Bài giảng môn Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 1: Giới thiệu chung về vận hành và điều khiển hệ thống điện

VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN 
 HỆ THỐNG ĐIỆN
Chương 1 - Giới thiệu chung về vận 
 hành và điều khiểnHTĐ
 1
 Chương 1
 Giới thiệu chung về vận hành và 
 điều khiển HTĐ
I. Khái niệm chung
II. Các chế độ của HTĐ và tính kinh tế
III. Nhiệm vụ vận hành HTĐ
 2
 I. Khái niệm chung
•Vận hành hệ thống điện (HTĐ) là tập hợp các thao
tác nhằm duy trì chế độ làm việc bình thường của HTĐ
để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng, độ tin cậy và tính
kinh tế của nó.
•Điều khiển HTĐ là các tác động tự động nhằm đảm
bảo các thông số của HTĐ nằm trong phạm vi cho phép.
1. Các đặc điểm của HTĐ.
2. Các yêu cầu cơ bản của HTĐ.
 3
 1. Các đặc điểm của HTĐ
 Cấu trúc HTĐ
 Tổ máy phát Trạm biến áp Đường dây Trạm biến áp Phụ tải
 ~
 Sản xuất Truyền tải & phân phối điện năng Tiêu thụ
điện năng (LƯỚI) điện năng
(NGUỒN) (TẢI)
 * Cấu trúc nguồn điện
 * Cấu trúc lưới hệ thống
 4
 Cấu trúc nguồn điện
Nguồn điện là một tổ hợp của các nhà máy các 
loại: 
 Tổ máy phát
- Nhà máy thủy điện ~
- Nhà máy nhiệt điện 
 Sản xuất
- Nhà máy điện nguyên tử điện năng
- Nhà máy điện gió (NGUỒN)
- Nhà máy điện mặt trời
 5
Thủy điện Nhiệt điện
 Điện hạt nhân
 Điện gió
 Điện mặt trời
 6
 Cấu trúc lưới hệ thống điện
 Trạm biến áp Đường dây Trạm biến áp
 Truyền tải & phân phối điện năng
 (LƯỚI)
Lưới hệ thống điện là gì?
Lưới hệ thống điện là một hệ bao gồm các trạm biến
áp và các đường dây được sử dụng để liên kết các
nguồn và phụ tải
•Lưới truyền tải
•Lưới phân phối 7
• Lưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các 
 đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 35kV 
 trở xuống, các đường dây và trạm biến áp có điện 
 áp 110kV có chức năng phân phối điện.
• Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các 
 đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 
 220kV trở lên, các đường dây và trạm biến áp có 
 điện áp 110kV có chức năng truyền tải để tiếp 
 nhận công suất từ các nhà máy điện vào hệ thống 
 điện quốc gia.
 8
 Phụ tải điện
Phụ tải của hệ thống điện ? Phụ tải
Phụ tải điện là các thiết bị hay tập
hợp các khu vực gồm nhiều thiết bị
 Tiêu thụ
sử dụng điện năng để biến đổi thành
 điện năng
các dạng năng lượng khác như
 (TẢI)
quang năng, nhiệt năng, cơ năng,
hóa năng, 
 9
 Các mục tiêu chính của vận hành HTĐ
 * Cân bằng công suất:
 Công suất phát PHẢI luôn luôn đáp ứng công suất yêu 
 cầu của phụ tải.
Tổng công suất phát(t) = Tổng công suất yêu cầu phụ tải(t) + 
 tổn thất (t)
 * An toàn HTĐ:
 Các dòng công suất qua các phần tử HTĐ PHẢI không 
 được vượt quá các giới hạn định mức và cho phép của 
 chúng, điện áp tại các nút nằm trong phạm vi cho phép
 10
 P (t)
 g1 Pl1(t)
 P (t) Các mạng 
 g2 Pl2(t)
 truyền tải và 
 phân phối
 Pgn(t) Plm(t) 
 Các mạng 
 truyền tải và P (t)
PG(t) L
 phân phối
 Sơ đồ thu gọn HTĐ
 11
Các yêu cầu về chất lượng điện năng
 Điều chỉnh tần số:
Tần số của hệ thống phải luôn luôn được duy trì
trong một giới hạn cho phép của nó.
 f min < f(t) < f max
 Điều chỉnh điện áp:
Điện áp tại các nút phải luôn luôn được duy trì
trong các giới hạn vận hành cho phép của chúng.
 Vmin < V(t) < Vmax
 12
• Về điện áp: Trong điều kiện bình thường, độ lệch 
 điện áp cho phép trong khoảng 5% so với điện 
 áp danh định của lưới điện và được xác định tại vị 
 trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí khác do 
 hai bên thoả thuận. Đối với lưới điện chưa ổn định 
 sau sự cố, độ lệch điện áp cho phép từ +5% đến -
 10%.
• Về tần số: Trong điều kiện bình thường, độ lệch 
 tần số hệ thống điện cho phép trong phạm vi 
 0,2Hz so với tần số danh định là 50Hz. Trường 
 hợp sự cố, độ lệch tần số cho phép là 0,5Hz
 13
 Sóng hài
• Tổng độ biến dạng sóng hài (THD) là tỷ lệ của giá 
 trị điện áp hiệu dụng của sóng hài với giá trị hiệu 
 dụng của điện áp cơ bản, biểu diễn bằng đơn vị 
 phần trăm (%), theo công thức sau:
 V 2
 THD i 100 %
 V 2
• Trong đó: 1
 THD:Tổng độ biến dạng sóng hài của điện áp;
 Vi: Thành phần điện áp tại sóng hài bậc i;
 V1: Thành phần điện áp tại tần số cơ bản (50Hz).
 14
• Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại 
 mọi điểm đấu nối không được vượt 
 quá giới hạn quy định như sau:
 .Tổng biến dạng sóng hài cấp 110 kV: 
 3,0%, cấp trung và hạ áp: 6.5%
 .Biến dạng riêng lẻ cấp 110 kV: 1,5%; 
 cấp trung và hạ áp:3.0%.
 15
• Các hình thức điều khiển HTĐ:
 – Điều khiển tập trung (Dựa vào các dữ liệu trên diện
 rộng)
 – Điều khiển phân tán (Dựa vào các dữ liệu cục bộ)
• Điều khiển HTĐ mang tính chất phân cấp:
 – Có thể sử dụng cả hai chiến lược điều khiển tập
 trung và điều khiển phân tán.
 – Các sự kiện chậm thường được thực hiện bằng các
 điều khiển tập trung.
 – Các sự kiện nhanh thường được giải quyết bằng các
 điều khiển phân tán.
 16
 So sánh giữa điều khiển tập trung và 
 điều khiển phân tán
 Hệ thống điều khiển tập trung HTĐ
 Phát Truyền tải Phân phối Hộ tiêu thụ
Các hệ thống bảo vệ Các hệ thống bảo vệ Các hệ thống bảo vệ
 17
• Điều khiển tập trung được thực hiện bởi: 
 - Các kỹ sư vận hành.
 - Các phần mềm được dựa trên các hệ thống máy tính như: 
 * SCADA (Supervisory control and data acquisition).
 * EMS (Energy Management System).
• Điều khiển phân tán được thực hiện bởi các đo 
 lường cục bộ thông qua:
 – Các hệ thống điều khiển tương tự (analog control) truyền 
 thống. 
 – Các hệ thống vi xử lý.
• Các hệ thống bảo vệ phần lớn được dựa trên 
 phương thức điều khiển phân tán. 
 18
Các trường hợp có thể sử dụng điều khiển tập 
trung:
 – Điều chỉnh tần số.
 – Điều phối công suất phát giữa các nhà máy điện.
 – Đánh giá và nâng cao độ an toàn của HTĐ.
 – Quy hoạch nguồn phát.
 19
Các trường hợp có thể sử dụng điều khiển phân 
bố:
 – Điều khiển tốc độ máy phát.
 – Điều khiển điện áp đầu cực máy phát.
 – Bảo vệ chống sự cố quá dòng và quá áp.
 20
Tóm lại:
a. Quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu
 như đồng thời.
b. HTĐ là một hệ thống nhất của các phần tử trong
 HTĐ. Chúng luôn luôn có những mối liên hệ hết sức
 mật thiết với nhau.
 21
c. Các quá trình diễn ra trong HTĐ rất nhanh.
d. HTĐ có liên quan mật thiết đến tất cả các ngành và
 mọi lĩnh vực sản xuất sinh hoạt của nhân dân.
e. HTĐ phát triển liên tục trong không gian và thời
 gian.
 22
 2. Các yêu cầu cơ bản của HTĐ
a. Đảm bảo hiệu quả kinh tế.
b. Đảm bảo chất lượng điện năng.
c. Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện liên tục.
d. Đảm bảo tính linh hoạt và đáp ứng đồ thị phụ tải.
 23
- Việc thiết lập sự hài hòa của các yêu cầu cơ bản
trên là lời giải của bài toán tối ưu đa mục tiêu.
- Để đảm bảo được những yêu cầu chặt chẽ trên,
HTĐ phải luôn luôn được giám sát và vận hành hợp
lý nhất.
 24
 II. Các chế độ của HTĐ và tính kinh tế
1. Các chế độ của HTĐ
2. Tính kinh tế và sự điều chỉnh chế độ của HTĐ
 25
 1. Các chế độ làm việc của HTĐ 
* Chế độ của HTĐ: là một trạng thái nhất định nào đó
được thiết lập bởi các tham số như điện áp, tần số, dòng
điện, công suất,Các tham số này gọi là tham số chế
độ.
* Các chế độ làm việc cơ bản của HTĐ:
 - Chế độ xác lập.
 - Chế độ quá độ.
 26
Chế độ xác lập: là chế độ trong đó các thông số chế
độ (U, I, P, Q, ... ) biến thiên rất nhỏ quanh giá trị
trung bình, có thể xem như là hằng số.
 + Chế độ xác lập bình thường
 + Chế độ xác lập sau sự cố
 + Chế độ sự cố xác lập
 27
 * CHẾ ĐỘ XÁC LẬP BÌNH THƯỜNG 
Chế độ xác lập bình thường? là chế độ làm việc
bình thường của HTĐ. HTĐ được thiết kế để làm
việc với các chế độ xác lập này. Với chế độ xác lập
bình thường, đòi hỏi thỏa mãn các chỉ tiêu sau:
 * Chất lượng điện năng.
 * Độ tin cậy cung cấp điện.
 * Hiệu quả kinh tế (chi phí sản xuất điện
 năng nhỏ nhất).
 * An toàn cho người và thiết bị.
 28
 * CHẾ ĐỘ XÁC LẬP SAU SỰ CỐ
Chế độ xác lập sau sự cố?
Cũng là chế độ đã được tính đến trước vì sự cố là
không thể tránh khỏi trong vận hành HTĐ. Trong
chế độ này các chỉ tiêu về: A B
 - Chất lượng điện năng.
 - Độ tin cậy cung cấp điện.
 - Hiệu quả kinh tế (chi phí sản xuất điện 
 năng nhỏ nhất).
 - An toàn cho người và thiết bị.
bị giảm đi.
 29
 * CHẾ ĐỘ SỰ CỐ XÁC LẬP
Chế độ sự cố xác lập?
Chế độ này KHÔNG ĐƯỢC PHÉP gây hại và 
duy trì quá thời hạn cho phép.
 30
Chế độ quá độ: là chế độ các thông số chế độ (U, I, 
P, Q, ... ) biến thiên mạnh theo thời gian. Người ta 
lại phân thành hai loại chế độ quá độ.
 + Chế độ quá độ bình thường.
 + Chế độ quá độ sự cố.
 31
 * CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ BÌNH THƯỜNG 
Chế độ quá độ bình thường? xảy ra thường xuyên
khi HTĐ chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ
xác lập khác.
Yêu cầu đối với chế độ này là KẾT THÚC
NHANH và các thông số biến đổi TRONG GIỚI
HẠN CHO PHÉP.
 32
 * CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ SỰ CỐ
Chế độ quá độ sự cố?
Chế độ quá độ sự cố: xảy ra khi có sự cố trong hệ
thống điện.
Yêu cầu đối với chế độ này là không gây hại cho hệ
thống điện và phải được loại trừ nhanh nhất có thể.
 33
 2. Tính kinh tế
- Tính kinh tế của HTĐ được đặc trưng bởi chi phí cực
tiểu để việc sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
- Tính kinh tế của HTĐ cũng có thể được thể hiện ở
mức thu lợi nhuận cao nhất và đáp ứng được đầy đủ nhu
cầu của các hộ dùng điện.
 34
- Chỉ tiêu kinh tế có thể được xem xét dưới góc độ giá
thành kWh điện năng hữu ích.
- Chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: giá nhiên
liệu, giá thiết bị, yêu cầu và đặc điểm dùng điện, các
điều kiện thiên văn, thủy văn  và đặc biệt là phương
thức vận hành HTĐ.
 35
Để đảm bảo tính kinh tế của HTĐ cần:
a. Xác định sự phân bố công suất tối ưu giữa các phần
 tử của hệ thống điện như giữa máy phát với máy bù
 đồng bộ, lò hơi 
b. Lựa chọn tốt nhất tổ hợp các phần tử của hệ thống.
 Hao tổn trong các phần tử bao gồm hai thành phần
 là tổn hao không tải và tổn hao phụ thuộc
c. Xác định quy luật vận hành tối ưu của từng phần tử
 và của cả hệ thống.
 36
 III. Nhiệm vụ vận hành HTĐ
1. Nhiệm vụ chung
2. Thử nghiệm
3. Phân tích và đánh giá kết quả thử nghiệm
4. Sửa chữa định kỳ
 37
 1. Nhiệm vụ chung
Khi vận hành các phần tử cần phải hoàn thành các nhiệm vụ
để đảm bảo thực hiện tốt những yêu cầu cơ bản như:
a. Đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, liên tục và tin cậy cho hộ
tiêu thụ để đảm bảo sự làm việc liên tục của thiết bị.
b. Giữ được chất lượng điện năng cung cấp (U, f).
 38
c. Đáp ứng được đồ thị phụ tải hàng ngày một cách linh
hoạt.
d. Đảm bảo được tính kinh tế cao của thiết bị làm việc,
e. Đồ thị phụ tải phải được san bằng tốt nhất.
f. Đảm bảo giá thành sản xuất, truyền tải và phân phối
thấp nhất.
 39
 2. Thử nghiệm
Việc thử nghiệm các thiết bị được tiến hành để kiểm tra và đánh
giá trạng thái của thiết bị. Khối lượng công việc thử nghiệm tùy
vào loại thiết bị và mục đích thử nghiệm.
a. Sau mỗi lần đại tu.
b. Khi có sự sai lệch thông số so với giá trị chuẩn một cách hệ
thống mà cần phải giải thích rõ nguyên nhân của sự sai lệch này.
c. Định kỳ sau một thời gian nhất định tính từ khi thiết bị bắt đầu
được đưa vào vận hành.
 40
 3. Phân tích thử nghiệm
Sau khi thử nghiệm, các kết quả sẽ được phân tích chi tiết để
đưa ra các kết luận và đánh giá:
a. Xác định hiệu quả của việc thay đổi cấu trúc thiết bị.
b. Xác định chỉ tiêu vận hành liên quan đến công tác hiệu
 chỉnh hay thay đổi nhiên liệu.
 41
c. Thiết lập các đặc tính chế độ, công nghệ khác.
d. Giải thích nguyên nhân của sự sai lệch thông số của thiết
 bị:
 - Bằng các thực nghiệm để xác định được các đặc tính
 phụ trợ cần thiết.
 - Từ kết quả phân tích, xác định nguyên nhân sai lệch và
 đưa ra giải pháp khắc phục.
 42
 4. Sửa chữa định kỳ
Sự làm việc lâu dài, liên tục và ổn định của thiết bị trong HTĐ
được đảm bảo bởi chế độ sửa chữa phòng ngừa theo kế hoạch.
Có các loại sửa chữa:
a. Đại tu.
b. Bảo dưỡng định kỳ.
c. Ngoài ra, còn có sửa chữa sự cố và khôi phục sự cố.
 43