CHƯƠNG 1. Lưới điện cung cấp năng lượng điện cho người dùng cuối, đó là những căn hộ hoặc những doanh nghiệp. Trong lưới điện, bất kỳ thiết bị tiêu thụ điện năng lượng nào cũng được gọi là tải. Trong hệ thống điện dân dụng, các loại tải có thể kể: điều hòa không khí, ánh sáng, tivi, tủ lạnh, máy giặt và máy rửa bát v.
Tải trong công nghiệp là tải trọng hỗn hợp gồm động cơ cảm ứng tạo thành tải công suất lớn. Tải thương mại phần lớn gồm ánh sáng, máy tính văn phòng, máy Fotocopy, máy in laze và các hệ thống truyền thông. Tất cả các tải điện được phục vụ ở điện áp định mức. Đại lượng định định mức là đại lượng được quyết định bởi nhà sản xuất đảm bảo cho hoạt động an toàn của nó chúng.
Trong phân tích lưới điện, chúng ta nghiên cứu cách thiết kế mạng lưới điện phục vụ các tải ở điện áp định mức của chúng với mức tối đa là 5% trên hoặc thấp hơn 5% so với giá trị định mức của các thiết bị. Trong chương này, chúng ta giới thiệu các khái niệm cơ bản về phụ tải lưới điện, tải một pha, tải ba pha, máy biến áp, hệ thống phân phối, truyền tải năng lượng và mô hình hóa lưới điện bằng cách sử dụng đại lượng tương đối. Ở các chương tiếp theo, sẽ đề cập đến các vi lưới thông minh và sự tích hợp của các nguồn năng lượng xanh và tái tạo vào nối với nhau để hình thành lưới điện lớn.2 Lưới năng lượng điện 1.1 Cơ sở Nếu không có quy hoạch và thiết kế các nhà máy điện, việc xây dựng hàng nghiêm km đường truyền, và điều khiển công suất tạo ra để cung cấp tải trên cơ sở thứ cấp-bởi- thức cấp, sự ổn định và tin cậy hệ thống năng lượng điện mà chúng ta dựa vào sẽ không tồn tại. Thế giới công nghiệp hóa hiện đại của chúng ta sẽ không thể phát triển nếu không có sự phát triển nhanh chóng quá trình phân tích diễn ra trên khắp thế giới 2 Luan van vào đầu những năm 1900.
Mặc dù chúng ta công nhận Thomas Edison là một nhà phát minh không mệt mỏi và nhà thiết kế nhà máy phát điện một chiều (DC) đầu tiên vào năm 1882, nó là Nicola Tesla, người mà chúng ta nợ ông việc phát minh và thiết kế mạng lưới điện. Tesla đã phát triển một hệ thống điện dòng xoay chiều cạnh tranh với lưới điện DC của Edison cho phép biến đổi thành điện áp cao và được truyền qua những khoảng cách rất xa. Hệ thống này đang được sử dụng ngày nay. Charles Curtis đã thiết kế máy phát tuabin hơi nước đầu tiên ở Newport, Đảo Rhode vào năm 1903.
Tuy nhiên, phải đến năm 1917, khi lâu đầu tiên - Khoảng cách đường dây tải điện cao thế xoay chiều được xây dựng và sau đó mở rộng qua các đường dây của bang mà lưới điện trở thành mạng lưới điện hàng ngày ở Hoa Kỳ.1 giới thiệu tổng quan về sản xuất điện trong thế kỷ 21 của Hoa kỳ. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ,từ 2006 đến 2007, mạng phát năng lượng điện tăng lên 234,157 tỷ kilowatt - giờ (kWh) lên 4,065 tỷ kWh. Sự gia tăng này chủ yếu là do sử dụng than, khí đốt tự nhiên và năng lượng hạt nhân. Mạng lưới phát năng lượng điện của Mỹ năm 2007 2007, tỷ trọng sản xuất dựa trên than là 2.016 triệu megawatt giờ (MWh), sản xuất dựa trên khí tự nhiên là 897 triệu MWh và phát điện dựa trên hạt nhân là 806 triệu MWh.
3 Luan van Thị phần của các nguồn năng lượng tái tạo, chẳng hạn như năng lượng mặt ‘trời và gió là khoảng 2,5%.2 Xây dựng hệ thống lưới điện Hệ thống lưới điện là mạng lưới các hệ thống truyền tải và phân phối điện từ nhà cung cấp đến người tiêu dùng. Lưới điện sử dụng nhiều các phương pháp phát điện, truyền tải và phân phối năng lượng. Tiếp theo cuộc khủng hoảng năng lượng những năm 1970, Chính sách Điều tiết Công ích Liên bang theo Đạo luật (PURPA) năm 1978 nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và tăng độ tin cậy của nguồn cung cấp điện. PURPA yêu cầu quyền truy cập mở cho các mạng lưới điện của các cơ sở sản xuất điện nhỏ, độc lập.
Sau bãi bỏ quy định của công nhiệp năng lượng, các đơn vị phát điện của nhiều các công ty lưới điện bắt đầu hoạt động như những bộ phận kinh doanh riêng biệt. Các công ty phát điện mới tham gia thị trường điện với tư cách nhà sản xuất điện độc lập (IPP): IPP tạo ra nguồn điện được mua bằng điện lưới với giá bán buôn. Ngày nay, các trạm phát điện lưới đều sở hữu bởi các IPP, công ty điện lực và các thành phố trực thuộc trung ương. Khách hàng sử dụng cuối cùng được nối với hệ thống phân phối của các công ty lưới điện có thể mua điện với giá bán lẻ.
Các công ty điện lực được gắn với nhau bằng các đường dây tải điện được gọi là kết nối. Một mạng liên kết được sử dụng để truyền điện giữa các công ty điện lực. Các mạng liên kết cũng được các công ty điện lực sử dụng hỗ trợ và tăng độ tin cậy của lưới điện vận hành ổn định và để giảm chi phí. Nếu một công ty bị thiếu công suất do các sự kiện không lường trước được, nó có thể mua điện từ các nước láng giềng thông qua đường truyền được kết nối các hệ thống.
Việc xây dựng một trạm phát điện có công suất lớn, trong khoảng 500 MW có thể mất từ 5 đến 10 năm. Trước khi thi công một trạm phát điện như vậy, phải có giấy phép từ chính quyền. Các bên liên quan, công ty điện lực địa phương và các IPP sẽ phải thực hiện đánh giá kinh tế để xác định chi phí năng lượng điện trong suốt cuộc đời của kế hoạch so với giá điện từ các nhà sản xuất khác trước khi quyết định xây dựng nhà máy. 4 Luan van Dưới một nền công nghiệp điện phi điều tiết, việc phát điện trên lưới điện và chi phí của năng lượng điện được xác định bởi cung và cầu.
Ở Mỹ và hầu hết các quốc gia trên thế giới, mạng lưới điện liên kết được quy định bãi bỏ và mở cho tất cả các nhà sản xuất điện. Sự điều khiển của một mạng liên kết được duy trì bởi một nhà điều hành hệ thống độc lập (ISO). Các ISO chủ yếu quan tâm đến việc duy trì cân bằng điện tải tức thời và hệ thống phát điện để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. ISO thực hiện chức năng của mình bằng cách điều khiển và điều động ít tốn kém nhất tổ máy phát điện để phù hợp với công suất phát ra với phụ tải hệ thống Trong lịch sử, các nhà máy điện nằm cách xa các khu vực đông dân cư.
Các nhà máy được xây dựng ở nơi có nước và nhiên liệu (thường được cung cấp bởi than) có sẵn. Các nhà máy điện công suất lớn được xây dựng để tận dụng quy mô kinh tế. Nguồn điện được tạo ra trong dải điện áp 11 kilovolt (kV) đến 20 kV và sau đó điện áp được nâng lên một điện áp cao hơn trước đó kết nối với mạng truyền liên kết số lượng lớn. Đường dây tải điện cao thế (HV) được xây dựng trong phạm vi 138 kV đến 765 kV.
Những đường dây nàu chủ yếu là trên khôngtrung. Tuy nhiên, ở các thành phố lớn, cáp ngầm cũng được sử dụng. Cáp gồm đồng hoặc nhôm. Một mối quan tâm chính trong truyền tải điện số lượng lớn là tổn thất điện năng trong đường dây tải điện, nhiệt đó bị tiêu tán dưới dạng nhiệt do điện trở của các vật dẫn.
Dung lượng công suất được biểu thị bằng tích biên độ điện áp và biên độ dòng điện. Điện áp cao sẽ yêu cầu ít dòng điện hơn cho cùng một lượng điện năng và ít diện tích bề mặt của dây dẫn, dẫn đến giảm tổn hao dòng. Người phân phối đường dây phhan phối thường được coi là đường dây có điện áp định mức nhỏ hơn 69 kV. Đường dây tải điện lcoong suất lớnt giống như hệ thống đường cao tốc giữa các tiểu bang của ngành công nghiệp năng lượng, chuyển tải điện lượng lớn dọc theo các đường dây điện cao thế liên thông tại các vị trí chiến lược.
Đường dây tải điện cao thế trong dải từ 110 kV đến 132 kV được gọi là đường dây truyền tải phụ.2, các đường dây tải điện cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp lớn. Các 5 Luan van nhà máy điện tuabin khí cung cấp năng lượng cho hệ thống truyền tải phụ như được hiển thị trong Hình 1. 6 Luan van Hình 1.2 : 1 hệ thống điện được kết nối mạng với sự thâm nhập cao năng lượng xanh. Hệ thống phân phối được thiết kế để mang điện đến các đường trung chuyển và - khách hàng sử dụng.
Các máy biến áp phân phối được kết nối với - phía điện áp của hệ thống truyền tải hoặc hệ thống truyền tải phụ. Đường dây phân phối có điện áp nằm 7 Luan van trong khoảng 120, 208, 240, 277 và 480 volt. Điện áp dịch vụ của hệ thống phân phối phụ thuộc vào quy mô của dịch vụ về phụ tải. Tải trọng thương mại cao hơn được phục vụ ở 480 V.3 mô tả hệ thống điện năm cáp.
Trong hình này, chúng ta có hai máy phát điện được kết nối với cáp(nút) 1 và 2. Máy biến áp năn áp nối máy phát điện với mạng điện số lượng lớn không được hiển thị. Các trung tâm tải được biểu diễn tại cácp (nút) 3, 4 và 5. Chúng ta sử dụng thuật ngữ cáp vì những điểm kết nối này là những thanh đồng kết nối các phần tử, chẳng hạn như máy phát điện, phụ tải và đường dây của lưới điện.
Tất cả cáp (các nút) nằm trong trạm biến áp.3, chúng ta thấy một máy phát điện và một đường dây nối với cáp 1. Máy phát điện được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha (AC). Ba cuộn dây hoặc cuộn dây được phân bố hình sin mang dòng điện giống nhau trong máy phát điện có thể được thấy trong Hình 2.4 biểu diễn điện áp (hoặc dòng điện) hình sin theo thời gian.4, từ 0 đến 360 ° (2π radian) được hiển thị dọc theo trục thời gian. Công suất mỗi hệ thống trên khắp thế giới hoạt động với tần suất cố định là 50 hoặc 60 chu kỳ môi giây.
Dựa trên quy ước mã màu phổ biến, 6 màu đen được sử dụng cho một pha của hệ thống ba pha; nó biểu thị mặt đất là pha tham chiếu với góc không độ.