6/19/2013
1
Phân tích và Thiết kế Hệ thống Năng
lượng – Power System A&D.
Trần Nhật Nam
BM Kĩ thuật Điện
[email protected]
Về Môn học Power System A&D
• Môn học CƠ SỞ về Hệ thống Điện.
• Giáo trình:
– Tiếng Việt: Đã có nhưng chất lượng không tốt.
– Tiếng Anh: Có rất nhiều:
• GT chính: Hadi Saadat, Power System Analysis 2
nd
Edition,
McGraw Hill 2002.
• GT bổ xung: J. D. Glover and S. Sarma Mulukutla, Power System
Analysis and Design 3
rd
Edition, Thompson Learning 2002.
• GT khác: John J. Grainger & William D. Stevenson, Jr., Power
System Analysis International Edition, McGraw Hill 1994.
6/19/2013
2
Về Môn học Power System A&D
• Yêu cầu:
– Làm đầy đủ bài tập được giao.
– Hoàn thành 2 Bài Tập Lớn.
– Có đủ 3 bài kiểm tra.
– Có mặt ở lớp tại thời điểm điểm danh.
– Không sử dụng tài liệu tiếng Việt khi thi hết môn.

@LV.
• Hệ thống Điện Xoay chiều:
– Nikola Tesla & Westinghouse Electric.
– Máy biến áp (William Stanley).
– Hệ thống truyền tải HVDC: ±x00 kV.
– Xu thế kết nối: Interconnected System.
6/19/2013
4
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG ĐIỆN
• Hệ thống Điện hiện đại:
– Khâu phát điện (Máy phát + Máy biến áp).
– Truyền tải liên khu vực và Truyền tải cục bộ (Lưới
truyền tải HVAC/HVDC).
– Hệ thống phân phối (Lưới Trung áp).
– Phụ tải.
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG ĐIỆN
• Khâu phát điện:
– Máy phát đồng bộ:
• Không vành góp → Phát công suất lớn ở điện áp cao (30kV)
• Công suất từ 50 MW đến 1500 MW.
• Tốc độ 1800/3600 rpm – Cực lồi/ẩn – Turbine thủy lực/hơi.
– Máy biến áp:
• Truyền tải hiệu suất cao từ cấp điện áp này sang cấp điện áp
khác.
• Tích VI của sơ cấp và thứ cấp là gần như nhau.
• Máy tăng áp: Tỷ số vòng dây là a → Dòng thứ cấp giảm 1/a.
6/19/2013
5

– Phụ tải công nghiệp: phức hợp, thành phần chủ yếu
là động cơ, f(f,V).
– Phụ tải dân dụng và thương mại: chủ yếu là Chiếu
sáng và Nhiệt Lạnh → Tiêu thụ ít Q.
– Hệ số tải: Load Factor → L.F
6/19/2013
7
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG ĐIỆN
• Hệ thống Bảo vệ:
– Instrument transformers.
– Circuit breakers, Disconnect switches & Fuses .
– Lightning arresters.
– Control equipments & Protective relays.
• Trung tâm điều khiển (ECC): SCADA.
• Phân tích bằng máy tính:
→
Tham số, hoạt động của đường dây; Tính toán trào lưu công suất, đặt bù;
Lên kế hoạch phát điện; Phân tích quá độ máy đồng bộ, Sự cố đối xứng và
không đối xứng, Nghiên cứu ổn định & Điều khiển Hệ thống Điện.
CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ BẢN
• Công suất trong mạch AC.
• Công suất tức thời p(t) = 2 thành phần:
– Tiêu thụ năng lượng.
– Mượn và trả năng lượng từ nguồn.
• Công suất trung bình (thực) P và Công suất
phản kháng Q → Công suất biểu kiến S.
• Cân bằng công suất.
• Hiệu chỉnh Hệ số công suất.
• Dòng công suất phức.

Định nghĩa Công suất Phức
6/19/2013
10
CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ BẢN
• Vấn đề Hiệu chỉnh PF:
 Cùng P, PF<1 → Cần S lớn hơn khi PF=1 → Dòng lớn hơn.
PF càng gần 1 thì càng tốt (Đặc biệt là các phụ tải CN cỡ lớn).
 Lắp đặt tụ bù để nâng cao PF.
 Phạt tiền Phụ tải công nghiệp vận hành ở PF thấp.
 Không phải là vấn đề với các phụ tải cỡ nhỏ, dân dụng (Lý do?).
• Ví dụ 2.3 (GT):
CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ BẢN
• Dòng công suất phức:
6/19/2013
11
CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ BẢN
• Dòng công suất phức:
 Công suất Tác dụng và Phản kháng:
 Biểu thức tính gần đúng (R = 0): → Không tổn thất (Lossless)
CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ BẢN
• Mạch 3 pha đối xứng:
THỨ TỰ
THUẬN
THỨ TỰ NGHỊCH
6/19/2013
12
CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ BẢN
CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ BẢN
• Mạch 3 pha đối xứng:
 Công suất tức thời truyền tải ra mạch ngoài là hằng số (Không

• Mô hình Máy phát đồng bộ:
Từ thông móc vòng với cuộn a:
Định luật Faraday:
với:
CHƯƠNG 3 – MÁY PHÁT, MBA
VÀ HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI
Mạch tương đương:
X
S
– Điện kháng đồng bộ, có giá trị khác nhau
ứng với những trạng thái khác nhau (do tính
phi tuyến của đường cong từ hóa).
Khi phân tích trạng thái xác lập (Steady-
State): sử dụng giá trị bão hòa của điện
kháng đồng bộ ứng với điện áp định mức.
R
a
<< X
S
6/19/2013
16
CHƯƠNG 3 – MÁY PHÁT, MBA
VÀ HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI
• Máy Biến Áp:
Với MBA lý tưởng, ta có:
CHƯƠNG 3 – MÁY PHÁT, MBA
VÀ HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI
• Mạch tương đương quy đổi về phía Sơ cấp:
6/19/2013
17

VÀ HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI
• Hệ đơn vị tương đối:
Biết 2
trong 4
đại
lượng,
thường
là V
B
và
S
B
6/19/2013
20
CHƯƠNG 3 – MÁY PHÁT, MBA
VÀ HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI
• Ưu điểm của Hệ đơn vị Tương đối:
– Thể hiện độ lớn tương đối giữa các đại lượng khác nhau.
– Các thiết bị cùng loại có giá trị tổng trở tương đối nằm trong 1 phạm vi
hẹp mặc dù chúng có công suất định mức khác nhau.
– Các giá trị tương đối của Dòng, Áp và Tổng trở của MBA là như nhau
bất kể quy đổi về phía nào → Xóa bỏ các cấp điện áp khác nhau.
– Các đại lượng tương đối có thể dễ dàng biểu diễn trong các chương
trình tính toán trong máy tính.
– Các định luật về mạch điện vẫn đúng và những phương trình sẽ được
đơn giản hóa.
CHƯƠNG 4 – MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY
• Tổng quan
Mô hình một sợi – đơn pha.
Tùy thuộc vào chiều dài đường dây: Ngắn – Trung –

23
CHƯƠNG 4 – MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY
• Mô hình Đường dây Trung bình:
– Chiều dài: 80 km (50 miles) < l < 250 km (150 miles).
– Giá trị điện dung đáng kể → Phân bố tập trung ở 2 đầu đường dây.
→ Mạch hình π danh định:
CHƯƠNG 4 – MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY
• Các hằng số ABCD của mô hình:
• Phương trình biểu diễn các đại lượng (Dòng, Áp) cuối đường
dây theo các đại lượng (Dòng, Áp) đầu đường dây:
6/19/2013
24
CHƯƠNG 4 – MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY
• Mô hình Đường dây Dài:
– Chiều dài lớn hơn 250 km (150 miles).
– Thông số rải (Distributed parameters).
CHƯƠNG 4 – MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY
• Điện áp và Dòng điện:
với
6/19/2013
25
CHƯƠNG 4 – MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY
• Nghiệm:
• Dòng:
Hằng số lan truyền
α – Hằng số suy giảm.
β – Hằng số pha.
với Z
C
– Tổng trở sóng (đặc tính)