Tính toán các thông số chế độ của mạng điện, cân bằng chính xác công suất

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CỦA MẠNG ĐIỆN, CÂN BẰNG CHÍNH XÁC CÔNG SUẤT Ở phần trước ta đã cân bằng sơ bộ công suất trong hệ thống ,nhưng công suất đó chưa chính xác vì chưa xét đến tổn thất công suất trên đường dây và trong máy biến áp, chưa xét đến phần công suất do dung dẫn của đường dây sinh ra. Ở phần này ta tính chính xác công suất truyền tải trên mỗi đoạn đường dây, xác định phân bố chính xác công suất trong các chế độ (cực đại, cực tiểu, sự cố) .Nhưng trước tiên ta cần tính chế độ phụ tải cực đại để kiểm tra ngay sự cân bằng chính xác công suất phản kháng trong toàn mạng xem có phải bù cưỡng bức không ,nếu phải bù thì mới tính toán phân bố thiết bị bù cưỡng bức . Để tính được luồng công suất chạy trên các nhánh ,trước tiên ta phải tính được dung dẫn của nửa đường dây và tổn thất công suất trong máy biến áp, tổn thất công suất trên tổng trở đường dây. *Công suất phản kháng do điện dung sinh ra được tính theo công thức: (MVAr) Đối với lộ đơn : (MVAr) Đối với lộ kép : (MVAr) Trong đó : Uđm: Điện áp định mức của mạng lấy bằng 110kv : Dung dẫn của 1km đường dây (1/) l0 : Chiều dài đường dây *Tổn thất công suất trong MBA được tính theo công thức : Trong đó : n : Số máy biến áp : Tổn thất công suất tác dụng khi không tải : Tổn thất công suất tác dụng khi khi ngắn mạch của MBA : Công suất tải của MBA : Công suất định mức của MBA : Tổn thất công suất phản kháng trong MBA : Điện áp ngắn mạch phần trăm TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC ĐẠI : Trong chế độ phụ tải cực đại điện áp thanh cái nhà máy và hệ thống là UTG=110%Uđm ÞUTG = 110%.110 = 121(kv) Trong chế độ này ta đặt bù cho phụ tải với dung lượng bù lớn nhất Tính cho nhánh NĐ_1: ZNĐ-1 =11,73 +j 11,27 (W) B1 = 263,11.10-6 (S) Zb1= (W) S1 =22 + j 13,64 (MVAr) a. Tính dòng công suất và tổn thất công suất Tổn thất công suất trong cuộn dây MBA rSb1 = 0,643 + j1,407 (MVA) Tổn thất công suất trong lõi thép MBA rS01=2.(rP0 + rQ0) = 2.(0,029 + j 0,2) rS01 = 0,058 + j 0,4 (MVA) Công suất trước tổng trở biến áp Zb1 Sb1= S1 + rSb1 = 22,063 + j15,047 (MVA) Công suất điện dung của đường dây Qc =1,595 (MVAr) Công suất sau tổng trở đường dây ZNĐ-1 S”I-1 = Sb1+ rS01-j Qc= 22,121 + j13,852 (MVA) Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây = 0,660 + j0,634 (MVA) Công suất đầu vào tổng trở đường dây S’I-1= S”I-1+ rS1 = 22,781 + j14,486(MVA) Dòng công suất từ thanh góp nhiệt điện cung cấp cho nhánh là SI-1 = S’I-1- j Qc = 22,781 + j 12,891 (MVA) Tính cho nhánh NĐ_2 Ta có: ZNĐ-2 =14,55 +j 13,98 (W) B2 = 326,24.10-6 (S) Zb2= (W) S2 = 18 + j 11,16 (MVAr) a.Tính dòng công suất và tổn thất công suất : rSb2 = 0,043 + j0,942 (MVA) rS02=2.(rP02 + rQ02) = 2.(0,029 + j 0,2) rS02 = 0,058 + j 0,4 (MVA) Sb2= S2 + rSb2 = 18,043 + j12,102 (MVA) Qc = = 1,974 (MVAr) S”II-2 = Sb2+ rS02-jQcc= 18,101+ j10,528(MVA) = 0,527 + j0,507 (MVA) S’II-2= S”II-2+ rS2 = 18,628 + j11,035(MVA) SII-2 = S’II-2- j Qc = 18,628 + j9,061(MVA) Tính cho nhánh NĐ_3 : Ta có: ZNĐ-3 = 11,07 +j 14,52 (W) B2 = 355,52.10-6 (S) Zb3= (W) S3 = 35 + j 21,69 (MVAr) a.Tính dòng công suất và tổn thất công suất : rSb3 = 0,093 + j2,225(MVA) rS03=2.(rP03 + jrQ03) = 0,084 + j0,56 (MVA) Sb3= S3 + rSb3 = 35,093 + j23,915(MVA) Qc = = 2,15 (MVAr) S”III-3 = Sb3+ rS03-jQcc= 35,177 + j22,325 (MVA) = 1,588 + j2,083 (MVA) S’III-3= S”II-2+ rS3 = 36,765 + j24,408 (MVA) SIII-3 = S’III-3- j Qc = 36,765 + j22,258(MVA) Tính cho nhánh NĐ_4 : ZNĐ-4 =5,57 + j 8,76 (W) B2 = 221,82.10-6 (S) Zb4= (W) S4 =40 + j30,00 (MVAr) a. Tính dòng công suất và tổn thất công suất : = 0,082 + j 2,083 (MVA) rS04 =2.(rP04 + rQ04) = 2.(0,059 + j 0,41) rS04 = 0,118 + j 0,82 (MVA) Sb4 = S4 + rSb4 = 40,082 + j30,082(MVA) =1,342 (MVAr) S”IV-4 = Sb4+ rS04- j Qcc= 40,200 + j29,560(MVA) = 1,146 + j1,802 (MVA) S’IV-4= S”4+ rS4 = 41,346 + j31,362 (MVA) SIV-4 = S’4- j Qcđ = 41,346 + j30,02(MVA) Tính cho nhánh NĐ_6 : ZNĐ-6 =15,14 + j 30,29 (W) B6 = 197,58.10-6 (S) Zb6= 1,44 + j 34,8 (W) S6 = 25 + j18,75(MVAr) a.Tính dòng công suất và tổn thất công suất : = 0,107+ j 2,563 (MVA) rS06 = rP06 + rQ06 = 0,042 + j 0,28 (MVA) Sb6= S6 + rSb6 = 25,107 + j21,313 (MVA) =1,195 (MVAr) S”VI-6 = Sb6+ rS06 - j Qcc= 25,149 + j20,398(MVA) = 1,312 + j2,625 (MVA) S’VI-6= S”VI-6+ rS6 = 26,461 + j23,023(MVA) SVI-6 = S’VI-6- j Qc = 26,461 + j21,828 (MVA) Tính cho nhánh HT_7: Ta có: ZHT-7 =5,95 + j 7,98(W) B7 = 191,07.10-6 (S) Zb7= (1,44 + j 34,8) = 0,72 +j 17,4 (W) S7 = 35 + j26,25(MVAr) a.Tính dòng công suất và tổn thất công suất : = 0,105 + j2,512 (MVA) rS07=2(rP07 + jrQ07) = 0,084 + j 0,56 (MVA) Sb7= S7 + rSb7 = 35,105 + j28,762 (MVA) =1,156 (MVAr) S”VII-7 = Sb7+ rS07 - j Qcc= 35,189 + j28,166 (MVA) = 0,998 + j1,338 (MVA) S’7 = S”7+ rS7 = 36,187 + j29,454 (MVA) SVII-7 = S’7- j Qc = 36,187 + j28,298 (MVA) Tính cho nhánh HT_8 Ta có: ZHT-8 = 18,11 + j 28,51(W) B8 = 180,45.10-6 (S) Zb8 = 1,87 + j 43,5 (W) S8 = 20 + j15(MVAr) a.Tính dòng công suất và tổn thất công suất : =0,088 + j2,051(MVA) rS08 = rP08 + rQ08 = 0,035 + j 0,24 (MVA) Sb8 = S8 + rSb8 = 20,088 + j17,051(MVA) = 1,092 (MVAr) S”VIII-8 = Sb8+ rS08 - j Qcc= 20,123 + j16,199(MVA) =0,998 + j1,572 (MVA) S’VIII-8= S”VIII-8+ rS8 = 21,121 + j17,77 (MVA) SVIII-8 = S’VII-8 - j Qc = 21,121 + j16,678 (MVA) Tính cho nhánh liên thông NĐ_5_HT Do phụ tải 5 được cung cấp từ 2 nguồn là nhiệt điện và hệ thống do vậy để tính thông số chế độ cho nhánh này trước hết ta phải tính dòng công suất từ thanh góp nhiệt điện cung cấp cho nhánh NĐ_3. Ta có: Tổng công suất phát của nhà máy nhiệt điện trong chế độ cực đại là: = 85%.Sđm - Std = 0,85Sđm - 0,85.0,1Sđm = 153 + j94,821 (MVA) Tổn thất công suất trong trạm biến áp tăng áp của nhà máy nhiệt điện là: = 0,767 + j15,14 (MVA) Công suất nhà máy nhiệt điện cung cấp cho hộ phụ tải 5 là : Với = SI-1 +SII-2 +SIII-3 +SIV-4 +SVI-6 =145,981 + j96,058 (MVA) = 6,252 - j16,377(MVA) Tính dòng công suất và tổn thất công suất trong nhánh : Sơ đồ thay thế : Ta có ZNĐ-5 = 16,10 + j 15,47 (W) BN5 = 361,20.10-6 (s) ZHT-5 = 8,41 + j 11,04 (W) B5 = 270,25.10-6(s) Zb5 = (W) S5 = 45 + j 33,75 (MVA) (MVAr) S’ND-5 = SND-5 + j Qc = 6,252 - j 14,192 (MVA) = 0,264 + j 0,254 (MVA) S”ND-5 = S’ND-5 - rS5 = 5,998 - j 14,446 (MVA) SND-A5= S”ND-5+j QC = 5,998 - j12,261 (MVA) rS05 = 2(rP0 + jrQ0) = 2.(0,059 + j 0,41) = 0,118 + j 0,82 (MVA) rSb5 = 0,104 + j 2,637 (MVA) Sb5 = S5 + rSb5 = 45,104 + j36,387 (MVA) SA5 = Sb5 + rS05 = 45,222 + j39,015 (MVA) SHT-A5= SA5 - SNĐ-A5 = 39,224 + j51,276(MVA) (MVA) S”HT-5 = SHT-A5 - jQc = 39,224 + j49,641(MVA) = 2,782 + j3,652(MVA) S’HT-5 = S”HT-5 + rSHT-5 = 42,006 + j53,293(MVA) SHT-V = S’HT-5 - j Qc = 42,006 + j51,658(MVA) *Cân bằng chính xác lại công suất sau chế độ cực đại : Ta chỉ cần cân bằng công suất trong chế độ cực đại mà không cần phải cân bằng cho cả 3 chế độ, vì nếu nguồn đủ cung cấp cho mạng ở chế độ cực đại, thì cũng đủ để cung cấp cho chế độ cực tiểu và sự cố. -Cân bằng công suất tác dụng : Vì các phụ tải của ta được cung cấp từ 2 nguồn là nhà máy nhiệt điện và hệ thống . Do hệ thống có công suất vô cùng lớn nên sự cân bằng công suất tác dụng luôn được đảm bảo -Cân bằng công suất phản kháng : Tổng công suất mà các hộ phụ tải yêu cầu là = 42,006 + j51,658(MVA) Công suất phản kháng mà hệ thống cấp cho các phụ tải là : = . tg = 42,006.0,62 = 26,043 (MVAr) Ta thấy công suất phản kháng mà hệ thống cung cấp cho các thanh góp nhỏ hơn công suất phản kháng mà các phụ tải yêu cầu <do đó ta cần phải bù cưỡng bức công suất phản kháng cho các hộ phụ tải.Với tổng dung lượng bù là : =-=25,614 (MVAr) TÍNH TOÁN BÙ CƯỠNG BỨC CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Trong phần trước, sau khi tính toán chính xác dòng công suất trên toàn mạng ta thấy hệ thống còn thiếu một lượng công suất phản kháng là 20,607 (MVAr) .Vì vậy ta phải tiến hành bù cưỡng bức công suất phản kháng .Lượng công suất cần bù là : Qb= 25,614 (MVAr) . Ta tiến hành phân bố công suất Qb đó cho các hộ tiêu thụ trong mạng điện sao cho phí tổn về tổn thất điện năng trong mạng điện là nhỏ nhất (phí tổn về vốn đầu tư thiết bị cũng như phí tổn về tổn thất điện năng do bản thân thiết bị bù gây ra không xét dến vì thành phần này không đổi với các phương án phân bố khác nhau) Một số quy ước khi lập hàm phí tổn về tổn thất điện năng trong mạng điện : -Không xét dến tổn thất công suất trong lõi thép của MBA vì nó ảnh hưởng rất ít đến trị số Qb cần tìm . -Không xét đến tổn thất công suất tác dụng do P gay ra ,lý do như trên -Không xét đến công suất từ hóa MBA và công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh ra . -Ngoài điện trở của đường dây ta còn phải xét đến điện trở của MBA -Giả sử công suất bù ở các phụ tải là Qbi (i=1-8) -Phí tổn tính toán của toàn mạng là : Z = C.. -Sơ đồ thay thế của mạng điện : *Hàm mục tiêu : Z = C.. = f(Qb1 ,Qb2 ,Qb3 ,Qb4 ,Qb5 ,Qb6 ,Qb7 ,Qb8 ) min Với hàm ràng buộc : Qb1 + Qb2 + Qb3 + Qb4 + Qb5 + Qb6 + Qb7 + Qb8 = 25,614 (MVAr) -Công suất phản kháng mà nhà máy nhiệt điện cấp tại thanh cái cao áp là: QC I =QFNĐ - Qtd - = 78,444 (MVAr) -Công suất phản kháng từ thanh góp nhiệt điện cấp cho phụ tải 5 là: QI-5 = QC I- [(Q1 - Qb1)+ (Q2 - Qb2)+ (Q3 - Qb3)+ (Q4 - Qb4)+ (Q6 - Qb6)] = (Qb1 + Qb2 + Qb3 + Qb4 + Qb6) - 16,796 (MVAr) -Công suất phản kháng từ thanh góp cao áp của hệ thống cấp cho phụ tải 5 là : QII-5 = (Q1 - Qb1) - QI-5 = 50,546 - (Qb1 + Qb2 + Qb3 + Qb4 + Qb5+ Qb6) -Công suất phản kháng hệ thống cấp cho các hộ phụ tải tại thanh góp cao áp là : QC II = (Q7 - Qb7)+ (Q8 - Qb8) + QII-5 = 91,796 - (Qb1 + Qb2 + Qb3 + Qb4 + Qb5 + Qb6 + Qb7 + Qb8) = 71,198 (MVAr) Ta có: Z = K.[ (Q1 - Qb1)2(R1+Rb1) + (Q2 - Qb2)2(R2+Rb2) + (Q3 - Qb3)2(R3+Rb3) + (Q4 - Qb4)2(R4+Rb4) + Q2I-5 RI-5 + Q2II-5 RII-5 + (Q5 - Qb5)2Rb5 + (Q6 - Qb6)2(R6+Rb6) + (Q7 - Qb7)2(R7+Rb7)+ (Q8 - Qb8)2(R8+Rb8)]min Với K = = = 115144,6 Z = K.[ (13,64 - Qb1)2 .13 + (11,16 - Qb2)2.15,82 + (21,69 - Qb3)2.11,79 + (30 - Qb4)2.6,005 + (Qb1 + Qb2 + Qb3 + Qb4 + Qb6 - 16,796) 2 .16,10 + (50,546 - (Qb1 + Qb2 + Qb3 + Qb4 + Qb5+ Qb6))2.8,41+(33,75 - Qb5)2.0,435 + (18,75 - Qb6)2.16,58 + (26,25 - Qb7)2.6,67+ (15 - Qb8)2.19,98]min Lập hàm Largange : ZL = Z + .L min Hàm ràng buộc L = (Qb1 + Qb2 + Qb3 + Qb4 + Qb5 + Qb6 + Qb7 + Qb8) - = 0 Lấy đạo hàm riêng theo Qbi và ta có : = K.[75,02Qb1 +49,02 Qb2 +49.02 Qb3 + 49,02 Qb4 + 16,82Qb5 + 49,02Qb6 - 1745,719] + l’ = 0 = K.[49,02Qb1 +80,66 Qb2 +49.02 Qb3 + 49,02 Qb4 + 16,82Qb5 + 49,02Qb6 - 1745,719] + l’ = 0 = K.[49,02Qb1 +49,02Qb2 +72.60 Qb3 + 49,02 Qb4 + 16,82Qb5 + 49,02Qb6 - 1902,465]+ l’ = 0 = K.[49,02Qb1 +49,02Qb2 +49,02 Qb3 + 61,03 Qb4 + 16,82Qb5 + 49,02Qb6 - 1751,31]+ l’ = 0 = K.[ 16,82Qb1 +16,82Qb2 +16,82 Qb3 + 16,82 Qb4 + 17,69Qb5 + 16,82Qb6 879,55]+ l’ = 0 = K.[ 49,02Qb1 +49,02Qb2 +49,02 Qb3 + 49,02 Qb4 + 16,82Qb5 + 8,18Qb6 2012,765]+ l’ = 0 = K.[13,34Qb7 - 350,175]+ l’ = 0 = K.[39,96Qb7 - 599,41]+ l’ = 0 Ta có hệ phương trình : 75,02Qb1 +49,02 Qb2 +49.02 Qb3 + 49,02 Qb4 + 16,82Qb5 + 49,02Qb6 + l’ = 1745,719 49,02Qb1 +80,66 Qb2 +49.02 Qb3 + 49,02 Qb4 + 16,82Qb5 + 49,02Qb6 + l’ = 1745,719 49,02Qb1 +49,02Qb2 +72.60 Qb3 + 49,02 Qb4 + 16,82Qb5 + 49,02Qb6 + l’ = 1902,465 49,02Qb1 +49,02Qb2 +49,02 Qb3 + 61,03 Qb4 + 16,82Qb5 + 49,02Qb6 + l’ = 1751,31 16,82Qb1 +16,82Qb2 +16,82 Qb3 + 16,82 Qb4 + 17,69Qb5 + 16,82Qb6 + l’ = 879,55 49,02Qb1 +49,02Qb2 +49,02 Qb3 + 49,02 Qb4 + 16,82Qb5 + 8,18Qb6 + l’ = 2012,765 13,34Qb7 + l’ = 350,175 39,96Qb7 + l’ = 599,410 Qb1 + Qb2 + Qb3 + Qb4 + Qb5 + Qb6 + Qb7 + Qb8 + 0.l’ =25,641 Giải hệ phương trình trên ta được: Qb1 = 1,935 (MVAr) cos = 0,90 Qb2 = 1,718(MVAr) cos = 0,92 Qb3 = 7,978 (MVAr) cos = 0,93 Qb4 = 3,989(MVAr) cos = 0,90 Qb6 = 8,786 (MVAr) cos = 0,93 l’ = 711,251 Ta có bảng số liệu sau khi bù công suất phản kháng : Phụ tải 1 2 3 4 5 6 7 8 Pmax(MW) 22 18 35 40 45 25 35 20 cos 0,90 0,92 0,93 0,90 0,80 0,93 0,80 0,80 Qsau bù 12,70 10,44 14,01 27,51 33,75 9,96 26,25 15,00