Chương 1. Tổng quan về hệ thống điện 1. Giới thiệu về điện lực Đồng Tháp và lưới điện huyện Lai Vung 1. Điện lực Đồng tháp Công ty Điện lực Đồng Tháp có 12 Điện lực trực thuộc: Thành Phố Cao Lãnh, Cao Lãnh, Tháp Mười, Thanh Bình, Tam Nông, Tân Hồng, Thị xã Hồng Ngự, Hồng Ngự, Sa Đéc, Châu Thành, Lai Vung và Lấp Vò.
Theo đó Điện lực Đồng Tháp có hai TBA 220 kV là: TBA Cao Lãnh với tổng công suất là 2×250 MVA (máy biến áp AT2 do Tổng Công Ty thiết bị điện Đông Anh sản xuất và cung cấp) và TBA Sa Đéc với tổng công suất là 2×250 MVA. Ngoài ra Điện lực Đồng Tháp có 7 trạm biến áp 110 kV với tổng dung lượng 471 MVA được bố trí như sau: Khu vực phía Bắc sông Tiền được cấp điện từ ba trạm biến áp 110 kV: - Trạm 110 kV Cao Lãnh với 2×63 MVA. - Trạm 110 kV Trần Quốc Toản 1×25 MVA. - Trạm 110 kV Hồng Ngự 1×25 MVA.
- Trạm 110 kV An Long 1×25 MVA. Khu vực phía Nam sông Tiền được cấp điện từ ba trạm 110 kV: - Trạm 110 kV Sa Đéc 2×63 MVA. - Trạm 110 kV Thạnh Hưng 1×40 MVA, 1×25 MVA. - Trạm 110 kV An Hòa 1×25 MVA.
Lưới điện huyện Lai Vung Điện lực Huyện Lai Vung thuộc Công ty điện lực Đồng Tháp thuộc tổng công ty điện lực Miền Nam với chức năng quản lý sử dụng điện khu vực Huyện Lai Vung tại các xã: Định Hòa, Hòa Long, Hòa Thành, Long Hậu, Long Thắng, Phong Hòa, Tân Dương, Tân Hòa, Tân Phước, Tân Thành, Vĩnh Thới và thị trấn Lai Vung. Lưới điện phân phối 22 kV điện lực Lai Vung được cung cấp bởi 4 trạm biến áp 110/22 kV (trạm KCN Sông Hậu, trạm Sa Đéc, trạm An Hòa và trạm Hưng Thạnh). Đối với đề tài nghiên cứu luận văn này chỉ tập chung tính toán phân tích cũng như sử dụng 1 phát tuyến 471 – SH trạm 110/22 kV KCN Sông Hậu. Phát tuyến 471 – SH với trục chính từ trụ 1 đến trụ 296, tổng chiều dài đường dây 22 kV là 33.7415 km, cung cấp cho các xã trên quốc lộ 54 như Phong Hòa, Định Hòa, Tân Hòa, Vĩnh Thới, Tân Thành…với tổng công suất 24.
SVTH: Lê Quốc Mỹ 6 Chương 2: Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Bài toán phân bố công suất 2. Khái niệm về phân bố công suất Phân bố công suất (PBCS) là bài toán quan trọng trong quy hoạch thiết kế phát triển hệ thống trong tương lai nhằm xác định chế độ vận hành tốt nhất của hệ thống. Khảo sát phân bố công suất thường áp dụng cho hệ thống ba pha cân bằng.
Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố công suất dựa trên hai định luật Kirchhoff về dòng điện tại nút và điện thế mạch vòng. Đối tượng của khảo sát PBCS là xác định giá trị điện áp và góc pha ở các điểm nút, dòng công suất trên các nhánh và tổn thất công suất trong mạng điện. Phân biệt các loại điểm nút trong hệ thống điện thường có ba loại nút hay thanh cái trong hệ thống điện: - Nút máy phát (P, U): đối với các máy phát điện khác ngoài máy phát cân bằng, cho biết trước công suất thực P mà máy phát ra và điện áp U ở nút đó. Nút phát này còn gọi là nút P,U.
- Nút cân bằng (U, δ): chỉ có một nút cân bằng duy nhất trong hệ thống, đây là nút được lấy làm nút chuẩn tại đó giá trị biên độ áp và góc pha đã biết. Nút này sẽ bù trừ sự khác biệt giữa công suất phát và công suất tải cùng với tổn thất công suất trong mạng. - Nút phụ tải (P, Q): cho biết công suất P và Q của phụ tải yêu cầu. Nút này còn gọi là nút P, Q.
Mục đích của việc tính PBCS: - Phục vụ cho thiết kế và vận hành hệ thống điện. - Khảo sát hệ thống ở chế độ trước và sau sự cố. - Điều chỉnh điện áp và công suất, vận hành kinh tế hệ thống điện. SVTH: Lê Quốc Mỹ 7 Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.
Cơ sở lý thuyết tính phân bố công suất trong hệ thống điện 2. Phương trình cân bằng công suất Ta có phương trình dòng điện tại nút i như sau: => với (2.1) Phương trình công suất tại nút i: hay với (2. Phương pháp Newton – Raphson Do độ hội tụ bậc hai phương pháp này có chất lượng tính toán cao hơn phương pháp Gauss – Seidel và ít bị phân kỳ với những bài toán phức tạp. Với một hệ thống lớn phương pháp Newton – Raphson hiệu quả và thực tế hơn.
Phương pháp Newton – Raphson hiệu quả hơn cho những mạng điện lớn số vòng lặp tùy thuộc vào kích cỡ mạng. Phương pháp này được dùng để giải tìm biên độ và góc điện áp với công suất thực và kháng bơm mạng đã biết. Giả thuyết nếu f(x) = 0 là phương trình phi tuyến, giả sử x(0) là giá trị gần đúng ban đầu thì khai triển chuỗi Taylor f(x) theo giá trị ban đầu x(0) như sau: (2.3) Bỏ qua các số hạng bậc cao chỉ giữ lại phần tuyến tính ta được: (2.4) Giả sử x(1) là giá trị gần đúng thứ hai suy ra: (2.5) Từ đó ta suy ra dạng tổng quát: SVTH: Lê Quốc Mỹ 8 Chương 2: Cơ sở lý thuyết (2.6) Giả sử có n phương trình phi tuyến n ẩn như sau: (2.7) Khai triển phương trình (2.7) theo chuỗi Taylor bỏ qua các số hạng bậc cao: (2.8) Giải hệ phương trình (2.8) thu được nghiệm là số gia cho lần lặp thứ nhất:. Suy ra giá trị gần đúng ở lần lặp tiếp theo: (2.9) Tính toán tương tự cho những lần lặp sau đến khi: với là độ chính xác cho trước.9) dưới dạng ma trận: SVTH: Lê Quốc Mỹ 9 Chương 2: Cơ sở lý thuyết (2.10) Rút gọn lại như sau: hoặc (2.11) Trong đó: j(k) là ma trận các đạo hàm nguyên phần, được gọi là ma trận Jacobi.
Phương pháp Newton – Raphson giải bài toán phân bố công suất Ta có phương trình công suất đi vào nút i: (2.12) SVTH: Lê Quốc Mỹ 10 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Từ phương trình (2.12), viết phương trình công suất tại nút i, cho mạng điện n nút dưới dạng cực, đặt với tính ra radian, ta được: (2.13) Phương trình công suất tác dụng: (2.14) Phương trình công suất phản kháng: (2.15) phương trình thành dạng lặp: (2.17) Khai triển Taylor 2 phương trình (2.17) theo các biến gán ban đầu và không xét các phần tử bậc cao hơn, sắp xếp các kết quả dưới dạng phương trình tuyến tính như sau: (2.18) Trong phương trình (2.18) nút 1 là nút cân bằng. Ma trận Jacobian cho mối quan hệ tuyến tính hóa giữa sự thay đổi nhỏ góc điện áp và biên độ áp với SVTH: Lê Quốc Mỹ 11 Chương 2: Cơ sở lý thuyết sự thay đổi nhỏ công suất tác dụng và công suất phản kháng và. Các phần tử của ma trận Jacobian là đạo hàm từng phần của, được tính ở và Có thể rút gọn như sau: (2.19) Với nút điều chỉnh điện áp, biên độ áp đã cho trước. Vì vậy, nếu có m nút trong hệ thống là nút điều chỉnh điện áp, tồn tại m phương trình và tương ứng có m cột trong ma trận Jacobian bị khử.
J1 là ma trận bậc (n-1). Thành phần đường chéo và ngoài đường chéo của J1 là: (2.21) Thành phần đường chéo và ngoài đường chéo của J2 là: (2.23) Thành phần đường chéo và ngoài đường chéo của J3 là: (2.25) Thành phần đường chéo và ngoài đường chéo của J4 là: (2.26) SVTH: Lê Quốc Mỹ 12 Chương 2: Cơ sở lý thuyết (j i) (2.27) Các và là hiệu của giá trị cần tính và giá trị được tính, còn được gọi là phần dư công suất, được tính như sau: (2.29) Giá trị sắp xỉ cho bước lặp kế tiếp của điện áp nút là: (2.31) Tính lại giá trị phần dư công suất tại bước lặp thứ k sao cho đảm bảo sai số: (2.32) Với ε là sai cho phép. Sau khi tính toán các lần lặp đảm bảo sai số cho phép để xác định tại các nút. Tính công suất thực và công suất phản kháng trên các nhánh từ i đến j theo phương trình sau: (2.34) Trong đó là tổng trở của nhánh ij: Trường hợp thành phần điện trở rất nhỏ so với điện kháng, giả thiết R = 0 thì: (2.35) SVTH: Lê Quốc Mỹ 13 Chương 2: Cơ sở lý thuyết (2.
Bài toán bù công suất phản kháng 2. Khái niệm về công suất phản kháng Công suất phản kháng (hay còn gọi là công suất vô công) là phần năng lượng được chuyển về nguồn cấp trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng và dung kháng của mạng điện. Công thức tính công suất phản kháng: (2.37) Trong đó: Q: công suất phản kháng (VAr). - φ: góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện.
Công suất phản kháng góp phần quan trọng tạo nên từ trường trong quá trình khởi động, nếu như không có nó đồng nghĩa với việc không khởi động được các phụ tải có tính cảm. Trên lưới điện công suất phản kháng được tiêu thụ ở: - Động cơ không đồng bộ: tiêu thụ khoảng 60%-65% tổng công suất phản kháng của mạng. Công suất phản kháng của động cơ không đồng bộ gồm một phần nhỏ được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ cấp và phần lớn còn lại để sinh ra từ trường trong khe hở. - Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20% - 25%, nhỏ hơn nhu cầu của các động cơ không đồng bộ do công suất phản kháng dùng để từ hóa lõi thép máy biến áp không lớn so với động cơ không đồng bộ vì không có khe hở không khí.
Nhưng số thiết bị và tổng dung lượng lớn, nên nhu cầu tổng công suất phản kháng của máy biến áp cũng rất đáng kể. - Đường dây tải điện trên không, điện kháng và các thiết bị khác tiêu thụ khoảng 10%. Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa máy phát điện và hộ dùng điện là một quá trình dao động. Ở mỗi chu kỳ của dòng điện, công suất phản kháng đổi chiều bốn lần, giá trị trung bình của công suất phản kháng trong bốn chu kỳ của dòng điện bằng không.
Vì vậy, việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện. Mặt khác, công suất phản kháng cung cấp cho hộ dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn (máy phát điện).