Các phương pháp điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện

Tóm tắt nội dung tài liệu

Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 1
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 MỤC LỤC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.....................................1 1. Khái niệm cơ bản về điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện.......3 2. Thực trạng điện áp và điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện Việt nam...................................................................................................... 21 Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 2
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 1. Khái niệm cơ bản về điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện 1.1 Giới thiệu chung Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện là một trong những nhiệm vụ đặc biệt quan trọng trong vận hành hệ thống điện. Mục tiêu của việc đi ều ch ỉnh điện áp nhằm đảm bảo: Chất lượng điện năng cung cấp cho các thiết bị điện t ức là đi ện áp . đặt trên các thiết bị nằm trong giới hạn cho phép. Cả thiết bị điện trên lưới cũng như thiết bị dùng điện của khách hàng đều được thiết kế để vận hành trong một dải điện áp nhất định. Sự ổn định hệ thống điện trong trường hợp bất thường và sự cố. . Hiệu quả kinh tế trong vận hành. Giảm tối thiểu tổn thất điện năng . và tổn thất điện áp. Ta đã biết tổn thất điện áp giữa 2 điểm trong h ệ th ống đi ện đ ược xác định theo công thức sau: RP + QX PX − QR ∆U = +j [1] U U U - điện áp điểm đầu P, Q - công suất tác dụng và công suất phản kháng giữa 2 điểm Trên lưới chủ yếu là đường dây trên không nên thành phần X >> R, do đó để đơn giản có thể bỏ qua thành phần R. Biểu thức [1] được viết lại như sau: QX PX ∆U = +j U U Vì trên thực tế góc δ [góc lệch điện áp giữa 2 đầu] rất nhỏ [ ≈ 3-5o] nên QX biên độ độ lệch điện áp phụ thuộc chủ yếu vào thành phần và góc lệch pha U PX điện áp giữa 2 điểm phụ thuộc chủ yếu vào thành phần . U Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 3
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Hay nói cách khác công suất phản kháng truyền trên đường dây ảnh hưởng trực tiếp đến chênh lệch độ lớn điện áp giữa 2 đầu. Còn công suất tác dụng truyền trên đường dây quyết định độ lệch pha điện áp giữa 2 đầu. Vậy điều chỉnh điện áp chính là điều chỉnh trào lưu công suất phản kháng trong hệ thống. Độ lệch điện áp được biểu diễn bởi sơ đồ véc tơ như hình 1. U1 IX U2 δ IR I Hình 2 - Sơ đồ véc tơ độ lệch điện áp Việc đảm bảo điện áp trong giới hạn là rất ph ức t ạp vì ph ụ t ải trong h ệ thống điện phân bố rải rác và thay đổi liên tục dẫn đến việc yêu cầu về công suất phản kháng trên lưới truyền tải cũng thay đổi theo. Ngược với vấn đ ề điều chỉnh tần số trong hệ thống điện , là điều chỉnh chung toàn hệ thống, điều chỉnh điện áp mang tính chất cục bộ. 1.2 Phát và tiêu thụ công suất phản kháng. Máy phát điện Máy phát điện có thể phát hoặc tiêu thụ công suất ph ản kháng b ằng vi ệc thay đổi giá trị của dòng điện kích từ máy phát. Giới hạn về khả năng phát và tiêu thụ công suất phản kháng được thể hiện trên hình 2. Máy phát phát công suất phản kháng khi dòng kích t ừ l ớn [quá kích thích] và tiêu thụ công suất phản kháng khi dòng kích từ nhỏ [thi ếu kích thích]. T ất c ả các máy phát đều có trang bị hệ thống tự động điều chỉnh kích từ [Automatic Voltage Control - AVR] nhằm giữ cho điện áp tại đầu cực máy phát không đ ổi ở một giá trị đặt trước khi phụ tải hệ thống thay đổi. Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 4
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 MW Giới hạn tuabin Giới hạn dòng stator Giới hạn ổn định tĩnh Giới hạn dòng kt MVar Hình 2. Đặc tính P - Q máy phát điện Đường dây trên không: Đường dây không cũng có thể phát hoặc tiêu thụ công suất ph ản kháng 1 C0U 2 và tuỳ thuộc vào dòng tải. Để sinh ra điện trường cần có năng lượng là 2 1 L0 I 2 . Năng lượng điện trường gần để sinh ra từ trường cần có năng lượng là 2 như không đổi do U thay đổi ít, còn năng lượng từ trường ph ụ thuộc vào I. ở 1 1 C0U 2 = L0 I 2 [ở đây I là dòng tải khi công suất trạng thái cân bằng ta có: 2 2 U2 L0 , với Z c = truyền trên đường dây là công suất tự nhiên Ptn = 3 là tổng C0 Zc trở sóng]. Nếu công suất tải trên đường dây nh ỏ h ơn công su ất t ự nhiên thì giá trị I nhỏ nên công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh ra l ớn h ơn tổn thất công suất phản kháng trên điện cảm, do đó có dòng điện dung từ nguồn đến làm cho điện áp trên đường dây cao hơn ở đầu nguồn tức là đường dây phát công suất phản kháng. Ngược lại khi công suất tải cao hơn công su ất t ự nhiên, công suất phản kháng do đường dây sinh ra không đủ bù vào tổn th ất công su ất phản kháng trên đường dây, do đó có dòng điện điện cảm ch ạy từ nguồn vào đường dây làm cho điện áp trên đường dây thấp h ơn so với đi ện áp đ ầu ngu ồn tức là đường dây tiêu thụ công suất phản kháng. Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 5
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Cáp ngầm: Dung dẫn cao nên tải tự nhiên cao, trong chế độ vận hành bình th ường lượng công suất phản kháng sinh ra thường cao hơn tổn thất của đường dây. Máy biến áp: Thường xuyên tiêu thụ công suất phản kháng ở mọi chế độ, nh ưng lại có khả năng điều chỉnh trào lưu công suất phản kháng. Phụ tải: Thường là nguồn tiêu thụ công suất phản kháng, việc tiêu thụ này thay đổi liên tục trong ngày và khác nhau giữa các mùa trong năm. Ph ụ tải phản pháng chủ yếu gồm ba thành phần: 1. Dòng điện từ hóa của động cơ không đồng bộ. 2. Trường tản của các động cơ không đồng bộ. 3. Tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp và đường dây. Hai thành phần đầu chiếm khoảng 60% toàn bộ phụ tải ph ản kháng. Các thành phần này chủ yếu phụ thuộc vào công suất của động cơ không đồng bộ và mức độ mang tải của động cơ. Thành phần thứ ba phụ thuộc vào phụ tải của lưới điện, phụ thuộc vào công suất phụ tải tác dụng và phản kháng tổng của toàn hệ thống. Tiêu thụ công suất phản kháng của tải ảnh hưởng đến điện áp. Tải với hệ số cosϕ thấp sẽ làm giảm điện áp trên lưới truyền tải. Hệ s ố cos ϕ của một số loại phụ tải điển hình cho ở bảng sau: Loại tải cosϕ Động cơ công nghiệp lớn 0.89 Động cơ công nghiệp nhỏ 0.83 Máy lạnh 0.84 Máy rửa bát 0.99 Máy bơm 0.81 Máy giặt 0.65 Ti vi 0.77 Máy sấy lò xo 1 Đèn huỳnh quang 0.9 Đèn sợi đốt 1 Bảng 1. Hệ số cosϕ của một số loại phụ tải điển hình Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 6
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Thông thường phụ tải phản kháng lớn nhất vào thời điểm cực đại phụ tải công nghiệp do có nhiều động cơ không đồng bộ. Tuy nhiên c ực đ ại ph ụ t ải phản kháng cũng có thể xảy ra vào thấp điểm của hệ th ống do tổn th ất công suất phản kháng trong hệ thống điện tăng lên rất cao. Các thiết bị bù: Các thiết bị bù được trang bị trong hệ thống điện nhằm phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng và điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng trong toàn hệ thống điện. 1.3 Phương tiện điều chỉnh điện áp Các máy phát điện là phương tiện cơ bản điều chỉnh điện áp. Bộ AVR điều chỉnh dòng kích từ để giữ điện áp đầu cực máy phát ở giá tr ị mong mu ốn. Ngoài ra còn có các phương tiện khác được bổ xung để tham gia vào vi ệc đi ều chỉnh điện áp. Các thiết bị dùng cho mục đích này được chia ra làm 3 loại như sau: Nguồn công suất phản kháng: máy phát, tụ bù ngang, kháng bù [i] ngang, máy bù đồng bộ và thiết bị bù tĩnh [SVC - Static Var Compensator]. [ii] Bù điện kháng đường dây như tụ bù dọc. [iii] Điều chỉnh nấc phân áp máy biến áp [thay đổi trào lưu vô công qua máy biến áp]. Các thiết bị bù dùng để điều chỉnh điện áp được mô tả chi tiết dưới đây. Kháng bù ngang Tác dụng của kháng bù ngang [KBN] là để bù điện dung do đường dây sinh ra. Kháng bù ngang có tác dụng chống quá áp trên đường dây trong ch ế độ tải nhẹ hoặc hở mạch. Kháng bù ngang thường dùng cho đường dây dài siêu cao áp trên không vì dòng điện điện dung sinh ra thường lớn. Tính toán đường dây dài với thông số phân bố rải có thể thấy được dạng điện áp trên đường dây ở chế độ hở mạch đầu cuối và có đặt KBN ở cuối và giữa đường dây như sau: Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 7
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 kV 1 2 3 km Hình 3 - Điện áp trên đường dây dài ở chế độ hở mạch Trong đó: 1 - đường dây hở mạch. 2 - đường dây hở mạch có đặt kháng bù ở cuối. 3 - đường dây hở mạch có đặt kháng bù ở giữa. Kháng bù ngang còn có tác dụng chống quá điện áp thao tác. Kháng có th ể nối trực tiếp vào đường dây hoặc qua các máy cắt. Lựa chọn có/không s ử d ụng máy cắt nối kháng vào đường dây phải thông quá tính toán kinh tế - kỹ thuật. Kháng cố định trên đường dây phải đảm bảo được chống quá áp trong chế độ non tải đồng thời phải đảm bảo không bị sụt áp trong chế độ tải nặng. Cấu tạo của kháng gần giống như máy biến áp nhưng chỉ có 1 cuộn dây cho mỗi pha. Ngoài ra kháng bù ngang có thể bao gồm thêm một cu ộn dây trung tính để hạn chế dòng ngắn mạch chạm đất. Người ta có th ể thi ết k ế kháng bù ngang điều chỉnh được nấc dưới tải [thay đổi dung lượng kháng]. Tụ bù ngang Tụ bù ngang [TBN] dùng để tăng cường công suất phản kháng cho h ệ thống điện làm tăng điện áp cục bộ. TBN rất đa dạng v ề kích c ỡ và đ ược phân bố trong toàn hệ thống với các dung lượng khác nhau. Ưu điểm của TBN là giá thành thấp, linh hoạt trong lắp đặt và vận hành. Nh ược đi ểm là công su ất ph ản Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 8
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 U2 kháng tỷ lệ với bình phương điện áp Qc = , khi điện áp thấp cần nhiều công Xc suất phản kháng thì công suất phát ra cũng bị giảm. Trong lưới phân phối, tụ bù ngang dùng để tăng cos ϕ của phụ tải, tức là đảm bảo đủ công suất phản kháng cho phụ tải tại nơi tiêu th ụ thay vì ph ải truyền vô công từ lưới đến. Các TBN ở lưới phân phối có thể được đóng cắt nhờ các thiết bị tự động tuỳ thuộc vào thời gian, giá trị điện áp. Trong lưới truyền tải, tụ bù ngang được dùng để giảm tổn thất truyền tải đảm bảo điện áp tại các điểm nút trong phạm vi cho phép ở mọi ch ế độ t ải. TBN có thể nối trực tiếp vào thanh cái điện áp cao hoặc nối vào cu ộn th ứ 3 của MBA chính. Các TBN được đấu cứng hoặc đóng cắt tuỳ thu ộc t ừng v ị trí. Vi ệc lựa chọn vị trí đặt tụ và dung lượng bù cần ph ải được tính toán b ởi ch ương trình phân bố tôí ưu trào lưu công suất [OPF - Optimal Power Flow] s ẽ nói đ ến sau. Tụ bù dọc Tụ bù dọc [TBD] được đặt nối tiếp trên đường dây để bù điện kháng của đường dây. Tức là làm giảm điện kháng giữa 2 điểm dẫn đến tăng kh ả năng truyền tải và giảm tổn thất truyền tải. Công suất truyền tải trên đường dây là: U1U 2 sin δ Ptruyen _ tai = X X = XL - Xc, khi có tụ, X sẽ giảm đi dẫn đến khả năng tải của đường dây U1U 2 Pmax = tăng lên. X Mặt khác, với mức tải cố định, khi giảm X dẫn đến giảm sin δ hay giảm δ, làm tăng độ ổn định. Tác dụng này được chứng minh ở hình 4. Tụ bù dọc có một nhược điểm là dòng ngắn mạch qua tụ lớn nên cần có các thiết bị bảo vệ tụ khi có ngắn mạch đường dây [ví dụ khe hở phóng điện...]. Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 9
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Pmax Ptải δδ 2 1 Hình 4. Tác dụng tăng độ ổn định của TBD Tụ bù dọc có tác dụng cải thiện phân bố điện áp trên đường dây dài siêu cao áp. Tuỳ theo tính chất dòng đường dây [cảm hay dung] mà điện áp qua tụ tăng hay giảm. Trong chế độ tải nặng, tụ bù dọc có tác d ụng rất t ốt trong vi ệc tăng điện áp cuối đường dây, như vậy sẽ giảm được tổn thất truy ền tải. S ơ đồ véc tơ điện áp khi đường dây có TBD như sau: U1 U1 XL Xc U2 IXL I U2’ tải a] Đường dây có TBD I[XL-XC] U2 U1 I I[XL-XC] I U2’ U2 Tải cảm Tải dung Hình 5- Sơ đồ véc tơ điện áp khi đường dây có tụ Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 10
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Tụ bù dọc còn có tác dụng phân bố tải trên các mạch vòng do thay đ ổi tổng trở của đường dây. Mức độ bù của thiết bị bù dọc đối với đường dây siêu cao áp thường ở mức < 80%. Mức độ bù cao hơn sẽ làm cho tổng trở đường dây nhỏ, dẫn đến dòng ngắn mạch cao đòi hỏi mức độ đáp ứng của thiết bị cũng cao. Hơn nữa quá bù [bù > 80%] sẽ dẫn đến hiện tượng cộng hưởng dọc tại tần số 50Hz vì điện dung của tụ bù dọc cộng với điện cảm của đường dây tạo nên m ạch c ộng hưởng LC. Về lý thuyết, với một lượng bù định trước trên đường dây, tốt nhất là phân bố dải dọc đường dây. Tuy nhiên trong thực tế việc đặt tụ chỉ thích h ợp ở một số điểm nhất định tuỳ thuộc vào lựa chọn về chi phí, khả năng b ảo d ưỡng, bảo vệ rơ le, hiệu quả của việc cải thiện phân bố điện áp và nâng cao khả năng tải... Trong thực tế, tụ bù dọc có thể được đặt tại giữa đường dây, đặt t ại hai đầu đường dây, đặt ở 1/3 hoặc 1/4 đường dây. Vị trí đặt này cần ph ải ph ối h ợp thêm với cả việc đặt kháng bù ngang. Máy bù đồng bộ Máy bù đồng bộ là máy phát đồng bộ chạy không có tua bin. Máy bù đồng bộ có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng bằng việc thay đổi dòng kích từ. Đối với các máy bù đồng bộ có trang bị bộ tự động điều chỉnh điện áp , có thể tự điều chỉnh công suất phản kháng để giữ điện áp đầu ra ở giá tr ị đ ặt trước. Máy bù đồng bộ có ưu điểm là công suất phản kháng phát ra không b ị ảnh hưởng bởi điện áp hệ thống và rất linh hoạt trong vi ệc đi ều ch ỉnh đi ện áp. Tuy nhiên giá thành lắp đặt và vận hành của máy bù là cao h ơn so với các lo ại thiết bị bù khác. Hệ thống bù tĩnh Thiết bị bù tĩnh [SVC - Static Var Compensator] bao gồm các kháng và t ụ bù ngang có thể điều chỉnh để phát hoặc tiêu thụ công suất ph ản kháng. Khái niệm “bù tĩnh” là để phân biệt với bù quay, nghĩa là thiết bị này không có thành phần chính quay. Hệ thống bù tĩnh [SVS - Static Var System] là kết hợp của các SVC và các tụ hoặc kháng đóng cắt để điều chỉnh lượng công suất bù nhất định. Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 11
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Có rất nhiều loại SVC khác nhau được tạo nên bởi t ổ h ợp c ủa các thành phần điều chỉnh công suất phản kháng dưới đây: - Kháng bão hoà Kháng điều khiển bằng thyristor - Tụ điều khiển bằng thyristor - Kháng đóng cắt bằng thyristor - Máy biến áp điều khiển bằng thyristor - SVC có khả năng điều chỉnh điện áp từng pha riêng rẽ, vì vậy SVC có thể dùng để điều chỉnh độ lệch thành phần điện áp thứ tự nghịch và thứ tự thuận. Tuy nhiên trong phần này chỉ đề cập đến tác dụng bù công suất phản kháng của SVC. Xét ví dụ một SVS gồm 1 kháng điều khiển và tụ cố định như hình vẽ 6. V V V IS L C L + IL IC => V Max L V V Min L + => IC IS O IS [a] kháng điều khiển [b] tụ cố định [c] SVS Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 12
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Hình 6 - Cấu trúc SVS Các SVS có thể coi như là 1 điện cảm điều chỉnh. SVS rất linh hoạt trong vận hành và tốc độ đáp ứng nhanh. SVS có nhiều loại và dung lượng bù khác nhau. Việc lựa chọn loại tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống và chi phí đầu tư. Đối với lưới truyền tải, SVS có một số ưu điểm sau: Điều khiển tránh quá áp tạm thời - Ngăn ngừa sụp đổ điện áp trong một số trường hợp sự cố - Tăng độ ổn định động - Hạn chế dao động trong hệ thống - Đối với lưới phân phối, SVS có tác dụng giảm dao động điện áp gây nên bởi các phụ tải như máy cán kim loại, máy khai thác mỏ, lò luyện kim,... Điều chỉnh nấc phân áp Nấc phân áp máy biến áp là một trong những phương tiện hữu hiệu trong việc điều chỉnh điện áp tại mọi cấp điện áp. Phần lớn các MBA ở cấp truyền tải đều có trang bị thiết bị tự động điều chỉnh điện áp dưới tải [OLTC - On Load Tap Changer]. OLTC có thể điều chỉnh tự động hoặc bằng tay. Điều chỉnh nấc phân áp nhằm thay đổi trào lưu công suất vô công qua MBA, dẫn đến giảm tổn thất và cải thiện phân bố đi ện áp. V ị trí các n ấc phân áp của MBA có OLTC có thể được điều chỉnh hàng ngày, hàng giờ, tuỳ theo yêu cầu của hệ thống. Còn nấc phân áp của các MBA không có đi ều áp dưới t ải cần phải được tính toán để có thể đáp ứng được mọi chế độ vận hành trong một khoảng thời gian nhất định. Thông thường các máy biến áp có điều chỉnh dưới tải được sử dụng trong trường hợp dòng công suất phản kháng đi qua máy biến áp thay đổi rất nhiều trong một ngày. Đó thường là trạm biến áp lớn cung cấp điện cho m ột vùng phụ tải lớn như trạm biến áp 500 kV hoặc trạm 220 kV lớn. Khi đó trào lưu công suất phản kháng không những có thể thay đổi về giá trị mà có th ể thay đổi cả hướng. Bảng 2. Bảng so sánh tính năng của các phương tiện điều chỉnh điện áp Điều Phát công Tiêu thụ Q Linh hoạt Khả năng tự Ghi chú chỉnh trơn suất Q trong vận động điều Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 13
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 chỉnh hành Có nhưng Có nhưng Máy phát Có Có Có hạn chế hạn chế Máy bù Có Có Có Có Có đồng bộ SVS Có Có Có Có Có Có, nếu Các bộ tụ điều khiển Không Có Không Có đóng cắt bù ngang được Các bộ tụ Có thể gây cộng Không Có Không Không Không bù dọc hưởng Không tốt trong Kháng bù một số trường hợp Không Không Có Không Không ngang tải nặng Theo quyết Đóng cắt Tuỳ thuộc định của Không Có Có đường dây chế độ người vận hành Điều chỉnh Điều chỉnh trào lưu nấc phân Không công suất phản _ _ Có Có áp kháng 1.4 Phương pháp điều chỉnh điện áp Đối với phần lớn các hệ thống điện hiện đại, việc giám sát đi ện áp trong toàn hệ thống được thực hiện bởi hệ thống SCADA/EMS [Supervisory Control And Data Acquisition /Energy Management System]. Hệ th ống này thường đ ược trang bị tại các trung tâm điều độ. Các thông tin về điện áp được thu th ập v ề giúp cho người vận hành ra các quyết định để thực hiện việc điều chỉnh điện áp qua các phương tiện điều chỉnh điện áp. Trong hệ thống, có rất nhiều lo ại thi ết bị được dùng để điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng nh ư đã trình bày ở phần trên. Tuỳ thuộc vào cấp điện áp, vào các tiêu chuẩn an toàn, tin cậy, kinh tế mà các thiết bị điều chỉnh điện áp được lựa ch ọn để tham gia vào v ận hành. Các thiết bị điều chỉnh này có thể được điều chỉnh bằng tay hoặc tự động tuỳ theo cấp điện áp và các yêu cầu đặc biệt. Nói chung, vi ệc đi ều ch ỉnh đi ện áp ở lưới phân phối có xu thế tự động nhiều hơn ở lưới truyền tải. Có 2 lý thuyết khác nhau về điều khiển điện áp: Điều khiển tập trung: các thiết bị điều khiển được thực hiện dựa 1. trên thông tin chung về vận hành của toàn hệ thống. Ví dụ: kỹ sư vận hành hệ thống giám sát toàn bộ phân bố điện áp trong h ệ th ống và đưa ra các lệnh điều khiển công suất phản kháng. Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 14
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Điều khiển nhiều cấp: các thiết bị điều khiển được quy định trước 2. luật điều khiển ở trạng thái vận hành ổn định dựa trên các thông tin vận hành cục bộ tại chỗ và các khu vực lân cận. Ví dụ: các bộ tự động điều chỉnh điện áp của các nhà máy điện [NMĐ] ho ặc các b ộ tự động điều chỉnh nấc phân áp dưới tải của các MBA được giao điều chỉnh điện áp theo biểu đồ cho trước. Trong các hệ thống điện phức tạp không thể đảm bảo điều chỉnh điện áp chỉ bằng cách tập trung [điều chỉnh điện áp máy phát máy bù, điều chỉnh thiết bị bù tại các trạm biến áp lớn ...] mà cần phải huy động các thiết bị bù phân tán trong lưới điện như máy bù đồng bộ, thiết bị bù tại chỗ, điều ch ỉnh đầu phân áp, ... Hơn thế nữa khả năng điều chỉnh điện áp của các nhà máy điện thường không đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh và cũng không kinh tế. Với sự phát triển ngày càng lớn mạnh về công nghệ điện tử công suất trong các thiết bị điều khiển, lý thuyết về điều chỉnh điện áp nhiều cấp ngày càng được ưa chuộng hơn ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là ở châu âu. Cũng giống như điều chỉnh tần số, điều chỉnh điện áp nhiều c ấp g ồm 2 ho ặc 3 cấp tuỳ theo các quan điểm khác nhau. Cấp 1: là quá trình đáp ứng nhanh và tức thời các bi ến đ ổi đi ện áp b ằng tác động của các bộ điều chỉnh điện áp máy phát, máy bù đồng bộ hoặc các bộ điều chỉnh điện áp dưới tải của các MBA nhằm giữ ổn định điện áp lưới trong chế độ vận hành bình thường cũng như sự cố. Cấp 2: là quá trình đáp ứng chậm hơn cấp 1 được thực hiện ở từng vùng trong hệ thống nhằm đáp ứng các sự biến đổi chậm về độ lệch lớn của điện áp. Để thực hiện việc điều chỉnh cấp 2, người ta chia hệ thống thành nhiều miền, mỗi miền đặc trưng bởi một số nút kiểm tra điện áp. Các nút điện áp này được điều chỉnh để giữ theo biểu đồ điện áp định trước. Cấp 3: là quá trình tính toán biểu đồ điện áp đặt cho các nút ki ểm tra. Công cụ để làm việc này là chương trình tối ưu trào lưu công suất [OPF - Optimal Power Flow].Cấu trúc về điều ch ỉnh điện áp theo cấp được mô tả trên hình 7: Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 15
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Hệ thống điện Cấp 2 Cấp 3 Nút Điện Bộ kiểm áp điều tra chỉnh chỉnh định miền AVR ∼ Các thiết Các bộ điều chỉnh bị bù của thiết bị bù Cấp 1 Hình 7- Cấu trúc điều chỉnh điện áp Hệ thống điều chỉnh cấp 2: Nguyên tắc cơ bản của điều chỉnh điện áp cấp 2 là chia nh ỏ h ệ th ống điện thành nhiều vùng khác nhau được đặc trưng bởi một vài nút đi ện áp chính gọi là “nút kiểm tra”. Các thiết bị điều chỉnh điện áp trong miền có nhiệm vụ điều chỉnh để giữ điện áp tại các nút kiểm tra theo biểu đồ điện áp được định trước theo yêu cầu của hệ thống. Điều kiện để phân chia hệ thống thành các miền điều chỉnh như sau: Giá trị điện áp tại các nút kiểm tra ở các miền phải đặc trưng cho - điện áp của toàn miền. Nghĩa là mọi thay đổi về điện áp trong miền được phản ánh qua nút kiểm tra. Thông thường, khoảng cách về điện từ nút kiểm tra đến các nút khác trong miền là nhỏ. Lượng công suất phản kháng trong miền phải đảm bảo đủ theo yêu - cầu điều chỉnh của miền. Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 16
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Khoảng cách về điện giữa các nút kiểm tra của các miền phải đủ - lớn để những tác động điều khiển trong nội bộ mỗi miền ảnh hưởng đến nhau không đáng kể. Cách xác định miền điều chỉnh điện áp và nút kiểm tra như sau: Tính công suất ngắn mạch cho các nút, ch ọn nút có công su ất ng ắn - mạch lớn nhất làm nút kiểm tra. Đặt nguồn điện áp vào một trong những nút kiểm tra và tính toán - tổn thất điện áp từ nút kiểm tra đến các nút còn lại. Tính lần lượt cho các nút kiểm tra. Nghiên cứu tổn thất, xác định miền điều chỉnh điện áp. - Trong mọi trường hợp, trị số điện áp tại các điểm kiểm tra c ần đ ược truyền về Trung tâm Điều độ bằng các thiết bị đo xa với m ức đ ộ chính xác tương đối cao. Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của các hệ th ống điện , việc điều chỉnh điện áp miền đều có xét đến ảnh hưởng đối với các miền lân cận thông qua trào lưu công suất phản kháng liên lạc giữa các miền. 1.5 Tối ưu trào lưu công suất Hệ thống điều chỉnh cấp 3 hay còn gọi là bài toán tối ưu trào lưu công s u ất Bài toán OPF có rất nhiều mục tiêu khác nhau. Các mục tiêu đó bao g ồm [có thể là tổ hợp của một vài mục tiêu]: Tối thiểu chi phí nhiên liệu [Điều độ kinh tế]. - Tối thiểu tổn thất truyền tải [Điều độ tối ưu công su ất ph ản - kháng]. Tối thiểu mức độ thải ô nhiễm. - Tối đa độ an toàn vận hành của hệ thống. - Tối ưu các thao tác điều khiển. - Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 17
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Hiện tại có rất nhiều phương pháp khác nhau để giải bài toán OPF trong đó có những phương pháp đã áp dụng thực tế và có những phương pháp đang trong giai đoạn nghiên cứu. Các phương pháp được tổng kết trong [, ] bao gồm các loại sau: 1- Lập trình phi tuyến 2- Dùng hàm bậc 2 3- Phương pháp giải Newton 4- Lập trình tuyến tính 5- Hỗn hợp tuyến tính và số Bài toán OPF có thể được biểu diễn bằng toán học dưới dạng bài toán phi tuyến như sau: Hàm mục tiêu: f [x, u] => min thoả mãn Các ràng buộc đẳng thức: h [x, u, p] = 0 Các ràng buộc bất đẳng thức: gmin ≤ g [x, u, p] ≤ gmax u là véc tơ các biến điều khiển Trong đó: x là véc tơ các biến trạng thái p là véc tơ các biến nhiễu loạn Các biến điều khiển có thể là: công suất hữu công của máy phát, công suất phản kháng của các nguồn, nấc biến áp, điện áp đầu cực máy phát, ... Các biến trạng thái có thể là: giá trị điện áp và góc pha của các máy phát, trào lưu công suất trên các đường dây, ... Các biến nhiễu loạn có thể là công suất tác dụng và phản kháng của tải. Các ràng buộc đẳng thức bao gồm các phương trình cân bằng công suất tác dụng và phản kháng tại các nút theo định luật Kirshoff. Các ràng buộc bất đẳng thức là giới hạn của các biến như: giới hạn về công suất tác dụng và phản kháng của máy phát, giới h ạn khả năng vô công c ủa Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 18
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 các nguồn vô công, giới hạnh dải điều chỉnh nấc phân áp, gi ới h ạn cho phép v ề điện áp các nút, giới hạn, ... Có 2 cách tiếp cận để giải bài toán OPF: Giải tách riêng bài toán phân bố công suất tác dụng và công su ất 1. phản kháng. Trước hết tối ưu công suất tác dụng với mục tiêu tối thiểu chi phí nhiên liệu với giả thiết điện áp được gi ữ c ố đ ịnh. Sau đó tối ưu công suất phản kháng với mục tiêu tối thiểu tổn thất. Giải tối ưu công suất tác dụng và phản kháng đồng th ời với mục 2. tiêu tối thiểu tổng chi phí vận hành toàn hệ thống. Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 19
Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Hình vẽ 8a, 8b dưới đây minh hoạ 2 cách giải bài toán OPF Bắ t đầ u Bắ t đầ u Trào lưu công suất Tối ưu P Tối ưu P chưa Tối ưu trào lưu CS Giải xong Tối ưu Q Trào lưu công suất Tối ưu Q Tối ưu trào lưu CS chưa không Giải xong Hội tụ chưa Giải xong P & Q Tối ưu P, Q, U, tap Kết thúc Kết thúc a] - Giải tách riêng b] - Giải đồng thời Hình 8. Hai hướng giải bài toán OPF Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 20

Page 2

YOMEDIA

Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện là một trong những nhiệm vụ đặc biệt quan trọng trong vận hành hệ thống điện. Mục tiêu của việc điều chỉnh điện áp nhằm đảm bảo: . Chất lượng điện năng cung cấp cho các thiết bị điện tức là điện áp đặt trên các thiết bị nằm trong giới hạn cho phép. Cả thiết bị điện trên lưới cũng như thiết bị dùng điện của khách hàng đều được thiết kế để vận hành trong một dải điện áp nhất định....

14-03-2013 883 174

Download

Page 2

Video liên quan

Bài Viết Liên Quan

Toplist mới

Bài mới nhất

Chủ Đề