Dành cho sinh viên ĐHBK Hà nội. Thiết kế này có thể thực hiện trong khuôn khổ học phần Đồ án 2 hoặc Đồ án 3 hay Đồ án Tốt nghiệp.

 Nội dung Đồ án Thiết kế lưới điện cao áp, sử dụng LFE

• 1.  Phân bổ công suất tác dụng cho các nguồn điện: Xác định công suất P của NMĐ (trong chế độ bình thường và khi ngừng làm việc 1 máy phát). Công suất Q của NMĐ tạm lấy theo hệ số công suất định mức của máy phát (có thể thay đổi trong phần 4).

  2.  Lập các phương án của lưới điện. Lựa chọn điện áp và dây dẫn. Kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật.

  3.  So sánh và lựa chọn phương án. Chọn máy biến áp và sơ đồ phân phối điện cho các trạm biến áp.

  4. Tính toán chế độ làm việc bình thường và điều chỉnh điện áp. Tính phân bố dòng áp cho chế độ làm việc bình thường kết hợp lựa chọn đầu phân áp của máy biến áp tăng áp, giảm áp và điện áp làm việc của máy phát điện cũng như nút HT. Kiểm tra cân bằng công suất phản kháng của toàn hệ thống.

  5.  Tính toán chế độ sau sự cố. Chọn đầu phân áp các máy biến áp phụ tải ở chế độ sự cố nặng nề

  6. Tổng hợp các chỉ tiêu toàn cục của lưới

Hướng dẫn sơ bộ

Vì đồ án này sử dụng phần mềm phân bố dòng trong tính toán, do đó có thể xem xét các phương án lưới điện chứa nhiều mạch vòng, mà nếu không sử dụng chương trình máy tính sẽ rất khó tính toán thủ công.

Dưới đây là gợi ý sơ bộ cho một vài phần trong nội dung trên (Xem thêm cuốn sách của tác giả "Phân tích chế độ xác lập đường dây tải điện và lưới điện", NXB Bách Khoa 2020).

Phần 2:

Vấn đề xác định phân bố công suất trên lưới khi chưa lựa chọn dây dẫn:

Để chọn dây dẫn cần biết dòng (công suất) truyền tải trên chúng, tức là xác định phân bố dòng trên lưới, nhưng chưa biết dây dẫn và điện áp làm việc của một số nút trong lưới thì ta chỉ tính được gần đúng phân bố dòng hay công suất. Công việc này sẽ đơn giản hơn đối với các phương án lưới điện hở hay chỉ chứa vòng kín không lồng nhau. Với lưới điện phức tạp hơn thì có thể tính gần đúng trên phần mềm phân bố dòng. 

Cần lưu ý những điểm sau về bài toán này:

• Phần mềm phân bố dòng thường xem xét dữ liệu đã cho ở các nút gồm công suất và/hoặc điện áp, do đó để sử dụng phần mềm cần tạm giả thiết về điện áp định mức và điện áp một số nút lưới. Sau khi tính được phân bố công suất, có thể kiểm tra lại điện áp chọn như vậy có hợp lí không.

Công suất P của nhà máy có thể xác định trên cơ sở công suất kinh tế của nó, còn công suất Q của nhà máy chỉ biết sau khi xác định điện áp làm việc của nó trên cơ sở giải quyết bài toán điều chỉnh điện áp cho lưới điện. Ở giai đoạn thiết kế ban đầu, giả thiết lấy giá trị Q xác định theo hệ số công suất định mức của nhà máy (coi là giá trị lớn nhất có thể phát). Như vậy coi nút NMĐ là nút PQ (nút type 3).

• Phần mềm cũng yêu cầu thông số các đường dây, do đó tạm chọn một loại dây dẫn nào đó cho  mọi đường dây,

• Nếu không sử dụng phần mềm phân bố dòng, cũng có thể đánh giá (cũng là gần đúng) phân bố dòng/công suất bằng cách sử dụng ma trận hệ số phân bố dòng nút (IDF) K, theo đó dòng nhánh được ước lượng từ dòng nút theo công thức:

il = K.i 

(il và i lần lượt là vector dòng nhánh và dòng nút).

trong đó K có thể xác định gần đúng khi  bỏ qua mọi nhánh ngang (sun) trong lưới và giả sử mọi nhánh lưới đều là đường dây với cùng giá trị tổng trở trên đơn vị dài. Khi đó:

K = Ml-1 A M 

A là ma trận nối nhánh–nút (có phần tử A(b,n) bằng 0 nếu nút n không phải là nút của nhánh b, bằng 1 nếu n là nút đầu của nhánh b, bằng -1 nếu n là nút cuối);
Ml là ma trận đường chéo độ dài nhánh, còn:

M = (AT Ml-1 A)-1 

Các công thức này tính gần đúng ma trận K chỉ còn phụ thuộc độ dài các đường dây mà không còn phụ thuộc thông số dây. Tiếp theo ước lượng dòng nút i, biết  P, Q và U ở nút (P,Q là giá trị đã cho hoặc tạm lấy giá trị định mức,  U cũng lấy giá trị định mức tạm lựa chọn cho lưới). Cuối cùng ước lượng dòng nhánh theo i và K. 

Có thể dùng Matlab để dễ làm phép tính ma trận.

• Đối với phương án lưới đơn giản có thể tính phân bố dòng thủ công. Để bao hàm gần đúng tổn thất P trong lưới và đặc biệt là tổn thất Q rất lớn trong các trạm biến áp tăng áp (ở NMĐ) và giảm áp (ở phụ tải), có thể làm như sau:

-  Trừ 15% giá trị Q của NMĐ để tính tổn thất trong máy biến áp tăng

-  Coi công suất các phụ tải tăng 5% đối với P và 15% đối với Q.

(khi tính bằng phần mềm chỉ cần tăng thêm Q để tính đến tổn thất trong máy biến áp tăng và giảm áp).

Vấn đề xác định phân bố dòng trong các chế độ sự cố để kiểm tra lưới thiết kế:

Ngoài phân bố dòng cho lưới điện bình thường, cũng cần tính phân bố dòng khi sự cố một đường dây nào đó. Trong khi nhiều sự cố đường dây làm cho cấu hình lưới trở nên đơn giản do đó có thể dễ dàng xác định phân bố dòng, thì cũng nhiều trường hợp khác vẫn không thể xác định phân bố dòng bằng tính tay đơn giản. Nhưng vì bài toán này chỉ cần tính gần đúng nên đối với các trường hợp như vậy có thể sử dụng đại lượng hệ số phân bố như sau:

a.     Sử dụng chương trình LFE để tính ma trận tổng trở nút Z của lưới trước sự cố, trong đó bỏ qua các nhánh sun của đường dây (chú ý vì yêu cầu phải có nút trung tính dùng làm nút cơ sở điện áp, do đó giữ lại nhánh sun ở nút cân bằng, không ảnh hưởng đến kết quả tính toán hệ số phân bố).

b.     Lập ma trận nối nhánh–nút A

c.      Tính ma trận hệ số phân bố dòng nút K: Vì đã biết dây dẫn nên có thể dùng công thức chính xác hơn:

K =  Zl-1 A Z  

trong đó Zl là ma trận đường chéo tổng trở nhánh (chỉ gồm các nhánh dọc); Z là ma trận tổng trở nút.

Bây giờ tính phân bố công suất sau một sự cố để kiểm tra các ràng buộc kĩ thuật bao gồm điều kiện phát nóng dây dẫn ở chế độ dòng cực đại (sự cố) và tổn thất điện áp lớn nhất trong lưới như sau:

d.   Xét các sự cố làm mất mỗi nhánh trong lưới (nếu là đường dây 2 mạch chỉ xét mất 1 mạch; để xét được như vậy cần coi mỗi mạch như một nhánh riêng khi tính K). Tính các đại lượng hệ số phân bố hư hỏng nhánh L (LODF) : Hệ số này cho phép tính dòng sau sự cố trên nhánh l nào đó sau khi mất nhánh m theo công thức (các đại lượng là số phức):

        ilC = il + Ll,m.im

trong đó il và im là dòng trước sự cố, ilC là dòng sau sự cố trên nhánh l (chú ý im chỉ là dòng trên riêng mạch bị cắt). Hệ số LODF Ll,m tính theo công thức: