HỆ THỐNG ĐIỆN I Bài giảng: TS Trần Trung Tính HỆ THỐNG ĐIỆN I Trả lời câu hỏi chương 4 Câu 1: tại sao trên đường dây dài khi tính toán bỏ qua điện trở chỉ qua điện kháng Trả lời: những đường dây trên không thì điện kháng (Xl ) thường lớn hơn nhiều so với điện trở R của đường dây, vì thế điện trở R thường được bỏ qua khi nghiên cứu đường dây. Câu 2: làm thế nào để nâng cao hiệu suất của đường dây. Trả lời: nâng cao hiệu truyền tải của đường dây có thể thực hiện thông qua công tác vận hành hợp lý nhất.Tức là chọn giá trị công suất truyền tải, chọn điện áp ở đầu đường dây và vận hành các thiết bị bù để giảm tối đa tổn thất. Câu 3: các phương pháp giảm sụt áp Trả lời: Để khắc phục sụt áp trên đường dây truyền tải chỉ có cách tăng công suất máy biến áp đầu nguồn và tăng tiết diện dây tải điện,thực hiện các phương pháp bù trên đường dây Câu 4: độ sụt áp trên đường dây trong thực tế được giới hạn khoảng 5%?giải thích Trả lời: giới hạn này ngăn cảng những thay đổi điện áp quá mức trong hệ thống điện. Câu 5: cảm kháng tăng có phải là nguyên nhân sụt áp trên đường dây không?giải thích Trả lời: cảm kháng tăng là nguyên nhân gây sụt áp đường dây vì bản thân đường dây có điện cảm của nó, điện cảm này phân bố đều dọc đường dây, dòng điện điện dung rơi trên điện kháng tạo ra sụt áp. Câu 6: so sánh bù dọc bù ngang, khi nào bù cuộn kháng khi nào bù cuộn dung Trả lời: bù dọc là cách bù nối tiếp thiết bị bù với đường dây bù ngang là cách bù song song thiết bị bù với đường dây Bù bằng tụ điện khi đường dây có cảm kháng (X l) lớn Bù bằng cuộn cảm khi đường dây có dung kháng (Xc) lớn Như vậy bù dọc không được phổ biến bằng bù ngang, much đích sử dụng cũng không nhiều bằng bù ngang Quan hệ giữa V và I (tt) Thế vào ta có V = K1 cosh γx + K 2 sinh γx Trong đó K1 = k1 + k2 K 2 = k1 − k2  Khi x = 0, V = V2 có nghĩa là K1 = V2; tương tự, khi x = 0 thì I = I2 do đó công thức dV = z .I dx dV (0) = z .I 2 dx K2 =  Đạo hàm công thức trên z I2 = γ z I2 = z. y dV = − K1γ sinh γx + K 2γ cosh γx dx Trong đó ZC = z / y gọi là trở kháng đặc tính của dây dẫn z I 2 = ZC I 2 y Quan hệ giữa V và I (tt) Tổng quát chúng ta có V1 = V2 cosh γx + Z C I 2 sinh γx V2 I1 = I 2 cosh γx + sinh γx ZC Đặt A = cosh γl 1 C= sinh γl ZC B = Z C sinh γl D = cosh γl MA TRẬN CỦA ĐƯỜNG DÂY V1 = AV2 + BI 2 I1 = CV2 + DI 2 IS VS Trong đó A = cosh γl C= 1 sinh γl ZC B = Z C sinh γl D = cosh γl Ma trận hệ số của đường dây A B T =  C D   IR A B C D VR MA TRẬN CỦA ĐƯỜNG DÂY (tt) Quan hệ giữa đầu gửi và đầu nhận là VS   A B  VR   I  = C D   I   R   S  Nối 2 sơ đồ 4 cực V1 T1 I1 A1 B1 C1 D1 V3  V1  V2   I  = T1  I  = T1T2  I   1  2  3 T2 I2 V2 A2 B2 C2 D2 I3 V3 CÁC THÔNG SỐ KHÁC NHAU CỦA ĐƯỜNG DÂY Độ sụt áp của đường dây truyền tải VS − VR ∆U = 100 [%] VR Tổn thất trên đường dây truyền tải ∆P = PS − PR [%] Đối với đường dây ngắn ∆P = 3RI 2 Hiệu suất của đường dây η = ( PR / PS ).100 MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY NGẮN Là đường dây có chiều dài < 80 km IS Z = zl = ( R + jωL)l IR VS VR Điện dẫn không đáng kể, giả sử điện dẫn = 0 Các thông số ABCD của đường dây ngắn VS = VR + ZI R Các thông số của đường dây ngắn IS = IR A = D =1 VS  1 Z  VR   I  = 0 1   I   R   S  B=Z C =0 Mô Hình Đường Dây Trung Bình (Mô hình π chuẩn) 80 km ≤ chiều dài đường dây < 250 km Z = zl = ( R + jωL)l IS VS Y y.l = 2 2 IR Y 2 VR Dòng điện tại đầu nhận VR .Y IR + 2 Áp dụng KVL VR .Y   YZ   VS = VR + Z  I R +  = 1 + VR + ZI R 2   2   Áp dụng KCL IS = IR + VRY VSY + 2 2 Mô Hình Đường Dây Trung Bình (Mô hình π chuẩn) (tt) Trong đó Ma trận đường dây dài A = D =1+   YZ   1 + Z    VR  VS    2   I  =   YZ   YZ   I   S  Y 1 +  1 +   R    4   2  B=Z YZ 2  YZ  C = Y 1 +  4   Đường dây trung bình cũng có thể xấp xỉ với mạch T ABCD dùng để mô tả biến đổi điện áp dây với tải của đường dây  Điều chỉnh điện áp: thay đổi điện áp ở đầu nhận của đường dây khi phụ tải biến đổi từ không tải đến đầy tải tại một hệ số công suất xác định Phần trăm của điện áp đầy tải VRNL − VRFL %VR = × 100 VRFL Trong đó %VR: phần trăm điện áp điều chỉnh VRNL : độ lớn điện áp đầu nhận không tải VRFL : độ lớn điện áp đầu nhận đầy tải Một số thông số ABCD của một số mạng thông thường Mạch chuẩn Z IS 1 Z  0 1    IR VS VR IS  1 0 Y 1   IR VS Y IS Z1 VR Z2 VS VS Z Y1 (1 + YZ1 ) ( Z1 + Z 2 + YZ1Z 2   Y  ( 1 + YZ ) 2   IR VR Y IS IS VS Ma trận ABCD IR Y2 (1 + Y2 Z Z   (Y + Y + Y Y Z ) (1 + Y Z ) 1  1 2 1 2  VR IR A1B1C1D1 A2B2C2D2 VR  A1 C  1 B1   A2 D1  C2 B2   ( A1 A2 + B1C2 ) ( A1 B2 + B1 D2 )  = D2  (C1 A2 + D1C2 ) (C1 B2 + D1 D2 ) Các thông số ABCD của đường dây  sinh γl   z sinh γl  Z ' = zl   = ZF1  = zl  y zl zy . l     F1 = sinh(γl ) γl F2 = tanh(γl / 2) γl / 2     Y ' yl  tanh(γl / 2)  yl  tanh(γl / 2)  Y = =   = F2   2 2 2  zy .l / 2  2 z yl .   y 2   Những Ảnh Hưởng Của Sự Thay Đổi Phụ Tải Trên Đường Dây G ~ ' S V L Q củaHệ phụ số tải công sớm suất = được 1→ điện đưa áp vàođầu đầucuối cuối Q của phụ tảipha chậm pha được đưa vào đườngđường dây cuối →dây điện giảm áp đầu rất ítcuối đường tăng đầu của đường dây → điện dây áp đầu VS VS' kể cuối giảm đáng VS VS' I' I δ jX L I θ δ' VR' ' δ δ jX L I VR I I' ' jX L I ' jX L I VR' VR I δ δ' VS jX L I ' jX L I VR I' VR = Vnl − V fl V fl .100% Vnl: điện áp của đường dây không tải Vfl: điện áp của đường dây đầy tải VR' Dòng Công Suất Trên Đường Dây Công suất tác dụng vào đường dây Pin = 3VS I S cosθ S Hoặc Pin = 3.VLL , S .I S cosθ S Trong đó VS: điện áp line-neutral VLL,S: điện áp line - line Công suất tác dụng cuối đường dây Pout = 3VR I R cos θ R Hoặc Pout = 3.VLL , R .I R cosθ R Công suất biểu kiến đầu đường dây Qin = 3VS I S sin θ S Hoặc Qin = 3.VLL ,S .I S sin θ S Công suất biểu kiến cuối đường dây Qout = 3VR I R sin θ R Hoặc Qout = 3.VLL , R .I R sin θ R Dòng Công Suất Trên Đường Dây (tt) VS Công suất biểu kiến đầu đường dây Sin = 3VS I S Hoặc Sin = 3.VLL ,S .I S θ VS sin δ = X L I cosθ Công suất biểu kiến cuối đường dây Sout = 3VR I R Hoặc Sout = 3.VLL , R .I R 0  Nếu XL >> R, công suất tác dụng vào đường dây được xác định như sau Real power 3VS I R P = 3V V sin δ XL P= S R γ δ θ b V sin δ I cosθ = S XL I Hiệu suất của đường dây δ 900 VR a XL Pout η= 100% Pin c Những Giới Hạn Của Đường Dây Tại sao phải giới hạn đường dây?  Dòng điện trạng thái ổn định của đường dây phải được giới hạn → ngăn ngừa quá nhiệt trên đường dây Ploss = 3I L2 R  Độ sụt áp trên đường dây thực tế nên được giới hạn khoảng 5% VR / VS ≤ 0.95  Góc lệch trong đường δ ≤ 300 → giới hạn dòng công suất trong đường dây luôn dưới trạng thái ổn định giới hạn Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây ~ G1 SG1 Bus 1 ~ SG2 Short transmission line SD1 a + V1a c G2 Bus 2 SD2 R Ia L a' + n n' b R R L L c' V2a b' Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt) Giải sử: a V1 = V1 e jθ1 , V2 = V2 e jθ 2 Z = Ze j∠Z R I1 a' Z = R + jωL + V1 , θ12 = θ1 − θ 2 L + V2 - - n n' S12 Công suất biểu kiến được định nghĩa như sau ∗ jφ S 21 S = VI = V I e = P + jQ Thế vào ta có ∗ 2 2 ∗ V V1 j∠Z V1 V2 j∠Z jθ12 V − V V V   1 ∗ 1 2 1 2 S12 = V1I1 = V1  e − e e  = ∗ − ∗ = Z Z Z Z  Z  2 V2 j∠Z V2 V1 j∠Z − jθ12 S 21 = e − e e Z Z Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt) Nhận xét:  Nếu Z = const → SS và SR phụ thuộc vào V1 , V2 và θ12 Lĩnh vực điều khiển Điện Điện trường máy phát 1 trường máy phát 2 Sự khác nhau công suất cơ học giữa máy 1 và 2. Tăng θ12 → tăng công suất cơ máy 1 và giảm công suất cơ máy 2 Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt) Dưới điều kiện vận hành bình thường V1 , V2 và Z là những thông số cố định Công suất biểu kiến phụ thuộc vào góc lệch θ 12 Rút gọn biểu thức S12 = C1 − Be jθ 12 − S12 = −C2 − Be − jθ12 Trong đó 2 V1 j∠Z C1 = e Z 2 V2 j∠Z C2 = − e Z V1 V2 j∠Z B= e Z Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt) 1. Nhữnh vòng tròn công suất này không giao nhau V1 ≠ V2 2. Khi tăng θ12 từ 0 → công suất gửi > công suất nhận → tổn thất trên đường dây. Công suất tác dụng giới hạn cuối cùng tại đầu nhận xuất hiện khi: θ12 = ∠Z Công suất tác dụng giối hạn tại đầu gửi θ12 = 180 − ∠Z Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt) 3. Hầu hết các đường dây có R ≈ 0, Z = jX → không tổn thất trên đường dây → PS ≈ PR V1 V2 P12 = − P21 = sin θ12 X 2 V1 V1 V2 Q12 = − cosθ12 X X 4. Tăng θ12 đến giới hạn công xuất truyền tải của đường dây → Tính đồng bộ giữa 2 máy phát sẽ mất → không cùng tần số → hiệu quả trao đổi công suất sẽ dừng Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt) 2 Q Sending-end circle V C1 = 1 ∠Z Z θ12 S12 complex plane P − S21 θ12 Receiving-end circle 2 V C2 = − 2 ∠Z Z Both circles have radius V V B= 1 2 Z Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt) 5. Tăng khả năng truyền tải của đường dây → có thể tăng mức điện áp ( V1 , V2 ) và giảm X. Giảm X → thiết kế đường dây cẩn thận, giảm chuỗi điện kháng → đưa chuỗi tụ vào (bù) 6. Đường dây cao áp V1 ≈ V2 , ∠Z ≈ 900 và θ12 ≈100 → tách điều khiển dòng công suất tác dụng trái ngược với công suất phản kháng, dòng công suất tác dụng thì liên kết mạnh với θ12 và công suất phản kháng liên kết mạnh V1 − V2 Công Suất Biểu Kiến Của Dây Ngắn Mạch Đơn SG1 ~ Bus 1 jQ G 2 V1 SD1 a V1 − S 21 S12 V2 Bus 2 SD2 Z = jX I I a' + + - - n n' − S 21 = S D = PD + jQ D S12 V2 2 1/ 2  V1  V1 2 = − βPD X ±  − PD X ( PD X + β V1 ) 2  4  2 V2 4 Công Suất Biểu Kiến Của Đường Dây Trung Bình I1 a Z' a' + V1 n S12 '∗ - V2 n' n − S 21 2 V1 V1 V2 jθ12 Y 2 S12 = V1 + '∗ − '∗ e 2 Z Z '∗ a' + Y' 2 Y' 2 - I2 a'' 2 V2 V1 V2 − jθ12 Y 2 − S 21 = − V2 − '∗ + '∗ e 2 Z Z 4.9 bù đường dây Đường dây truyền tải có nhiệm vụ vận chuyển điện năng từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ với tổn thất tải thấp nhất, hiệu suất cao nhất.do đó ta chọn giá trị công suất truyền tải, chọn điện áp ở đầu dương dây và vận hành các thiết bị bù để giảm tối đa tổn thất. Công suất tổng trở xung: Vo2 SIL = Zc Nếu tổng trở của phụ tải ở cuối dây có giá trị bằng tổng trở sóng của đường dây thì công suất trên đường dây bằng công suất tự nhiên. • Nếu Vo là điện áp định mức pha thì SIL của 1 pha • Nếu Vo là điện áp định mức dây thì SIL của 3 pha 4.9 bù đường dây(tt) Công suất truyền tải P>SIL thì có hiện tượng sụt áp dọc theo đường dây.để duy trì điện áp không đổi và cải thiện hệ số công suất của đường dây ta phải bù công suất phản kháng do tổn hao trên điện cảm của đường dây bằng công suất dung kháng thông qua các thiết bị bù như tụ bù ngang, máy bù đồng bộ quá kích từ, máy bù tĩnh SVC hoạt động ở tính dung kháng(bù phát) Công suất truyền tải P[...]... làm việc tại chế độ định mức 4. 9 bù đường dây(tt) 4. 9.1 bù ngang bằng cuộn cảm(cuối đường dây) Giả sử ta co các thông số PR, cosφR và VS và điện cảm của cuộn kháng cuối đường dây sao cho điện áp tại đầu nhận không tải V on bằng điện áp đầu phát Mục tiêu bù k là để điện áp đầu nhận bằng với điện áp đầu phát(VR=VS) nên X lbù Z o sin β 1 = 1 − cos β 1 4. 9 bù đường dây(tt) 4. 9.2 bù ngang bằng tụ(cuối đường...    4   2  B=Z YZ 2  YZ  C = Y 1 +  4   Đường dây trung bình cũng có thể xấp xỉ với mạch T ABCD dùng để mô tả biến đổi điện áp dây với tải của đường dây  Điều chỉnh điện áp: thay đổi điện áp ở đầu nhận của đường dây khi phụ tải biến đổi từ không tải đến đầy tải tại một hệ số công suất xác định Phần trăm của điện áp đầy tải VRNL − VRFL %VR = × 100 VRFL Trong đó %VR: phần trăm điện áp... V1 2 = − βPD X ±  − PD X ( PD X + β V1 ) 2  4  2 V2 4 Công Suất Biểu Kiến Của Đường Dây Trung Bình I1 a Z' a' + V1 n S12 '∗ - V2 n' n − S 21 2 V1 V1 V2 jθ12 Y 2 S12 = V1 + '∗ − '∗ e 2 Z Z '∗ a' + Y' 2 Y' 2 - I2 a'' 2 V2 V1 V2 − jθ12 Y 2 − S 21 = − V2 − '∗ + '∗ e 2 Z Z 4. 9 bù đường dây Đường dây truyền tải có nhiệm vụ vận chuyển điện năng từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ với tổn thất tải thấp nhất,... ~ ' S V L Q củaHệ phụ số tải công sớm suất = được 1→ điện đưa áp vàođầu đầucuối cuối Q của phụ tảipha chậm pha được đưa vào đườngđường dây cuối →dây điện giảm áp đầu rất ítcuối đường tăng đầu của đường dây → điện dây áp đầu VS VS' kể cuối giảm đáng VS VS' I' I δ jX L I θ δ' VR' ' δ δ jX L I VR I I' ' jX L I ' jX L I VR' VR I δ δ' VS jX L I ' jX L I VR I' VR = Vnl − V fl V fl 100% Vnl: điện áp của đường... đường dây.để duy trì điện áp không đổi và cải thiện hệ số công suất của đường dây ta phải bù công suất phản kháng do tổn hao trên điện cảm của đường dây bằng công suất dung kháng thông qua các thiết bị bù như tụ bù ngang, máy bù đồng bộ quá kích từ, máy bù tĩnh SVC hoạt động ở tính dung kháng(bù phát) Công suất truyền tải P ...HỆ THỐNG ĐIỆN I Trả lời câu hỏi chương Câu 1: đường dây dài tính toán bỏ qua điện trở qua điện kháng Trả lời: đường dây không điện kháng (Xl ) thường lớn nhiều so với điện trở R đường dây, điện. .. hạn khoảng 5%?giải thích Trả lời: giới hạn ngăn cảng thay đổi điện áp mức hệ thống điện Câu 5: cảm kháng tăng có phải nguyên nhân sụt áp đường dây không?giải thích Trả lời: cảm kháng tăng nguyên... thân đường dây có điện cảm nó, điện cảm phân bố dọc đường dây, dòng điện điện dung rơi điện kháng tạo sụt áp Câu 6: so sánh bù dọc bù ngang, bù cuộn kháng bù cuộn dung Trả lời: bù dọc cách bù