Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 5: Điều khiển điện áp trong hệ thống điện (Mới)

 tiêu đến các nút còn lại trong miền là nhỏ.26* Mỗi miền phải bao gồm các tổ máy phát có khả năng cung cấp đủ công suất phản kháng cho yêu cầu của miền.* Khoảng cách điện giữa nút hoa tiêu của miền và các miền lân cận phải đủ lớn để các miền không ảnh hưởng đến nhau. Điều kiện này nhằm đảm bảo tính độc lập giữa các miền.27- Điện áp trên nút hoa tiêu, Up được đo và chuyển về bộ điều khiển miền 10 giây một lần đặt tại trung tâm điều độ miền. - Tại đây nó được so sánh với điện áp chỉ định, UC và tạo tín hiệu ra N, là lệnh điều khiển của miền và được gọi là mức của miền:(5.3)28Trong đó UC : điện áp chỉ định cần giữ UP: điện áp tức thời đo được ở nút hoa tiêu U’P: điện áp nút hoa tiêu được lọc qua 3 mẫu liên tiếp : có giá trị sao cho 10(s)  1/  20(s): được chọn sao cho / = 40U0: điện áp chỉ định ở stator máy phát 29Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều chỉnh cấp 230Mức N thể hiện nhu cầu công suất phản kháng của miền:* Nếu N > 0 thì có nghĩa là thiếu công suất phản kháng, cần phải tăng công suất phản kháng phát của các tổ máy.* Nếu N < 0 thì ngược lại các tổ máy cần phải tiêu thụ công suất phản kháng.31N được truyền đến bộ điều chỉnh công suất phản kháng của từng tổ máy phát điện theo đường dãy liên lạc. Trước khi đi vào bộ điều chỉnh miền, N được nhân với hệ số tham gia của tổ máy Qr, hệ số này bằng khoảng 1,4 lần công suất phản kháng định mức của tổ máy.32- Sự sai khác giữa N.Qr và công suất phản kháng đang phát của tổ máy Q được sử dụng để hiệu chỉnh giá trị chỉ định U0 của bộ điều chỉnh kích từ- Tín hiệu điều chỉnh được đưa vào bộ điều chỉnh kích từ sao cho đáp ứng được tốc độ biến đổi trung bình của dòng kích từ là 1,5% Ikđm.33Miền điều chỉnh điện áp và nút hoa tiêu được xác định như sau:* Trước hết tính công suất ngắn mạch cho mọi nút, những nút có công suất ngắn mạch lớn nhất là nút có khả năng làm nút hoa tiêu.34- Sau đó giải tích lưới điện, trong mỗi lần giải tích đặt nguồn điện áp vào một trong những nút có khả năng- Lưới còn lại được thay bằng tổng trở cố định.- Tính tổn thất điện áp giữa nút hoa tiêu và các nút còn lại.- Sau khi tính lần lượt cho tất cả các nút hoa tiêu, nghiên cứu tổn thất điện áp đã tính có thể xác định cho mỗi nút một nút hoa tiêu gần nhất.35- Từ đó xác định được miền điều chỉnh điện áp và nút hoa tiêu.Miền này bao gồm các nút có chung nút hoa tiêu gần nhất.367. Mô hình tính toán điều chỉnh tối ưu điện áp trong vận hành HTĐ:Hàm mục tiêu:- Mục tiêu là giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng trong hệ thống điện.- Tổn thất công suất trên lưới hệ thống được thể hiện như sau:(lấy cho tất cả các đường dây) 37- Nếu nhánh (đường dây) k có nút đầu là i, nút cuối là j thì:38-Tổn thất công suất tác dụng trên nhánh k là tổng đại số của công suất Pij và Pji:Gk = gij là phần thực của tổng dẫn của đường dây k39- Toång toån thaát coâng suaát taùc duïng cuûa heä thoáng laø toång toån thaát coâng suaát taùc duïng cuûa taát caû caùc ñöôøng daây: Hoaëc vieát caùch khaùc:Vôùi:i laáy cho taát caû caùc nuùt keå caû nuùt caân baèng;j laáy cho taát caû caùc nuùt nhöng khaùc i40- Toån thaát coâng suaát taùc duïng phuï thuoäc vaøo:* Phaân boá coâng suaát phaûn khaùng treân löôùi heä thoáng.* Caùc bieán ñieàu khieån: 41- Phaân boá coâng suaát phaûn khaùng phuï thuoäc vaøo:* coâng suaát phaûn khaùng cuûa caùc boä tuï buø QCi* ñieän aùp caùc nhaø maùy ñieän Ugi* heä soá bieán aùp cuûa caùc maùy bieán aùp ñieàu aùp döôùi taûi Ti* phaân boá coâng suaát taùc duïng42Caùc bieán naøy taùc ñoäng ñeán:- ñieän aùp caùc nuùt taûi Ui - goùc pha ij laøm cho toån thaát coâng suaát taùc duïng thay ñoåi. 43Söï taùc ñoäng naøy thoâng qua heä phöông trình caân baèng coâng suaát nuùt cuûa heä thoáng ñieänTrong ñoù: trong moät cheá ñoä- ñieän aùp nguoàn ñöôïc cho tröôùc vaø taïo thaønh caùc nuùt P-V-heä soá bieán aùp ñöôïc theå hieän trong ma traän toång daãn, - coâng suaát buø theå hieän trong phuï taûi nuùt.44	Caùc raøng buoäc laø caân baèng coâng suaát taùc duïng vaø coâng suaát phaûn khaùng trong toaøn heä thoáng ñieän.* Caùc raøng buoäc: 45	Ñoù laø caùc giôùi haïn cuûa caùc bieán ñieâu khieån QCi, Ugi, Ti, giôùi haïn cuûa ñieän aùp caùc nuùt, giôùi haïn doøng ñieän treân caùc ñöôøng daây, giôùi haïn oån ñònh tónh ...	Ta thaáy raèng baøi toaùn naøy khoâng phaûi laø deã giaûi, nhaát laø cho caùc heä thoáng ñieän phöùc taïp coù nhieàu caáp ñieän aùp, nhieàu maïch voøng.* Caùc giôùi haïn: 46- Bài toán tối ưu hóa tổn thất công suất tác dụng phải được giải sau khi đã giải bài toán phân bố tối ưu công suất trên hệ thống điện.- Sau đó khi giải bài toán tối ưu hóa tổn thất công suất tác dụng với giả thiết: góc pha của điện áp không đổi, công suất tác dụng nút không đổi. - Hai bài toán này được giải liên tiếp theo vòng kín cho đến khi kết quả hội tụ.47Điều chỉnh điện áp máy phát và phân phối công suất phản kháng- Hệ thống kích từ máy phát có nhiệm vụ duy trì điện áp máy phát và dòng công suất phản kháng. - Hệ thống kích từ cổ điển được cấp điện thông qua vòng trượt và chổi than từ máy phát điện, do gắn cùng trục với rôto của máy phát điện đồng bộ. 48Đối với hệ thống kích từ hiện đại thông thường sử dụng máy phát điện AC với bộ chỉnh lưu quay và được gọi là hệ thống kích từ không chổi than.49- Như chúng ta đã biết, một sự thay đổi về công suất thực sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tần số, trái lại một sự thay đổi về công suất phản kháng chỉ ảnh hưởng đến biên độ điện áp. - Sự tác động qua lại giữa việc điều khiển điện áp và tần số thì rất yếu nên ta sẽ phân tích việc điều khiển điện áp riêng biệt với phân tích điều khiển tần số.50Một trong những biện pháp của việc điều khiển công suất phản kháng là điều khiển hệ thống kích từ máy phát dùng thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (Automatic Voltage Regulator – AVR).Vai trò của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp là giữ biên độ điện áp đầu cực của máy phát ở giá trị định mức. Sơ đồ của một thiết bị tự động điều chỉnh điện áp được đơn giản hoá ở hình sau.51Sơ đồ đơn giản hóa của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (AVR)52- Khi tải công suất phản kháng của máy phát tăng lên sẽ kèm theo sự giảm biên độ điện áp đầu cực. - Biên độ điện áp được cảm nhận thông qua một máy biến điện thế trên một pha. Điện áp này được chỉnh lưu và so sánh với tín hiệu đặt DC. 53 Bộ khuyếch đại tín hiệu sai lệch điều khiển từ trường của bộ kích từ và làm tăng điện áp đầu cực của bộ kích từ. Vì vậy, dòng điện kích từ máy sẽ được tăng lên và kết quả là làm tăng sức điện động không tải của máy phát. Sự phát công suất phản kháng được tăng lên đến một điểm cân bằng mới, tăng điện áp đầu cực đến một giá trị mong muốn.54Bộ khuyếch đại của hệ thống kích từ có thể là bộ khuyếch đại từ, bộ khuyếch đại quay hoặc bộ khuyếch đại điện tử hiện đại. Bộ khuyếch đại được đặc trưng bởi một độ lợi, KA và một hằng số thời gian, A và hàm truyền đạt là: Mô hình của bộ khuyếch đại55- Các giá trị đặc trưng của KA nằm trong khoảng từ 10 đến 400. - Hằng số thời gian của bộ khuyếch đại, A thì rất nhỏ, nằm trong khoảng từ 0,02 đến 0,1 và thường được bỏ qua.56Mô hình của bộ kích từCó rất nhiều hệ thống kích từ khác nhau. Tuy nhiên, các hệ thống kích từ hiện đại thường sử dụng nguồn điện AC thông qua bộ chỉnh lưu vi điện tử như SCR. 57Một mô hình tiêu biểu của bộ kích từ hiện đại là mô hình tuyến tính được đưa vào tính toán với một hằng số thời gian chính và bỏ qua sự bảo hòa hay sự không tuyến tính khác. Ở dạng đơn giản nhất, hàm truyền đạt của một bộ kích từ hiện đại có thể được đặc trưng bởi một hằng số thời gian E và một độ lợi KE, nghiã là: Hằng số thời gian của các bộ kích từ hiện đại rất nhỏ.58- Sức điện động không tải của máy điện động bộ là một hàm của đường cong từ hóa máy điện và điện áp đầu cực phụ thuộc vào tải của máy phát. - Trong mô hình tuyến tính, hàm truyền đạt liên hệ giữa điện áp đầu cực máy phát và điện áp kích từ có thể được biểu diễn bởi một độ lợi KG và hằng số thời gian G, khi ấy:Mô hình của máy phát59 Các hằng số này phụ thuộc vào tải KG có giá trị từ 0,7 đến 1 G có giá trị nằm trong khoảng từ 1,0 đến 2,0 giây từ lúc tải định mức đến khi không tải.60Mô hình của bộ cảm biếnĐiện áp được cảm biến thông qua một máy biến điện áp và nó được chỉnh lưu thông qua một cầu chỉnh lưu. Bộ cảm biến được mô hình bởi một hàm truyền bậc nhất đơn giản, xác định bởi:61R có giá trị rất nhỏ và chúng ta có thể giả sử rằng R có giá trị nằm trong khoảng từ 0,01 đến 0,06 giây. 62Sử dụng mô hình trên ta có một sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR) như sau:Sơ đồ khối đơn giản của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (AVR)63Hàm truyền vòng kín thể hiện mối quan hệ giữa điện áp đầu cực máy phát Vt(s) và điện áp chuẩn Vref(s) là:648. Bài tậpBài 1: Cho một mạng điện 110 kV với các chiều dài đường dây và công suất phụ tải như hình vẽ:123AC-185; 30kmAC-95; 20km45B1B2110 kV22 kV22 kV20 +j15 (MVA)15 +j15 (MVA)65* Dây dẫn AC – 185: r0 = 0,17 (/km)* Dây dẫn AC – 95: r0 = 0,33 (/km)* Máy biến áp B1 110/22 (kV); 31,5 (MVA); PN = 200 (kW)* Máy biến áp B2 110/22 (kV); 20 (MVA); PN = 163 (kW)* Thời gian tổn thất công suất cực đại: max = 5500 (giờ/năm)66Tiền đầu tư tụ điện 22 kV: 5000 ($/MVAr)Tiền điện năng tổn thất: 50 ($/MWh)Tổn thất công suất tương đối trong tụ bù: P* = 0,005avh + atc = 0,225 T = 8760 (giờ/năm)Xác định dung lượng bù tại các nút 4 và 5 nhằm giảm tổn thất điện năng. 67Gợi ý:RB ()Pn (kW)Udm (kV)Sdm (kVA)P (MW)Q (MVAr)R ()Udm (kV)68Bài 2: Cho một mạng điện 110 kV với các chiều dài đường dây và công suất phụ tải như hình vẽ:AC-12040 kmAC-9530 kmNAC-7030 km1234B1B240 MWcos = 0,830 MWcos = 0,869* Dây dẫn AC – 120: r0 = 0,27 (/km)* Dây dẫn AC – 95: r0 = 0,33 (/km)* Dây dẫn AC – 70: r0 = 0,46 (/km)* Máy biến áp B1 110/22 (kV); 31,5 (MVA); PN = 180 (kW)* Máy biến áp B2 110/22 (kV); 20 (MVA); PN = 160 (kW)* Thời gian tổn thất công suất cực đại: max = 5000 (giờ/năm)70* Tiền đầu tư tụ điện 22 (kV): 5000 ($/MVAr)* Tiền điện năng tổn thất: 50 ($/MWh)* Tổn thất công suất tương đối trong tụ bù: P* = 0,005* avh + atc = 0,225 * T = 8760 (giờ/năm)Xác định dung lượng bù tại các nút 3 và 4 nhằm giảm tổn thất điện năng.