VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Chương Điều khiển điện áp hệ thống điện TS Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa TP HCM Giới thiệu chung Để điều chỉnh điện áp phải điều chỉnh công suất phản kháng nguồn điện nguồn công suất phản kháng khác Vì điện áp có tính chất khu vực nên việc điều chỉnh điện áp phải phân cấp phân tán Vận hành điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 5– Điều khiển điện áp hệ thống điện * Điều kiện cần để điều chỉnh điện áp là: -Đủ công suất phản kháng -Công suất phản kháng phải phân bố hợp lý khu vực hệ thống Vận hành điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 5– Điều khiển điện áp hệ thống điện * Điều kiện đủ để điều chỉnh điện áp nguồn công suất phản kháng phải điều khiển phạm vi cần thiết Ta điều chỉnh điện áp cách điều chỉnh công suất phản kháng nhà máy điện, đặt tụ bù, phân bố lại dòng công suất phản kháng … Vận hành điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 5– Điều khiển điện áp hệ thống điện * Các phương tiện điều chỉnh điện áp: -Điều chỉnh kích từ máy phát điện -Điều chỉnh tải hệ số biến áp (đầu phân áp) máy biến áp tăng áp máy biến áp giảm áp theo thời gian -Điều chỉnh điện áp máy biến áp bổ trợ chuyên dùng để điều chỉnh điện áp Vận hành điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 5– Điều khiển điện áp hệ thống điện -Điều chỉnh công suất phản kháng nguồn công suất phản kháng đặt lưới gồm có: * Nguồn điều khiển công suất (SVC – Static Voltage Compensator), * Tụ điện, * Kháng điện điều chỉnh hữu cấp Chú ý: -Điều chỉnh điện áp cấp trung hạ áp nhằm đảm bảo chất lượng điện -Ở cấp cao nhằm giảm tổn thất công suất tạo điều kiện thuận lợi cho điều chỉnh điện áp lưới phân phối * Ảnh hưởng thay đổi điện áp: -Khi điện áp nút tải xuống thấp (70– 80%)m có nguy xảy tượng suy áp -Điện áp tự động tụt xuống công suất phản kháng yêu cầu phụ tải tăng đột ngột -Giống tượng suy tần, tượng suy áp nguy hiểm làm tan rã hệ thống Sự biến đổi điện áp lưới điện: Tổn thất điện áp lưới hệ thống tính sau: ΔU PR + QX = U U2 (3.1) Trên lưới hệ thống X >> R nên ta viết: ΔU QX = U U (3.2) Ta thấy điện áp lưới thống phụ thuộc chủ yếu vào dòng công suất phản kháng, Q sơ đồ lưới điện,X Như vậy, bù công suất phản kháng: * Một mặt làm giảm tổn thất điện áp làm giảm QX tức làm tăng mức điện áp * Một mặt làm giảm tổn thất công suất tác dụng giảm R(Q2/U2) lưới điện 10 Có hai loại biến thiên điện áp lưới hệ thống: * Biến đổi chậm gây biến đổi tự nhiên phụ tải theo thời gian 11 *Biến đổi nhanh nhiều nguyên nhân khác nhau: •-Sự dao động điều hòa ngẫu nhiên phụ tải, •-Sự biến đổi sơ đồ lưới điện •-Hoạt động bảo vệ rơ le thiết bị tự động hóa •-Khởi động hay dừng tổ máy phát 12 Mục tiêu điều chỉnh điện áp lưới điện: - Giữ vững điện áp tình vận hành bình thường cố, phạm vi cho phép xác định giới hạn 13 Các giới hạn xác định sau: • - Giới hạn xác định khả chịu áp cách điện hoạt động bình thường thiết bị phân phối cao siêu cao áp • Nếu điện áp tăng cao làm già hóa nhanh cách điện làm cho thiết bị hoạt động không xác 14 - Giới hạn xác định điều kiện an toàn hệ thống, tránh tải đường dây máy biến áp (trong lưới điện P số U giảm I tăng gây tải), tránh gây ổn định điện áp (hiện tượng suy áp) 15 Giới hạn gọi giới hạn kỹ thuật hay điều kiện kỹ thuật Nói chung lưới điện 220 kV trở lên, điện áp phép dao động giới hạn ± 5% so với m Với mức giới hạn việc điều chỉnh tải máy biến áp khu vực trung gian thuận lợi 16 - Trong giới hạn kỹ thuật cho phép, giữ mức điện áp cho tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất, điều kiện kinh tế - Nói chung điều kiện tổn thất vầng quang nhỏ (do thiết kế thời tiết tốt), mức điện áp nên giữ mức cao ΔP nhỏ -Nói tóm lại, điện áp lưới hệ thống điều chỉnh theo điều kiện an toàn kinh tế 17 Phương thức điều chỉnh điện áp: Cũng giống hệ thống điều chỉnh tần số, hệ thống điều chỉnh điện áp chia làm ba cấp: Điều chỉnh sơ cấp trình đáp ứng nhanh tức thời biến đổi điện áp nhanh ngẫu nhiên tác động thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát máy bù tónh 18 Trong trường hợp điện áp biến đổi lớn tự động điều áp tải máy biến áp tham gia vào trình điều chỉnh Điều chỉnh sơ cấp thực tự động thời gian nhanh Điều chỉnh sơ cấp nhằm mục đích giữ điện áp lưới điện mức an toàn, tránh nguy suy áp chế độ bình thường cố 19 Điều chỉnh thứ cấp để đối phó với biến đổi chậm có biên độ lớn điện áp Điều chỉnh thứ cấp hiệu chỉnh lại giá trị điện áp định thiết bị điều chỉnh sơ cấp máy phát tụ bù có điều khiển tự động miền đảm nhận Quá trình kết thúc vòng phút 20 10 Điều chỉnh cấp điều hòa mức điện áp miền điều chỉnh cấp 2, tối ưu hóa mức điện áp hệ thống điện theo tiêu chuẩn kinh tế an toàn Quá trình thực tay tự động 21 Ba cấp điều chỉnh điện áp phân biệt theo thời gian không gian - Theo thời gian để tránh ổn định trình điều chỉnh - Trong không gian để chiếu cố ưu tiên yêu cầu khu vực 22 11 Hệ thống điều chỉnh điện áp cấp 2: Nguyên tắc điều chỉnh cấp chia lưới hệ thống thành miền điều chỉnh riêng biệt Trong miền, nguồn công suất phản kháng (nhà máy điện, tụ bù, kháng điện) điều chỉnh tự động phối hợp để giữ vững mức điện áp miền 23 Nhiệm vụ điều chỉnh thực cách giữ điện áp nút hoa tiêu (nút kiểm tra) giá trị định xác định theo yêu cầu hệ thống điện khoảng thời gian vận hành 24 12 •Nút hoa tiêu chọn theo điều kiện sau: * Nút hoa tiêu phải nút đặc trưng cho miền, biến đổi điện áp nút hoa tiêu phải tương quan với biến đổi điện áp toàn miền * Điều kiện thỏa mãn khoảng cách từ nút hoa tiêu đến nút lại miền nhỏ 25 •* Mỗi miền phải bao gồm tổ máy phát có khả cung cấp đủ công suất phản kháng cho yêu cầu miền * Khoảng cách điện nút hoa tiêu miền miền lân cận phải đủ lớn để miền không ảnh hưởng đến Điều kiện nhằm đảm bảo tính độc lập miền 26 13 Điện áp nút hoa tiêu Up đo chuyển điều khiển miền 10 giây lần đặt trung tâm điều độ miền Tại so sánh với điện áp định UC tạo tín hiệu N, lệnh điều khiển miền gọi mức miền: N =α∫ U c −U p U dm dt + β U c − U 'p U dm (3.3) 27 Trong đó: UC = điện áp định cần giữ UP = điện áp tức thời đo nút hoa tiêu U’P = điện áp nút hoa tiêu lọc qua mẫu liên tiếp Hệ số α có giá trị cho 10s ≤ 1/α ≤ 20s Hệ số β chọn cho β/ α = 40 U0 = điện áp định stator máy phát 28 14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều chỉnh cấp 29 Mức N thể nhu cầu công suất phản kháng miền: * Nếu N > có nghóa thiếu công suất phản kháng, cần phải tăng công suất phản kháng phát tổ máy * Nếu N < ngược lại tổ máy cần phải tiêu thụ công suất phản kháng 30 15 N truyền đến điều chỉnh công suất phản kháng tổ máy phát điện theo đường dãy liên lạc Trước vào điều chỉnh miền, N nhân với hệ số tham gia tổ máy Qr, hệ số khoảng 1,4 lần công suất phản kháng định mức tổ máy 31 -Sự sai khác N.Qr công suất phản kháng phát tổ máy Q sử dụng để hiệu chỉnh giá trị định U0 điều chỉnh kích từ -Tín hiệu điều chỉnh đưa vào điều chỉnh kích từ cho đáp ứng tốc độ biến đổi trung bình dòng kích từ 1,5% Ikđm 32 16 Miền điều chỉnh điện áp nút hoa tiêu xác định sau: * Trước hết tính công suất ngắn mạch cho nút, nút có công suất ngắn mạch lớn nút có khả làm nút hoa tiêu 33 •-Sau giải tích lưới điện, lần giải tích đặt nguồn điện áp vào nút có khả •-Lưới lại thay tổng trở cố định •-Tính tổn thất điện áp nút hoa tiêu nút lại •-Sau tính cho tất nút hoa tiêu, nghiên cứu tổn thất điện áp tính xác định cho nút nút hoa tiêu gần 34 17 -Từ xác định miền điều chỉnh điện áp nút hoa tiêu Miền bao gồm nút có chung nút hoa tiêu gần 35 Mô hình tính tóan điều chỉnh tối ưu điện áp vận hành: Hàm mục tiêu: -Mục tiêu giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng hệ thống điện -Tổn thất công suất lưới hệ thống thể sau: ΔP = ∑ I R (3.4) (∑ lấy cho tất đường dây) 36 18 -Nếu nhánh (đường dây) k có nút đầu i, nút cuối j thì: (3.5) 37 -Tổn thất công suất tác dụng nhánh k tổng đại số công suất Pij Pji: (3.6) Gk = gij phần thực tổng dẫn đường dây k 38 19 -Tổng tổn thất công suất tác dụng hệ thống tổng tổn thất công suất tác dụng tất đường dây: (3.7) Hoặc viết cách khác: (3.8) Với: i lấy cho tất nút kể nút cân bằng; j lấy cho tất nút khác i (3.9) 39 * Các biến điều khiển: -Tổn thất công suất tác dụng phụ thuộc vào: *phân bố công suất phản kháng lưới hệ thống 40 20 -Phân bố công suất phản kháng phụ thuộc vào: *công suất phản kháng tụ bù QCi *điện áp nhà máy điện Ugi *hệ số biến áp máy biến áp điều áp tải Ti *phân bố công suất tác dụng 41 Các biến tác động đến: -điện áp nút tải Ui -góc pha θij làm cho tổn thất công suất tác dụng thay đổi 42 21 Sự tác động thông qua hệ phương trình cân công suất nút hệ thống điệ.n Trong đó: chế độ -điện áp nguồn cho trước tạo thành nút P-V -hệ số biến áp thể ma trận tổng dẫn, -công suất bù thể phụ tải nút 43 * Các ràng buộc: Các ràng buộc cân công suất tác dụng công suất phản kháng toàn hệ thống điện 44 22 * Các giới hạn: Đó giới hạn biến điêu khiển QCi, Ugi, Ti, giới hạn điện áp nút, giới hạn dòng điện đường dây, giới hạn ổn định tónh Ta thấy toán dễ giải, cho hệ thống điện phức tạp có nhiều cấp điện áp, nhiều mạch vòng Bài toán tối ưu hóa tổn thất công suất tác dụng phải giải sau giải toán phân bố tối ưu công suất hệ thống điện, sau giải toán tối ưu hóa tổn thất công suất tác dụng với giả thiết: góc pha điện áp không đổi, công suất tác dụng nút không đổi Hai toán giải liên vòng kín kết hội tuï 45 HẾT CHƯƠNG Vận hành điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 5– Điều khiển điện áp hệ thống điện 46 23 ... Duy Chương 5– Điều khiển điện áp hệ thống điện * Điều kiện đủ để điều chỉnh điện áp nguồn công suất phản kháng phải điều khiển phạm vi cần thiết Ta điều chỉnh điện áp cách điều chỉnh công suất... máy điện, đặt tụ bù, phân bố lại dòng công suất phản kháng … Vận hành điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 5– Điều khiển điện áp hệ thống điện * Các phương tiện điều chỉnh điện áp: ... điện áp Vận hành điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 5– Điều khiển điện áp hệ thống điện -Điều chỉnh công suất phản kháng nguồn công suất phản kháng đặt lưới gồm có: * Nguồn điều