MẠNG LƯỚI ĐIỆN TÍNH CHẾĐỘ XÁC LẬP CỦẠ CÁC MẠNG ’ & HỆ THỐNG ĐIỆN PHỨC TẠP GIÁO TRÌNH DÀNH CHO CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT TRƯÒNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Ts. NGUYỄN VÀN ĐẠM MẠNG Lươl ĐIỆN TÍNH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA CÁC MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN PHỨC TẠP (Giáo trình dành cho các trường dại học) (In lần thứ 2 có sứa chữa) NHÀ XUẤT BÀN KHOA HOC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2001 LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triền của các hệ thống diện trên thế giói hiện nay di theo con dường tập trung hóa sản xuất diện năng, trên cơ sỏ các nhà mấy diện lớn, phát triền và hợp nhát các hệ thống năng lượng. Điều dó dẫn dến sự cân thiết phải xây dựng và mờ rộng các mạng diện áp cao và siêu cao. vì vậy, phân tích các chế dộ xác lập của mạng và hệ thống diện phức tạp là một phân kiến thức rát quan trọng dối với các kỹ sư chuyên ngành "Hệ thống diện".
Quyền sách "Tính chẽ độ xác lập của các mạng và hệ thống diện phức lạp" nhằm mục dích cung cấp những kiến thức về lý thuyết tính toán, phân tích các chế dộ xác lập của mạng và hệ thống diện phức tạp, dàm bảo các chỉ tiêu kinh tế, dộ tin cậy cung cáp diện và chát lượng diện năng trong thiết kế, củng như trong vận hănh các mạng và hệ thống diện, dông thời dảm bảo an toàn cho các thiết bị và ồn dinh của hệ thống diện. Cuốn sách này trinh bày những phương pháp thiết lập các phương trinh mô tả chê dộ xác lập của các mạng và hệ thống diện phức tạp trên ca sỏ dại số ma trận và các phân tử của lý thuyết graph, củng như ca sả lý thuyết của các phưang pháp trực tiếp và phương pháp lặp, dược sử dụng dề giải các phưang trinh tuyến tính và không tuyến tính cùa các hệ thống diện lán và phức tạp trên máy tính. Ngoài ra trong sách còn trình bày một số phưang pháp hiện dại, dược dùng dề tinh chế dộ xác lập các hệ thống diện lớn hiện dang phổ biến à các nước trên thế giới, dông thài trình bày các phương pháp tinh và phân tích các chế dộ xác lập của các dường dày diện áp siêu cao và cực siêu cao, củng như các giải pháp cân thiết phải áp dụng dể nâng cao các chi tiêu kinh tế - kỹ thuật của dường dây, dảm bào cho dường dây vận hành có hiệu quà. Cuốn sách dược dùng cho sinh viên chuyên ngành hệ thống diện trong các trường dại học, nó còn có thể sẽ hữu ích cho các nghiên cứu sinh, cán bộ kỹ thuật vd kỹ sư hoat dộng trong lỉnh vục này.
Tác già rát mong bạn dọc gửi những ý kiến nhận xét và góp ý vẽ cuốn sách theo dịa chỉ: Nguyền Vàn Dạm, Bộ môn Hệ thống điện, Trường Dại học Bách khoa Hà Nội. Túc già 3 Chương Một CÁC PHƯƠNG TRÌNH CHÊ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIẸN 1. so Đồ THAY THẾ CỦA HỆ THốNG ĐIỆN Phân tích chế độ xác lập của hệ thống điện ba pha đối xứng được tiến hành trên sơ đô thay thế một pha của hệ thống. Sơ đô thay thế biểu diễn cấu trúc hình học và các quá trinh năng lượng của các phần tử trong hệ thống.
Các phẳn tử trong hệ thống điện được chia thành các phàn tử tích cực và các phần tử thụ động. Các phân tử tích cực là các máy phát điện và các phụ tải tiêu thụ điện nang. Các phần tử tích cực có thể là tuyến tính hay không tuyến tính. Các phần tử thụ động là các đường dây trên không, các đường dây cáp, các máy biến áp và biến áp tự ngẫu trong các trạm, củng như các thiết bị bù nối tiếp và bù song song.
Tất cả các phần tử thụ động được giả thiết là tuyến tính. Thông thường, trong khi tính chế độ xác lập, các phần tử thụ động được biểu diễn bằng các sơ đồ thay thế hình n, r và v. Các nhánh của các phàn tử thụ động trong sơ đồ thay thế được chia thành các nhánh nối tiếp và các nhánh song song. Các nhánh song song nối giữa các nút của sơ đồ và trung tính, nghĩa là nút co' điện thế bằng 0.
Các nhánh nối tiếp nối với tất cả các nút, trừ nút có điện thế bàng 0, nghĩa là các nhánh nối tiếp không nối với trung tính. Các nhánh nối tiếp gồm có điện trở tác dụng và cảm kháng cùa các đường dây truyền tải điện năng, các cuộn dây của các máy biến áp và dung kháng của các thiết bị bù nối tiếp. Các nhánh song song là tổng dẫn của các đường dây truyền tải điện năng với đất, của các kháng và các tụ nối đất. Trong một sô' trường hợp, tổn thất công suất trong lõi thép của các máy biến áp được biểu diễn bàng tổng dẫn song song.
Trong tất cà các chương trình hiện đại dùng đê’ tính chế độ xác lập, sơ đô thay thế của hệ thông không quy về một cấp điện áp, đồng thời tính đến 5 các tỷ số biến đổi phức của các máy biến áp. Điều đó tương ứng với giả thiết rằng, sơ đồ thay thế của máy biến áp gồm có tổng trở nối tiếp và máy biến áp lý tưởng. Nếu như có các máy biến áp điều chỉnh bổ sung thì sức điện động của chúng được tính trong tỷ số biến áp phức. Càn lưu ý rằng, tính chính xác hơn các máy biến áp điều chỉnh bổ sung là vấn đề phức tạp, không cần xét đến trong khi tính các chế độ xác lập.
Các phần tử tích cực của hệ thống là các phụ tải và các máy phát trong các nhà máy điện. Trong khi tính chế độ xác lập, các máy phát co' thể được cho như sau: a. Công suất không dổi về trị số, Pp — const, Qp = const Trong trường hợp này công suất của các máy phát chỉ khác dấu so với trường hợp cho công suất không đổi của phụ tải tiêu thụ điện. Cho công suất tác dụng không đổi phù hợp với các điều kiện làm việc thực của các máy phát trong hệ thống, bởi vì công suất tác dụng có thể giữ không đổi về trị số do điều chỉnh tần số ở các máy phát.
Cho công suất phản kháng không đổi phù hợp với các chế độ thực của hệ thống, do không có các thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng trong các máy phát. Công suất tác dụng không dổi và môdun không dổi của diện áp, Pp = const, Up = const Trong trường hợp này các ẩn số là công suất phản kháng và pha của điện áp. Các nút như vậy được gọi là nút cân bằng về công suất phản kháng. Cho môđun không đổi của điện áp và công suất phản kháng tự do phù hợp với các điều kiện làm việc thực cùa các máy phát hay các máy bù đồng bộ có các thiết bị điều chỉnh điện áp để giữ cho môđun điện áp UF = const.
Môdun và pha không dổi của diện áp, Up = const, ôp = const Đối với các nút này, các ẩn số là công suất tác dụng và phản kháng, nghĩa là PF = var, QF = var. Phương pháp cho các số liệu ban đầu như vậy phù hợp với các nút cân bàng về công suất tác dụng và phản kháng. Những nút đó được gọi là các nút cân bằng công suất trong hệ thống. Công suất của các nút cân bằng được xác định theo điều kiện cân bằng công suất trong hệ thống có tính đến tổn thất công suất trong các mạng điện.
Trong khi tính chế độ xác lập có thể cho một hoặc một số nút cân bằng. Mỗi một nút cân bằng tương ứng với một nhà máy điện điều khiển tần số, nghĩa là nhà máy điện sẽ đảm nhận phần công suất tác dụng không cân 6 bằng và đồng thời duy trì tàn số không đổi trong hệ thống. Cho một hay r • t số nút cân bằng phù hợp với giả thiết rằng tần số trong hệ thống là không đổi. Khi phân tích chế độ xác lập, các phụ tải điện co' thể được biểu diễn như sau: 1.
Công suất không dổi về trị số Ppt = const, Qpí = const Phụ tải cho bằng công suất không đổi là chính xác đối với các hệ thống điện có đủ các thiết bị điều chỉnh điện áp. Trong các hệ thống đó, điện áp ở các hò tiêu thụ được giữ không đổi nhờ sử dụng rộng rãi các máy biến áp và biến áp tự ngẫu điều chỉnh điện áp dưới tải, cũng như các máy biến áp điều chỉnh đường dây hay các máy biến áp điều chinh bổ sung. Ngoài ra, còn sử dụng rộng rãi các phương tiện điều chỉnh cục bộ (các bộ tụ điều khiển, các máy bù đồng bộ, v. Trong các điều kiện đó, điện áp ở hộ tiêu thụ và công suất toàn phần của phụ tải sẽ không thay đổi khi thay đổi chế độ.
Trên thực tế, cho phụ tải bằng công suất không đổi là giả thiết rằng điện áp bằng điện áp danh định. Dòng diện không dổi về niôdun và pha Ipi = l’pt + jl”pt = const. Góc pha của dòng điện được xác định so với điện áp nút cơ sở. Cho phụ tải bàng dòng điện không đổi về môđun và pha thường được sử dụng trong khi phán tích chế độ xác lập của các mạng phân phối.
Trong các mạng cung cấp, đièn áp của các nút khác nhau nhiều về trị số và pha. vì vậy, phương pháp biểu diễn phụ tải này có thể dẫn đến sai số lớn trong khi tính chế độ xác lập của các mạng cung cấp. Các dường dặc tính tinh, nghía là công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải phụ thuộc vào diện áp Ppt(U), Qpt(U) Pbương pháp này phản ánh đầy đủ nhất các tính chất của phụ tải so với trường hợp cho bằng dòng điện không đổi hay công suất không đổi, nhưng phức lạp trong khi tính. Tổng dẫn hay tổng trở không dổi Ỷpt = Gpt — jBpt = const; Zpt = Rpt + jXpt = const Pcương pháp này tương đương với cho phụ tải bằng các đường đặc tính tỉnh ihụ thuộc bình phương vào điện áp.
Trên thực tế, tổng dẫn hay tổng trở cia phụ tải phụ thuộc giá trị của điện áp đặt vào phụ tải. vì vậy phương pháp này không đảm bảo độ chính xác cao cho các kết quả tính toán. Dòng diện ngẫu nhiên trong khi phân tích chế độ của các hệ thống diện có bộ phận lớn phụ tải kéo Điện khí hóa giao thông là dạng đặc biệt của phụ tải có giá trị và vị trí nối thay đổi theo thời gian. Các phụ tải này được biểu diễn ở dạng ipt(q), trong đo' q là đại lượng ngẫu nhiên.