi chi phí cực tiểu để việc sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. - Tính kinh tế của HTĐ cũng có thể được thể hiện ở mức thu lợi nhuận cao nhất và đáp ứng được đầy đủ nhu cầu của các hộ dùng điện. 2. Tính kinh tế36- Chỉ tiêu kinh tế có thể được xem xét dưới góc độ giá thành kWh điện năng hữu ích. - Chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: giá nhiên liệu, giá thiết bị, yêu cầu và đặc điểm dùng điện, các điều kiện thiên văn, thủy văn  và đặc biệt là phương thức vận hành HTĐ.37Để đảm bảo tính kinh tế của HTĐ cần:a.	Xác định sự phân bố công suất tối ưu giữa các phần tử của hệ thống điện như giữa máy phát với máy bù đồng bộ, lò hơi b.	Lựa chọn tốt nhất tổ hợp các phần tử của hệ thống. Hao tổn trong các phần tử bao gồm hai thành phần là tổn hao không tải và tổn hao phụ thuộcc.	Xác định quy luật vận hành tối ưu của từng phần tử và của cả hệ thống.381. Nhiệm vụ chung2. Thử nghiệm3. Phân tích và đánh giá kết quả thử nghiệm4. Sửa chữa định kỳIII. Nhiệm vụ vận hành HTĐ39Khi vận hành các phần tử cần phải hoàn thành các nhiệm vụ để đảm bảo thực hiện tốt những yêu cầu cơ bản như:a. Đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, liên tục và tin cậy cho hộ tiêu thụ để đảm bảo sự làm việc liên tục của thiết bị. b. Giữ được chất lượng điện năng cung cấp (U, f). 1. Nhiệm vụ chung40c. Đáp ứng được đồ thị phụ tải hàng ngày một cách linh hoạt. d. Đảm bảo được tính kinh tế cao của thiết bị làm việc, e. Đồ thị phụ tải phải được san bằng tốt nhất. f. Đảm bảo giá thành sản xuất, truyền tải và phân phối thấp nhất.41Việc thử nghiệm các thiết bị được tiến hành để kiểm tra và đánh giá trạng thái của thiết bị. Khối lượng công việc thử nghiệm tùy vào loại thiết bị và mục đích thử nghiệm.a. Sau mỗi lần đại tu.b. Khi có sự sai lệch thông số so với giá trị chuẩn một cách hệ thống mà cần phải giải thích rõ nguyên nhân của sự sai lệch này.c. Định kỳ sau một thời gian nhất định tính từ khi thiết bị bắt đầu được đưa vào vận hành.2. Thử nghiệm42Sau khi thử nghiệm, các kết quả sẽ được phân tích chi tiết để đưa ra các kết luận và đánh giá:a. Xác định hiệu quả của việc thay đổi cấu trúc thiết bị.b. Xác định chỉ tiêu vận hành liên quan đến công tác hiệu chỉnh hay thay đổi nhiên liệu.3. Phân tích thử nghiệm43c.	Thiết lập các đặc tính chế độ, công nghệ khác.d.	Giải thích nguyên nhân của sự sai lệch thông số của thiết bị:	- Bằng các thực nghiệm để xác định được các đặc tính phụ trợ cần thiết. 	- Từ kết quả phân tích, xác định nguyên nhân sai lệch và đưa ra giải pháp khắc phục.44Sự làm việc lâu dài, liên tục và ổn định của thiết bị trong HTĐ được đảm bảo bởi chế độ sửa chữa phòng ngừa theo kế hoạch. Có các loại sửa chữa:a. Đại tu.b. Bảo dưỡng định kỳ. c. Ngoài ra, còn có sửa chữa sự cố và khôi phục sự cố. 4. Sửa chữa định kỳ