Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Vị trí đặt tối ưu của SCV để nâng cao ổn định điện áp

Mục tiêu của đề tài Vị trí đặt tối ưu của SCV để nâng cao ổn định điện áp là nghiên cứu về ổn định điện áp; nghiên cứu về lý thuyết giao nhau để phân tích hiện tượng SĐĐA; nghiên cứu về nguyên lý hoạt động, tác động điều khiển của SVC; đề xuất phương pháp xác định vị trí đặt thiết bị SVC để nâng cao giới hạn ổn định.

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô công tác tại Bộ môn

Hệ thống điện thuộc trường Đại học Bách khoa Các thầy đã giảng dạy, giúp đỡ

em rất nhiều trong suốt hai năm học vừa qua

Đặc biệt, em xin dành lời cám ơn chân thành nhất đồi với thầy giáo Trương Ngọc Minh, người đã hết sức tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này

Và luận văn này sẽ như một món quà đầy ý nghĩa dành tặng cho cha mẹ tôi, những người luôn theo sát và dành chọn niềm yêu thương cho tôi

Chương 1. Tổng quan về ổn định điện áp

Chương này trình bày về vấn đề ổn định điện áp, hiện tượng sụp đổ điện áp, các nguyên nhân gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp, các mối liên quan giữa hiện tượng sụp đổ điện áp, ổn đinh điện áp và các thay đổi khác nhau trong hệ thống điện Trong chương này, ta cũng đề cập các phương pháp ngăn ngừa hiện tượng sụp đổ điện áp, trong đó phương pháp đặt các thiết bị FACTS tỏ ra rất hiệu quả Tuy nhiên, vì lý do kinh tế nên ta phải chọn vị trí đặt tối ưu cho SVC nhằm nâng cao ổn định điện áp Lý do chọn SVC nghiên cứu là do tính phổ thông của thiết

bị và khả năng áp dụng thiết bị này cho lưới điện Việt Nam

Chương 3. Lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa

Sụp đổ điện áp là một hiện tượng phi tuyến, và lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa là một lý thuyết tỏ ra hiệu quả trong việc nghiên cứu hiện tượng này Trong chương này, lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa được nghiên cứu chi tiết nhằm ứng dụng vào nghiên cứu hiện tượng SĐĐA

Chương 2 Thiết bị bù tĩnh SVC

Chương này nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC, từ cấu tạo, nguyên lý điều khiển, các mô hình phục vụ cho các nghiên cứu khác nhau

Chương 4 Phương pháp xác định vị trí đặt SVC

Sử dụng lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa để tìm điểm vị trí đặt SVC tối ưu

Và phương pháp phân tích dòng công suất liên tục được áp dụng để tìm điểm có khả năng tải lớn nhât (điểm SĐĐA) Phân tích trị riêng tại điểm SĐĐA để tìm vị trí đặt SVC.Ta đặt SVC tại thanh cái giúp ng cao giới h nâ ạn ổn định đ ện i táp ĩnh

m c h t ột ác ốt nhất

M ụ c lụ c

M Ở ĐẦU 9

Mục đích nghiên cứu 10

Ý nghĩa khoa học c a lu n văn 10ủ ậ Nội dung và bố ục củ c a lu n văn 10ậ Chương 1 11

TỔNG QUAN VỀ ỔN Đ NH ĐIỊ ỆN ÁP 11

1.1 Khái quát về ổ ị n đ nh đi n áp ệ 11

1.1.1 Ổ ịn đ nh điện áp 11

1.1.2 Sụp đổ ệ đi n áp 12

1.2 Một số ệ bi n pháp ngăn ngừ ự ụa s s p đ ện áp 16ổđi 1.2.1 Các biện pháp vận hành 16

1.2.2 Các bi n pháp thiệ ết kế 16

1.3 Hiện tư ng điợ ện áp thấp 18

Chương 2 20

LÝ THUYẾT GIAO NHAU TẠI ĐIỂM YÊN NGỰA 20

2.1 Khái quát v lý thuyề ết giao nhau 20

2.2 Giao nhau điểm yên ngựa 21

2.2.1 Giao nhau điểm yên ngựa của phương trình bậc hai 22

2.2.2 Giao nhau điểm yên ngựa c a mủ ộ ệ ốt h th ng đi n đơn giản 22ệ 2.2.3 Các yêu cầu về mô hình hoá 28

2.3 Trị riêng của giao nhau điểm yên ngựa 30

2.4 Đặc điểm c a giao nhau điểm yên ngựa 30ủ 2.5 Không gian trạng thái của giao nhau điểm yên ngựa 31

2.6 Sự liên h giữa giao nhau điểm yên ngựa với SĐĐA 33ệ

2.7 Một số ể đi m chú ý 34

Chương 3 36

THIẾT BỊ BÙ TĨNH SVC 36

3.1 Giới thiệu 36

3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạ ột đ ng của TCR và TSR 37

3.2.1.Cấu tạo 37

3.2.2.Nguyên lý hoạ ột đ ng và đặc tính điều ch nh 38ỉ 3.2.3 Các hiệu ứng phụ 41

2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạ ột đ ng của TSC 44

2.3.1.Cấu tạo 44

3.3.2.Đặc tính điều ch nh 45ỉ 3.4 Các thành phần điều khiển của SVC 48

3.4.1 Khối đo lường 50

3.4.2 Bộ ề đi u chỉnh điện áp 51

3.4.3 Hệ thống đồng b 56ộ 3.4.4 Kh i phát xungố 57

3.5 Đặc tính làm việc của SVC 58

3.6 Đặc tính điều ch nh 59ỉ 3.7 Mô hình SVC 65

3.7.1 Mô hình hoá SVC như một điện kháng có trị ố s thay đ i 65ổ 3.7.2 Mô hình SVC theo tổ ợ h p ngu n và phụ ảồ t i ph n kháng 67ả Chương 4 71

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐẶT SVC 71

4.1 Mô hình hóa hệ thống điện 71

4.2 Giới hạn công suất truyề ản t i 72 4.2.1 Thuật toán phân bố công suất liên tục 73

b Áp dụng 74

c Ưu, nhược điểm c a thuật toán 75ủ 4.3 Thanh cái (khu vực) d b mấ ổ ịễ ị t n đ nh đi n áp 76ệ 4.3.1 Phân tích giá trị suy biến 76 4.3.2 Phân tích vectơ trị riêng 78 4.4 Phương pháp xác định vị trí tối ưu của SVC 78 4.5 Một số ế k t quả mô ph ng 79ỏ 4.5.1 Sơ đồ tính toán 79 4.5.2 Ph n mầ ềm tính toán 80 4.5.3 Kết qu tính toáả n 81

KẾT LUẬ 88N Tài liệu tham khảo 89 Tiếng Việt 89 Tiếng Anh 89

DANH M C CÁC CH Ụ Ữ VIẾ T T T Ắ

FACTS Flexible AC Transmission Systems

OĐĐA Ôn đ nh điị ện áp

STATCOM Static Sysnchronous Compensator

TCSC Thyristor Controlled Series Compensator

Danh sách các hình vẽ

Hình 1.1 Các giai đoạn SĐĐA theo thời gian 14Hình 2 2Biể ồu đ giao nhau của trạng thái V và thông số p 24Hình 2.3 Biều đồgiao nhau của V và δ 25Hình 2 5.Không gian trạng thái t i điểm giao nhau 27ạHình 2.6 Không gian trạng thái sau điểm giao nhau 28Hình 2 7 Hiện tư ng SĐĐA theo thợ ời gian 31Hình 2 8 Không gian thông s công suố ất tải 32Hình 3.1: a C u t o cấ ạ ủa TCR, b Điều khi n góc đánh lửể a,c D ng sóng vận ạhành 37Hình 3.2: Biến thiên biên đ các dòng điộ ện thành phần cơ bản qua TCRph ụthuộc góc mở α 39Hình 3.3: Đặc tính V-I c a TCR 40ủHình 3.4: Biên độ các thành phần dòng điện bậc cao c a TCR so v i α 41ủ ớHình 3.5: Dạng sóng minh họa cho phương pháp điều khi n tu n tể ầ ự 42

để ả gi m sóng hài bằng hệ thống 4 TCR 42Hình 3.6: Cách sắp x p 12 xung 2 bế ộ TCR và d ng sóng dòng đi n 43ạ ệHình 3.7: Cấu tạo TSC và dạng sóng vận hành 45Hình 3.8: Dạng sóng minh họa quá trình đóng c t không có quá trình quá đắ ộ của TSC 46

Hình 3.9: Đặc tính V-I của TSC (làm tăng điện dung bậc), hoặc phối hợ ớp v i 1

nhánh TCR 47

Hình 3.10: Sơ đ điồ ều khiển ch c năng c a SVC 49ứ ủ Hình 3.11: Sơ đồ khố ệi h thống điều khi n c a SVC 50ể ủ Hình 3.12 : Mạch đo c a module điủ ều khi n cho SVC.ể 51

Hình 3.13: Các cách thức điều ch nh đi n áp:a) Bộ tích phân vỉ ệ ới phả ồi lấ ừn h y t điện dẫn.b) Bộ tích phân với phản hồi dòng điện.c) S dử ụng hằng số thời gian 53

Hình 3.14: Mô hình cơ bản 1 của IEEE cho h th ng đi u khiể ủệ ố ề n c a SVC (a) và mô hình bộ ề đi u chỉnh điện áp (b) 54

Hình 3.15: Mô hình cơ bản 2 của IEEE cho h th ng đi u khiể ủệ ố ề n c a SVC (a) và mô hình bộ đ ề i u chỉnh điện áp (b) 55

Hình 3.16: Mô hình PLL nói chung cho hệ thống điều khiển số 57

Hình 3.17: Sơ đồ khối điều khi n góc đánh lể ửa của TCR 57

Hình 3.18: Đặc tính làm vi c c a SVC đi u chệ ủ ề ỉnh theo điện áp 58

Hình 3.19: Sóng của đi n áp đệ ầu ra c a m ch thu n tr có thyristor 59ủ ạ ầ ở Hình 3.20: Ảnh hưởng của giá trị góc cắt α đến dòng điện của TCR 60

Hình 3.21: Sóng của tín hi u dòng đi n c a TCR 61ệ ệ ủ Hình 3.22: Đặc tính điều ch nh dòng đi n củỉ ệ a TCR theo góc c t α 63ắ Hình 3.23: Các sóng hài bậc cao trong ph n tầ ửTCR 64

Hình 3.24: Đặc tính Vôn – Ampe của SVC 65

Hình 3.29: Sơ đồ ố b trí tương đương của SVC 70

Hình 4.2 Sơ đồ ệ ố h th ng 300 nút của IEEE 80

Hình 4.3 Dạng điện áp t i các nút nhạ ạy nh t trong trường hợp không SVC 82ấ Hình 4.4 Vectơ suy biến và vectơ riêng của ma trận JQV 85

Hình 4.5 Vectơ trị riêng c a ma trậ ầ ủủ n đ y đ 85 Hình 4.6 Vectơ trị riêng c a ma trận dòng công suất 86ủ

Danh sách các bảng

Bảng 3.1: Các thông số ộ đ ề b i u chỉnh đi n áp SVC điệ ển hình 53

Bảng 4.1 Giá trị riêng ph i 82ả Bảng 4.2 Thông số ủ c a SVC 83

Bảng 4.3 Hiệu quả tác động c a SVCủ 87

Bảng 4.4 Công suất truyền tải giới hạn (MW) 87

Bảng 4.5 Lượng công su t truyề ảấ n t i tăng khi có SVC 87

M Ở ĐẦ U

Hiện nay, các hệ ống đi n (HTĐ) truyth ệ ền tải điện xoay chiều đều phức

tạp về thiết bị, cấu trúc và rộng l n v m t đ a lý Tuy nhiên, do nhu cầu sử ụớ ề ặ ị d ng

đi n năng ngày càng lệ ớn, điều ki n kinh t và các yêu cầu về môi trườệ ế ng ph n ầnào hạn chế ệ vi c xây d ng các hự ệ ố th ng truyền tải và phát điện mới nên nhi u ềcông ty điện buộc ph i v n hành h th ng g n v i gi i h n ổ ịả ậ ệ ố ầ ớ ớ ạ n đnh

Khi các thông số ủ c a hệ thống thay đổ ặi, đ c biệt là phụ ả t i trong hệ ố th ng, giá trị ệ đi n áp có thể ẽ ả s gi m nhẹ ỹ K sư v n hành thư ng đi u khiậ ờ ề ển điện áp tại

một số thanh cái bằng cách tăng CSPK phát, đóng cắt bộ ụ ệ t đi n và thay đổ ầi đ u phân áp Khi nh ng thiữ ết bị này đạt giới hạn điều chỉnh thì người vận hành không thể ề đi u khi n đi n áp đưể ệ ợc nữa Hơn nữa, khi công suất phụ ả t i tăng đến một giá trị nào đó, mộ ạt d ng mấ ổ ịt n đ nh h th ng (sụ ổ ệệ ố p đ đi n áp) có thể ả x y ra Hiện tư ng này đặc trưng bợ ởi vi c gi m điệ ả ện áp đột ngột và nhanh t i mạ ộ ốt s hoặc tất cả các thanh cái trong hệ thống

Nguyên nhân chính gây ra sụ ổ ệp đ đi n áp (SĐĐA) là do hệ ố th ng không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu th công su t ph n kháng (CSPK) SĐĐA có th là toàn ụ ấ ả ể

b ộ hoặc là một ph n ầ

SĐĐA cũng có thể ả x y ra v i m t khu vớ ộ ực trong hệ thống có phụ ả t ớn i lnhưng không có kh năng bả ảo đ m điả ện áp trong phạm vi cho phép Giới hạn đầu phân áp và các động cơ cả ứm ng công su t l n cũng là những nguyên nhân ấ ớchính gây mấ ổ ịt n đ nh đi n áp ệ

Nhiều nghiên cứu về ấ m t ổ ịn đ nh đi n áp đã đượệ c th c hi n đ xu t các ự ệ ể đề ấbiện pháp b o vả ệ HTĐ chống lại SĐĐA sự ố c này như sa thải phụ ả t i, s d ng ử ụcác máy phát dự phòng Trong các bi n pháp ngăn ng a đã đ xu t thì sử ụệ ừ ề ấ d ng

Static Var Compensator (SVC) là một trong những bi n pháp hiệ ệu quả rõ r t ệTuy nhiên, do giá thành cao của SVC nên việc xác định vị trí đ t tốặ i ưu của bộ điều khiển này trong hệ thống là bài toán quan trọng đã và đang đặt ra cho các nhà nghiên cứu cũng như nh ng ngưữ ời quy hoạch và thiế ế ệt k h thống

M ụ c đích nghiên c ứ u

Nhằm xây dựng m t phộ ương pháp xác định v trí đ t củị ặ a SVC, m c đích ụchính c a luủ ận văn là:

- Nghiên c u vứ ề ổ n đ nh điện áp; ị

- Nghiên c u vứ ề lý thuy t giao nhau đế ể phân tích hiện tượng SĐĐA;

- Nghiên c u vứ ề nguyên lý hoạ ột đ ng, tác động điều khi n c a SVC; ể ủ

- Đềxuất phương pháp xác định v trí đ t thiết bịị ặ SVC đ nâng cao ể

giới hạ ổn định n

Ý nghĩa khoa họ c c a luận văn ủ

Với những nội dung nghiên cứu nêu trên cùng vớ ềi đ xuất phương pháp xác định v trí đ t c a thi t b SVC đ nâng cao n đ nh, lu n văn có ý nghĩa ị ặ ủ ế ị ể ổ ị ậđáng kể ề v mặt khoa h c ọ

Nội dung và bố ụ ủ c c c a lu n văn ậ

Ngoài ph n mầ ở đầ u và k t lu n, n i dung c a lu n văn đư c trình bày ế ậ ộ ủ ậ ợtrong 4 chương như sau:

- Chương 1 Tổng quan về ổ ị n đ nh đi n áp ệ

- Chương 2 Lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa

- Chương 3 Thiết bị bù tĩnhSVC

- Chương 4 Phương pháp xác định v ịtrí đặt SVC

và một vài sự c mố ất OĐĐA trên thếgiới đã cho thấy hậu quả nghiêm tr ng cọ ủa

s c ự ố này như sụt giảm điện áp lớn

Do HTĐ có thể phả ậi v n hành ở những chế độ ặ n ng nề, nên khả năng gi ữOĐĐA và các biện pháp t t c i thiện công suất phản kháng và điềố ả u ch nh đi n áp ỉ ệ

là rất c n thiầ ết Nếu các tác đ ng điộ ều khiển không hợp lý thì khi phụ ả t i tăng liên tục, hệ ố th ng có thể mấ ổt n định Dư i đây là mộ ốớ t s khái ni m liên quan ệđến OĐĐA:

- OĐĐA (Voltage Stability) là kh năng cả ủa m t HTĐ gi ợc ộ ữ đư

đi n áp Do đó, khi có sệ ự thay đ i ph tổ ụ ải (tăng) thì cả công suất và điện

áp đều có th điể ều khiển được;

- SĐĐA (Voltage Collapse) là quá trình mà việc mất OĐĐA dẫn

đến s s t gi m điệự ụ ả n áp trong h thống; ệ

- Độ an toàn điện áp (Voltage Security) là khả năng c a một HTĐ ủkhông chỉ ậ v n hành ổn định mà còn giữ đư c ổợ n định khi có sự ố c hoặc thay đổi tiêu cực trong hệ thống

OĐĐA được chia thành hai dạng như sau:

- Ổn đ nh tĩnh ( n đ nh điị ổ ị ện áp sau những kích động nh ) là kh ỏ ảnăng hệ thống điều khiển được điện áp trong hệ ố th ng sau nh ng kích ữ

động nh như thay đ i ph t i D ng n đ nh này đư c quy t đ nh b i các ỏ ổ ụ ả ạ ổ ị ợ ế ị ở

đặc tính c a t i, các thi t b đi u khi n liên t c, đi u khi n r i r c trong ủ ả ế ị ề ể ụ ề ể ờ ạmột thời gian cho trước;

- Ổn đ nh đị ộng (ổn đ nh điị ện áp sau những kích động l n) là khả ớnăng hệ thống điều khiển được các điện áp trong m ng sau những kích ạ

động l n như s c m t máy phát, ngắn mạớ ự ố ấ ch D ng n đ nh này được ạ ổ ịquyết định bởi đặc tính tải và sự tác đ ng qua lạộ i giữa các thiết bị ả b o vệ

và điều khiển liên t c cũng như rời rạụ c trong h thống ệ

Một hệ thống có thể ất ổn đị m nh khi có kích động dẫn đ n điế ện áp giảm

mạnh mà người vận hành và các hệ ố th ng đi u khiển tự độề ng không cải thiện được điện áp Nguyên nhân chính gây mất OĐĐA thư ng là do HTĐ không ờ đáp

ứng đủ nhu c u CSPK Tuy h th ng không OĐĐA là hi n tư ng mang tính c c ầ ệ ố ệ ợ ụ

b ộ nhưng hậu quả ủa nó lại có thể nghiêm trọ c ng như sự ố c SĐĐA S s t giảm ự ụđiện áp có thể ễ di n ra trong vài giây cho t i vài phút ớ

1.1.2 Sụp đổ ệ đi n áp

SĐĐA là một hiện tượng ph c t p và h u quả ủứ ạ ậ c a nó là điện áp t i m t ạ ộphần quan trọng trong HTĐ bị ả gi m rất thấp

Dưới đây là một số ự ố s c SĐĐA đã x y ra trên thế ớả gi i [40]:

- S c ự ố ở South Zealand, Đan M ch, tháng 3 năm 1979;ạ

- S c ự ố ở miền Nam của hệ thống Nordel (Th ụy Điển và Đan Mạch), tháng 12 năm 1983;

- S c Cự ố ở ộng hòa Séc, tháng 7 năm 1985;

- S c ự ố ở Anh, tháng 5 năm 1986

Như v y, SĐĐA là mậ ộ ất v n đ thự ếề c t và h u qu củậ ả a nó là r t l n [40] ấ ớchỉ ra r ng các sự ốằ c trên x y ra vì các lý do khác nhau Do đó, rất nhiều nghiên ả

cứu về SĐĐA đã được thực hiện, ví dụ như [41.42] chỉ ra m i liên quan giữa sụp ố

đổ ệ đi n áp và đi m phân nhánh (bifurcation point) ể

Giả ử ộ s m t HTĐ đang ở ạ tr ng thái ổn đ nh Thông thư ng, khi có thay đị ờ ổi (đề ậ ở ục trướ c p m c) trong HTĐ thì hệ ố th ng s có quá trình quá đ thi t l p ẽ ộ để ế ậlại trạng thái ổn định mớ ới v i điểm vận hành ổn định mới N u s thay đổi là liên ế ự

tục (ví dụ như phụ ả t i tăng dần) thì quá trình thiết lập phải xác định được điểm vận hành ổn định mới vì đi m này luôn thay đ i Đây chính là ể ổ mục tiêu mong muốn khi vận hành HTĐ

Tuy nhiên, HTĐ có thể m t ổấ n định khi sự thay đ i trong hệ thốổ ng d n ẫ

đến không có điểm v n hành ổậ n định nữa Vì không tồn tại điểm vận hành ổn

định m i nên h th ng s x y ra m t quá trình quá đ ph c t p đ c trưng b i s ớ ệ ố ẽ ả ộ ộ ứ ạ ặ ở ựSĐĐA S SĐĐA này bự ắt đầu b ng vi c đi n áp sụt giảm chậm và sau đó là ằ ệ ệgiảm nhanh do có các thay đổi khác x y ra theo trong hệ ốả th ng Đi u này dẫn ề

đến s s t gi m điện áp liên tụự ụ ả c và HTĐ bịtan rã

Quá trình SĐĐA được chia thành 3 giai đoạn di n ra t vài giây cho tới ễ ừvài phút như sau:

(1) Các quá trình quá độ ệ đi n cơ (ví d như các máy phát điện, các ụ

b ộ điều chỉnh, các đ ng cơ cộ ảm ứng và các thiết bị ệ đi n t công suử ất – như SVC, HVDC) trong vài giây

(2) Các thiết bị đóng c t rờ ạắ i r c, như các đầu phân áp của các máy biến áp (MBA) điều áp dưới tải và các bộ giớ ạn kích ti h ừ tác động trong vài ch c giây.ụ

(3) Quá trình khôi phục ph t i di n ra trong vài phút ụ ả ễ

Khi phân tích OĐĐA, giai đo n (1) đưạ ợc g i là giai đoọ ạn quá độ, giai

đo n (2) và (3) là giai đoạ ạn dài hạn Hình 1.1 mô tả hiện tượng SĐĐA theo các giai đoạn vừ ề ậa đ c p

Hình 1.1 Các giai đoạn SĐĐA theo thời gian SĐĐA thường xảy ra với các HTĐ nặng tải, hoặc HTĐ có sự ố c , ho c ặHTĐ thiếu h t CSPK Hi n tư ng này liên quan tới nhiều phần tử trong hệ th ng ụ ệ ợ ố

và thông số ủ c a các phần tử đó D nhận thấy rằng tuy hiệễ n tư ng này thườợ ng liên quan đến một khu vực nào đó trong hệ thống nhưng hậu quả ủ c a nó lại ảnh hưởng đến cả ệ h thống

Như đã nói ở trên, SĐĐA đư c phân loạợ i theo giai đoạn quá độ hoặc trong giai đoạn dài hạn Tuy nhiên, SĐĐA trong giai đoạn dài hạn có th bao gể ồm các

hậu quả ừ giai đoạ t n quá độ; ví dụ SĐĐA diễn ra chậm trong vài phút có thể ế k t thúc n u có sế ự SĐĐA nhanh x y ra trong giai đoả ạn gian quá độ

Các thay đổi chậm - th i ờgian dài

Bản chất vật lý của hiện tượng SĐĐA chính là yêu cầu CSPK của phụ ả t i không đư c đáp ng đợ ứ ủ do gi i hạn về phát và truy n tớ ề ải CSPK Các giớ ạn về i hphát CSPK bao gồm giới hạn của các máy phát, giới hạn công suất của SVC và

s sự ụt giảm CSPK của các tụ ở điện áp thấp Các giới hạn về truyề ả n t i CSPK là tổn thất CSPK lớn trên các đường dây nặng tải, hoặc có s c đư ng dây dẫ ếự ố ờ n đ n giảm công suất truyề ản t i

Một số thay đổi trong hệ ố th ng có thể ẫ d n tới SĐĐA là:

• ự ố đường dây ho c máy phát.ặ

Hầu hết các thay đổi này có ảnh hưởng rất lớn tới việc phát, truyề ản t i và tiêu thụ CSPK Do đó, SĐĐA là v n đ thu hút s quan tâm c a các nhà nghiên ấ ề ự ủcứu và công ty điện trong suốt hơn hai mươi năm qua nhằm đề xuất các phương pháp để ả b o vệ HTĐ không b SĐĐA ị

Việc ng t các bắ ộ ụ t shunt, khoá các MBA điều áp dưới t i, phân bả ố ạ l i công suất phát, điều chỉnh điện áp, sa thải phụ ả t i, và quá t i tả ạm thời CSPK của các máy phát là mộ ốt s phương th c đi u khiển đượ ử ụứ ề c s d ng như là các biện pháp ngân ngừa SĐĐA

1.2 Mộ ố ệ t s bi n pháp ngăn ng a sự s ừ ụ p đ điệ ổ n áp

1.2.1 Các biện pháp v n hành ậ

a Giới hạn ổn đ nh ị

H ệthống nên vận hành với một gi i h n OĐĐA cho phép b ng cách xây ớ ạ ằ

dựng kế hoạch sử ụng các nguồn CSPK phù hợp Nếu sự ố d c SĐĐA không th ểngăn ch n đưặ ợc b ng các nguồằ n CSPK và các thi t b ềế ịđi u ch nh đi n áp hiện có ỉ ệtrong hệ thống, thì công su t truy n tấ ề ải phải được gi i h n và các máy phát dự ớ ạphòng phả ượi đ c kh i đ ng ở ộ

b Dự ữ tr quay

D ựtrữ CSPK phải đư c đợ ảm bảo bởi các máy phát đang v n hành đậ ểduy trì điện áp trong ph m vi cho phép C n chú ý rạ ầ ằng, công suất dự trữ quay phải được phân bố ạ t i các khu vực có nhu cầu l n vớ ề điều ch nh điện áp ỉ

c Ngườ ậi v n hành

Yêu cầu đối với người v n hành là phậ ải nắm vững các hiện tượng liên quan đến OĐĐA và kịp thời có các thao tác hợp lý như điều chỉnh điện áp, sa thải phụ ả t i Các phương thứ ậc v n hành ngăn ngừa hiện tượng SĐĐA phải được thiết l p ngay.ậ

1.2.2 Các biệ n pháp thi t k ế ế

a Điều khi n đi n áp máy phát ể ệ

Hiệu quả tác đ ng của bộ ộ ự độ t ng điều chỉnh điện áp máy phát AVR (automatic voltage regulator) là điện áp phía cao của MBA tăng áp sẽ đư c đi u ợ ềchỉnh Trong nhiều trường hợp, biện pháp này r t hiấ ệu quả để đả m b o OĐĐA ả

b Phối hợp các thi t bế ị bảo vệ và điều khi n ể

Một trong các nguyên nhân dẫn đ n SĐĐA là thiế ếu sự phối hợp giữa các thiết bị ả b o vệ, điều khiển Do vậy, các nghiên cứu mô phỏng về ự s phố ợ ủa i h p ccác thiết bị ả b o v trong các tình huệ ống khác nhau c a hủ ệ thống là rất cần thiết

c Điều khi n đ u phân áp của MBA ể ầ

Người ta có th thay đ i đ u phân áp của MBA để ảể ổ ầ gi m nguy cơ SĐĐA Tuy nhiên, nếu không có ảnh hưởng tích cực tại nơi thay đ i đổ ầu phân áp của MBA thì biện pháp này phải không được dùng nữa khi điện áp phía nguồn giảm Đầu phân áp chỉ đư c ti p t c thay đổi khi điện áp phía nguồ ồợ ế ụ n h i ph c ụ

d Sa thải phụ ả t i

Trong một số trường hợp nguy hiểm, người ta ph i ti n hành sa thải phụ ả ế

tải Đây là biện pháp rẻ tiề ển đ ngăn chặn hiện tư ng SĐĐA lan ộợ r ng Điều này đúng nếu xác su t các đi u kiện và các tình huốấ ề ng kh n c p trong hệ ốẩ ấ th ng gây

mất OĐĐA thấp Tuy nhiên, bi n pháp này có thệ ể đem l i nh ng hạ ữ ậu quả nghiêm trọng Đ c điặ ểm và v trí c a ph t i b sa th i là các y u t c n chú ý khi ị ủ ụ ả ị ả ể ố ầ

s dử ụng b ện pháp này.i

Quy trình sa thải phụ tải phải phân biệt được các sự ố, sụt giả c m điện áp thoáng qua, và các điều ki n đi n áp thấp dẫn tới hiệệ ệ n tư ng SĐĐA Tuy nhiên, ợphương pháp này không nên sử ụ d ng nếu có thể

e Sử ụ d ng các thiế ịt b FACTS

Flexible Alternative Current Transmission Systems (FACTS) là khái niệm

h ệ thống điện truyề ản t i xoay chiều linh hoạt được phát tri n dể ựa trên công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực điện tử công suất

Thực ch t, các thiấ ết bị FACTS là sự ế k t h p giợ ữa khả năng đóng/cắt nhanh

của các thiết bị bán dẫn với các mạch điện ph c t p Ưu đi m c a các thi t bị ứ ạ ể ủ ếnày là khả năng đi u chỉnh nhanh và hiệu quảề các thông s nh hư ng đố ả ở ến vận

hành của các h th ng truyề ảệ ố n t i như đi n kháng đư ng dây, đi n áp, dòng điệ ờ ệ ện, góc pha… nhằm nâng cao s ựan toàn (ổn định) khi vận hành các HTĐ [29] Các thiết bị FACTS chính bao g m: ồ

- Static Var Compensator (SVC): thiết bị bù ngang điều khiển bằng Thyristor

- Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC) :thiêt bị bù dọc được điều khi n thyristor ể

- Static Sysnchronous Compensator (STATCOM): Bộ ụ t bù tĩnh

- Unified Power Flow Control (UPFC): thiết bị ề đi u khiển dòng công

Tuy nhiên, giá thành của các thiế ị FACTS là mộ ởt b t tr ng i l n khi áp ạ ớdụng trong thực tế

1.3 Hiệ n tư ng đi ợ ệ n áp thấp

Một vấ ền đ liên quan tới SĐĐA là đi n áp cho phép Điện áp cho phép là ệmột giá trị ằ n m trong một khoảng lân c n giá tr nh mức [25] Ví dụ ệậ ị đị đi n áp h ệthống truy n tề ải thư ng đườ ợc điều ch nh trong phạm vi 5% điện áp định mức Do ỉ

đó, đàm b o điả ện áp trong phạm vi cho phép khi có thay đổi trong hệ thống là rất quan trọng

Điện áp được quyế ịt đnh bởi sự cân bằng giữa CSPK yêu c u và CSPK ầphát Do có tổn thất trên đường dây nên vi c truyệ ề ản t i m t lư ng lớn CSPK trên ộ ợ

đư ng dây dài thườ ờng không hi u quảệ Để khắc ph c vụ ấn đề này thì ph n lầ ớn CSPK phụ ả t i yêu c u sầ ẽ đư c cung cấợ p ngay tại đó Bên c nh đó, các máy phát ạ

đi n đệ ều có giới hạn phát CSPK nên đây cũng là nguyên nhân nh hưả ởng t i ớ

điện áp trong h th ng cũng như hiệ ố ện tượng SĐĐA

Các thiết bị thực hiện điều chỉnh điện áp bao gồm:

- Các thiết bị bù tĩnh và có th đóng/c t đưể ắ ợc;

- Các thiết bị bù được điều khiển b ng thyristor;ằ

- Các MBA điều áp dướ ải t i;

- Các máy phát điện

Hiện tư ng điệợ n áp thấp xảy ra khi điện áp các thanh cái trong hệ ố th ng ở dưới giá trị cho phép nhưng hệ thống điện vẫn có thể ậ v n hành Do điểm v n ậhành ổn định là bền vững và không có sự SĐĐA đ ng nên về ảộ b n chất hiện tượng điện áp thấp khác v i hiớ ện tư ng SĐĐA.ợ

Tăng điện áp bằng cách phát thêm CSPK có thể nâng cao giới h n xạ ảy ra SĐĐA Đặc bi t, các b t shunt tỏệ ộ ụ ra hi u qu hơn khi cung c p CSPK t i các ệ ả ấ ạthanh cái có đi n áp cao Tuy nhiên, tăng điệ ện áp bằng cách điều ch nh đ u phân ỉ ầ

áp của các MBA đi u áp dưề ới tải l i có thạ ể làm gi m giới hạn SĐĐA do nhu cầu ảCSPK tăng lên

Chương 2

LÝ THUYẾT GIAO NHAU TẠI ĐIỂM YÊN NGỰA

2.1 Khái quát về lý thuyết giao nhau

SĐĐA là một hiện tượng phi tuy n, nên các lý thuy t phi tuyế ế ến thường được áp d ng đ phân tích hiệụ ể n tượng này

Qua các tài liệu tham khảo được bi t, nhiế ều nhà nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết giao nhau (bifurcation theory) đã giải thích và làm sáng tỏ ệ hi n tư ng ợSĐĐA Lý thuyết này được phát triển từ các ý tưởng của các nhà toán học, các nhà khoa học và các lý thuyết khác trong lĩnh vực kỹ thuật (đặc biệt là lý thuyết

h ệthống phi tuyế ộn đ ng)

Lý thuyết giao nhau nghiên cứu các diễn bi n vế ề ch t, ví dụấ như m t ổn ấ

định, c a m t h th ng nào đó khi các thông s c a h th ng này thay đ i t t ủ ộ ệ ố ố ủ ệ ố ổ ừ ừ

Vì vậy, lý thuyết giao nhau được áp d ng đ mô t và tính toán các sựụ ể ả thay đ i ổ

dẫn đến sự ấ ổ ị m t n đ nh c a các HTĐ có độ ứ ạủ ph c t p và r ng lớ ấ ỳộ n b t k

Các hiện tượng giao nhau c a lý thuyủ ết này được chia thành hai lo i chính ạnhư sau:

- Giao nhau tại điểm yên ng a (saddle node bifurcation): hệ ốự th ng

b mị ấ ổt n đ nh khi các thông số ệ ốị h th ng thay đ i ch m H qu c a nó là ổ ậ ệ ả ủcác trạng thái hệ thống sụp đổ động Sự ụ s p đ ng củổ độ a điện áp trong hiện tượng SĐĐA đã được gi i thích dựa trên hiệả n tượng giao nhau này;

- Giao nhau Hopf (Hopf bifurcation): hệ ố th ng bắ ầt đ u dao động khi các thông số ệ h thống thay đổi H qu c a nó hoặc là dao độệ ả ủ ng n đ nh ổ ịhoặc là dao đ ng có biên độ ộ ớ l n dần

S ựgiao nhau tại điểm yên ng a x y ra khi có thông sốự ả thay đ i gây mất ổn ổ

định c a h th ng Trong các hệ th ngủ ệ ố ố liên tục, s giao nhau ng v i viự ứ ớ ệc ph n ầthực một véc tơ trị riêng c a phương trình mô tả ệ ốủ h th ng đi qua đi m 0 Trong ểcác hệ ố th ng rời rạc, sự giao nhau ng vứ ới một điểm có modun bội số Flouent bằng 1 Trong cả hai trư ng hợp này thì phương trình mô tả ệờ h thống là không hypebol tại điểm giao nhau

C ụthể hơn, xét mộ ệ ốt h th ng đ ng liên tộ ục được môt tả ằ b ng phương trình

vi phân như sau:

S ự giao nhau xảy ra tại (x0, λ0) nếu ma trận Jacobi có phần thực

một trị riêng bằng 0 Nếu phần ảo trị riêng này bằng 0 thì sự giao nhau này là giao nhau ổ ịn đnh N u phế ần ảo trị riêng này khác 0, thì đây là giao nhau Hopf

Với hệ thống động r i r c, phương trình mô tả ệ ốờ ạ h th ng có dạng:

Do đó, sự giao nhau xảy ra tại (x0,λ0) nếu ma trận có mođun một trị riêng bằng một Nếu trị riêng này b ng 1, thì s giao nhau này là giao nhau ằ ựđiểm yên ngựa Nếu trị riêng này bằng -1, thì đây là giao nhau Hopf Trong khuôn khổ ậ lu n văn, vấn đềgiao nhau Hopf không được đề ậ c p n a ữ

2.2 Giao nhau điểm yên ngựa

Giao nhau điểm yên ngựa là sự ấ m t cân bằng của hệ thống khi các thông

s ố thay đổi từ ừ ố t Đ i với lĩnh v c HTĐ, giao nhau điự ểm yên ngự ảa x y ra khi hệ thống bị ấ ổ ị m t n đ nh K t quả ủ ự ấ ổ ịế c a s m t n đ nh như v a nêu làm tr ng thái c a ừ ạ ủ

h ệ thống thay đ i đ ng Đổ ộ ặc bi t, s thay đệ ự ổi động này có th làm cho hể ệ thống

b ịSĐĐA Như vậy, giao nhau điểm yên ngựa có thể gây SĐĐA

2.2.1 Giao nhau điể m yên ngựa của phương trình bậc hai

Giao nhau điểm yên ngựa là một hiện tượng phi tuyến, nên nó không xảy

ra trong mô hình tuyến tính Tuy nhiên, hiện tượng này có thể đư c giải thích ợbằng nghiệm của một phương trình bậc hai đơn giản

Gi thiả ết phương trình có hai nghiệm thực (các điểm cân bằng) Khi hệ ố s (thông số ủ) c a phương trình thay đổi từ ừ t , giá trị hai nghi m thựệ c thay đổi theo,

có thể ằ b ng nhau ho c không t n tặ ồ ại Sự giao nhau xảy ra t i trư ng h p phương ạ ờ ợtrình có nghiệm kép (trường hợp giới hạn) Nói cách khác, sự giao nhau phân chia trường h p có hai nghiệm thựợ c và trường hợp không có nghiệm thực

p = 0 Đây chính là đi m phân chia trưể ờng hợp có hai nghiệm thự ớc v i trư ng ờ

hợp không có nghiệm thực

2.2.2 Giao nhau điể m yên ngựa c a m ủ ộ t h th ng đi n đơn gi n ệ ố ệ ả

Xét một HTĐ đơn giản gồm m t máy phát (PV) cấp điệộ n cho ph t i (PQ) ụ ả

có hệ ố s công su t không đ i (hình 2.1) ấ ổ

Để ể bi u di n quá trình thay đổễ i ph t i trong hệ thống, công suất tác dụng ụ ả

p được ch n là thông s thay đ i từ ừọ ố ổ t Vectơ tr ng thái cạ ủa hệ thống x = (V,δ) biểu thị phức vectơ điện áp phụ ả t i Hình 2.2 thể hiệ ựn s thay đổi của điện áp V theo p Khi p nhỏ, chúng ta thấy có hai điểm cân bằng, một điể ứm ng v i đi n áp ớ ệlớn hơn và một điể ứm ng v i đi n áp th p hơn Điểm có điệớ ệ ấ n áp l n hơn có dòng ớ

đi n đư ng dây bé hơn và ngưệ ờ ợ ạc l i đi m đi n áp thấể ệ p có dòng đi n đưệ ờng dây lớn hơn

Khi p tăng từ ừ t thì hai đi m này có xu hưể ớng dịch l i gần nhau và giao ạnhau tại điểm công suất giới hạn p* Khi công suất phụ ả t i lớn hơn p*, điểm cân bằng không còn nữa Như vậy, các điểm cân b ng s m t t i đi m pằ ẽ ấ ạ ể * (giao nhau điểm yên ngựa)

Hình 2 1 Sơ đồ ệ ố h th ng đi n đơn giảệ n: m t máy phát ộ

PV cung c p cho tấ ải PQ với hằng s công suố ất không đổi

Hình 2 2 Biểu đ giao nhau c a tr ng thái V và thông sồ ủ ạ ố p

Hình 2.2 được g i là biể ồ giao nhau và s giao nhau xọ u đ ự ảy ra tại mũi của đường cong Như chúng ta bi t, HTĐ chế ỉ ậ v n hành tại điểm cân bằng ổ ịn đ nh đểkhi bị kích đ ng, hệ thống có khả năng trở ạộ l i đi m cân bể ằng Trong thự ế, c tđiểm cân bằng có điện áp lớn hơn là ổn định, còn điểm cân bằng có điện áp thấp hơn là không n đổ ịnh Do tính ổn định c a đi m cân b ng, nên trạng thái hệ ủ ể ằthống bám theo điểm cân bằng điện áp lớn hơn khi phụ ả t i thay đ i cho tới lúc có ổhiện tượng giao nhau

Hình 2.3 thể ệ hi n đ y đ hai trạng tháầ ủ i V và δ của điểm cân bằng khi phụ

tải thay đ i Điổ ểm có góc δ bé hơn tương ứng với điểm cân bằng có điện áp lớn hơn Mũi của hai đường cong là điểm giao nhau của điểm cân bằng ổn định và điểm cân bằng không ổ ịn đ nh Giá trị ủ c a hai đi m mũi đ u là pể ề *

Phụ ả t i

V

Hình 2.3 Biều đ giao nhau cồ ủa V và δ Hình 2.4 đến hình 2.6 thể hiện không gian tr ng thái cạ ủa các chế độ ph ụtải khác nhau Trục tọ ộ ủa đ c a không gian trạng thái là trạng thái V, δ

Hình 2.4 thể hiện hai điểm cân bằng ứng với công suất ph t i trung bình ụ ảCác mũi tên mô t quá trình đả ộng hoặc quá trình quá độ ủ c a h thống N u hệ ế ệthống vận hành với điểm cân b ng (ổ ịằ n đ nh), thì khi hệ ố th ng bị tác đ ng b i bộ ở ất

k ỳ kích động nhỏ nào, t t cả các mũi tên cho thấấ y tr ng thái hạ ệ ố th ng trở ề ể v đi m cân bằng Ngược lại, với trường hợp hệ thống vận hành ở ể đi m cân bằng (không

ổn định), h th ng r i xa đi m cân b ng trong h u h t các trư ng h p có kích ệ ố ờ ể ằ ầ ế ờ ợđộng

Phụ ả t i

Hình 2 4 Không gian tr ng thái vạ ới tải trung bình

Hình 2.5 thể ệ hi n hai đi m cân bằể ng giao nhau tại điểm công suất giớ ạn i h

p* Các mũi tên cho thấy điểm cân b ng này không ằ ổn định vì một số mũi tên có

xu hướng r i khờ ỏi điểm cân bằng Nghĩa là khi có các kích động nh ng u nhiên, ỏ ẫ

h ệthống mấ ổ ịt n đ nh H u qu c a quá trình đậ ả ủ ộng không ổn định là trạng thái hệ thống dịch chuyển theo đường cong đậm Do đó, điện áp giảm và góc δ tăng Điều này gi i thích sự ụả s t giảm điện áp trong sự ố c SĐĐA

Hình 2 5.Không gian trạng thái t i đi m giao nhau ạ ểTrước khi có s giao nhau, thì trạng thái hệ thống luôn bám theo điểm cân ự

bằng ổn định nếu phụ ải thay đổi từ ừ t t Vì v y, đi m cân bằng có thểậ ể đư c xác ợ

định t các phương trình tĩnh (giừ ả ử s nghi m cệ ủa các phương trình tĩnh là điểm cân bằng ổn định) Tại đi m giao nhau, điể ểm cân b ng không ằ ổn định, nên quá trình quá độ ủ c a SĐĐA cần được mô t b ng mô hình động Do đó, để nghiên ả ằ

cứu sự ố SĐĐA, người ta thường xem xét quá trình độ c ng c a h thống ủ ệ

Trong một số ch s c , HTĐ có th ế độ ự ố ểcó công suất phụ ả t i lớn hơn công suất giới h n pạ * Rõ ràng là trường hợp này không có điểm cân b ng ằ ổn định và quá trình động c a h th ng đư c th hi n trong hình 2.6 Điủ ệ ố ợ ể ệ ện áp bị ụ s p đổ theo chiều mũi tên (hình 2.6)

Gi thiả ết thông số thay đ i từ ừổ t có nghĩa là sự thay đ i của các thông số ổchậm hơn quá trình động c a h th ng Do quá trình độủ ệ ố ng c a h thốủ ệ ng ph n ng ả ứnhanh hơn sự thay đ i củổ a thông s (dố ẫn đến sự thay đ i điổ ểm cân b ng), trạng ằ

thái hệ ố th ng luôn bám theo được điểm cân b ng ằ ổn đ nh trưị ớc khi có sự giao nhau

Hình 2.6 Không gian trạng thái sau điểm giao nhau

2.2.3 Các yêu cầu về mô hình hoá

Để ả gi i thích nguyên nhân điện áp sụt giảm liên tục, lý thuy t giao nhau ếđiểm yên ngựa cần các mô hình động Tuy nhiên, mộ ốt s tính toán về giao nhau điểm yên ngựa có thể tính được với mô hình tĩnh

Với mô hình đ ng, HTĐ đưộ ợc mô hình hoá bằng hệ các phương trình vi phân có một thông s thay đố ổi từ ừ t Các phương trình đại số vi phân có thể dùng thay cho các phương trình vi phân n u các phương trình đế ại số mô t ợ ặả đư c đ c tính động cơ bản (nhanh và ổ ịn đnh)

Với mô hình tĩnh, thì điểm cân bằ g HTĐ được mô hình hoá bằn ng h các ệphương trình đại số có m t thông sộ ố thay đổi từ ừ t Các phương trình đại số thu

được bằng cách gán các phương trình vi phân hoặc đại số vi phân bên ph i bằng ả

0 Ưu điểm rõ r t củệ a trường hợp này là thu được các kết quả tính toán mà không

cần biết sự thay đổ ội đ ng của phụ ải và quá trình thay đ i đ t ổ ộng khác C n chú ý ầrằng, trong thực tế, điểm vận hành ổn định của hệ thống phải xác đ nh đưị ợc khi

s dử ụng các mô hình tĩnh tính toán Về lý thuyết, điểm vận hành đư c xác đợ ịnh bằng mô hình đ ng Tuy nhiên, điộ ểm v n hành có th xác đậ ể ịnh được b ng cách ằquan sát HTĐ thực, b ng kinh nghiệm, hoằ ặc với điểm vận hành đã biết ở mức phụ ả t i thấp hơn, ngư i ta tăng phờ ụ tải dần

Các tính toán giao nhau điểm yên ngựa yêu cầu mô hình động là:

- D ựbáo hậu qu c a hi n tư ng SĐĐA động; ả ủ ệ ợ

- Các vấn đề liên quan t i sớ ự thay đổi của các trạng thái hoặc các thông số quan trọng c a HTĐ; ủ

- Các tính toán trị riêng ho c các giá trị ặ suy biến xa điểm giao nhau Các tính toán giao nhau điểm yên ngựa yêu cầu mô hình tĩnh là:

- Xác định điểm giao nhau;

- Khoảng cách tới điểm giao nhau trong không gian thông số;

- D ựbáo xu thế ban đầu của SĐĐA và các trạng thái khi SĐĐA;

- D ự báo thanh cái nào có điện áp thấp nhất trước khi SĐĐA

Đố ới v i nghiên cứu SĐĐA, ngư i ta chú ý đờ ến hai điểm sau Thứ nhất là tính chính xác của kết qu tính toán (phả ụ thuộc vào mô hình HTĐ) Ví dụ, mô hình HTĐ đơn giản giả thiế ở ụt m c 2.2.2 yêu c u mô hình chi ti t cầ ế ủa ph t i và ụ ảmáy phát Tuy nhiên, các đ c trưng đặ ịnh tính của giao nhau điểm yên ngựa

không phụ thuộc vào riêng một mô hình Nghĩa là các đ c trưng đặ ịnh tính của các giao nhau điểm yên ngựa là như nhau với các mô hình khác nhau Do đó, người ta chỉ quan tâm đ n các đ c trưng đ nh lư ng như giá tr c a các thông số ế ặ ị ợ ị ủ

và tr ng thái x y ra giao nạ ả hau điểm yên ngựa vì các giá trị này ph thuộc vào ụkiểu và các hằng số khi mô hình hóa HTĐ

Thứ hai là tính chính xác c a các mô hình Ví dủ ụ ế n u đi n áp giảệ m đủ ớ l n

để các thi t b b o v tác đ ng làm thay đổi cấu trúc hệ ốế ị ả ệ ộ th ng thì mô hình HTĐ phải mô tả đư c ợ

2.3 Trị riêng c a giao nhau điểm yên ngựa ủ

Xét một ma trận Jacobi hệ ố th ng tại điểm cân bằng ổn định Cần chú ý rằng, ma trận Jacobi của mô hình HTĐ động khác với ma tr n Jacobi dòng công ậsuất Tuy nhiên, các mô hình HTĐ tĩnh và các ma trận Jacobi c a các mô hình ủtĩnh này vẫn có thể tính toán được giao nhau điểm yên ngựa

Nếu Jacobi hệ ố th ng là ổn định tiệm cận, thì t t cấ ả ị tr riêng có ph n thầ ực

âm Khi phụ ả t i tăng t t t i công suất gi i hừ ừ ớ ớ ạn, mộ ị t tr riêng của Jacobi hệ thống ti n tế ới 0 từ bên trái trên mặt ph ng ph c S giao nhau xảy ra khi trị riêng ẳ ứ ựnày bằng 0 Do đó, ma trận Jacobi hệ ố th ng đư c dùng đ xác đ nh tính ổợ ể ị n định

của hệ thống được tuyến tính hoá quanh điểm cân b ng (n u tồ ạằ ế n t i) N u công ếsuất t i lả ớn hơn công suất giới, thì do không có điểm cân bằng nên việc sử ụ d ng Jacobi là vô nghĩa

2.4 Đặ c đi ể m c a giao nhau điểm yên ngựa ủ

Các đặc điểm c a một giao nhau điểm yên ngựủ a và thư ng đư c dùng đờ ợ ểxác định giao nhau điểm yên ngựa bao gồm:

- Hai điểm cân bằng gặp nhau Một trong hai điểm cân b ng là không ằ

ổn định;

- Độ nhạy của một bi n tr ng thái đi n hình đ i v i thông s ph t i ế ạ ể ố ớ ố ụ ả

là rất lớn (hình 2.3);

- Ma trận Jacobi có một trị riêng bằng 0;

- Ma trận Jacobi hệ thống có một giá trị suy bi n b ng 0;ế ằ

- Quá trình động của hiện tư ng SĐĐA t i điợ ạ ểm giao nhau là các trạng thái thay đổ ềi đ u và tố ộ ục đ s t áp ban đầu từ ừ t nhưng sau đó lại nhanh Hình 2.7 mô tả hiên tư ng SĐĐA kiểợ u m u theo thời ẫgian

Hình 2 7 Hiện tư ng SĐĐA theo th i gian ợ ờ

2.5 Không gian tr ng thái c ạ ủ a giao nhau đi ể m yên ngựa

Hình 2.8 thể hiện một không gian trạng thái khi công suất tác dụng của hai phụ ả t i là thông số HTĐ vận hành t i đi m cân bằng ổạ ể n định n m trong vùng ằsáng Vùng t i là vùng không ố ổn đ nh Hai vùng đưị ợc phân chia bởi đường cong công su t gi i hấ ớ ạn Đường cong này là tập h p các thông sợ ố ứng với các sự giao nhau nào đấy Do đó, đường này được gọi là t p giao nhau Từ ểậ đi m vận hành

Thời gian

p0, nếu hệ ố th ng bị tác đ ng theo hướng d, thì điểộ m v n hành c a h thống sẽ ậ ủ ệnằm trên tập giao nhau (tại p*) và hệ ố th ng sẽ ấ m t ổn định tại một thời điểm nào đó.

Nếu mộ ệ ốt h th ng đang v n hành t i mộậ ạ t điểm cân b ng n m trong vùng ằ ằsáng, thì giải pháp tránh SĐĐA trở thành bài toán hình h c sao cho công suất ọphụ ả t i hệ ố th ng không tiến t i gớ ầ ận t p giao nhau

Hình 2 8 Không gian thông s ố công suất tải Tuy nhiên, như chúng ta đã biết, các HTĐ lớn có nhiều tr ng thái cũng ạnhư thông số Gi thi t rằả ế ng, m t hệ ốộ th ng có 500 thông số ụ ả ph t i thay đ i đ c ổ ộ

lập Như vậy, không gian trạng thái có 500 chiều và tập giao nhau là một mặt

499 chiều bao quanh vùng vận hành của không gian tr ng thái Do sạ ố lư ng ợchiều lớn, không gian trạng thái không thể thể ệ hi n được Tuy nhiên, lân cận về

Công suất tác dụng tải 1

Tải 2

hình học của giữa công suất phụ ả t i hiện tạ ới tập giao nhau có thể i v tính toán được và là cơ sở để tránh s giao nhau và SĐĐA ự

Theo [31], hiệu quả ủ c a phương pháp đi u khiể ểề n đ tránh giao nhau đư c ợđánh giá bằng vec tơ đặc trưng trái của ma trận Jacobi Do đó, các tính toán liên quan đến sự giao nhau (bifurcation) cho biết nhiều thông tin (kỹ thu t) hậ ữu ích

2.6 Sự liên h gi a giao nhau điể ệ ữ m yên ng a với SĐĐA ự

Xét một hệ thống, phụ ả t i đư c tăng Quá trình tăng trong ch xác lợ ế độ ập kéo dài cho đến khiì khâu phát và truyề ản t i đi n không thể cung cấệ p đủ công suất và hệ thống mất ổ ịn đ nh Với các giả thi t này, lý thuyết giao nhau điểm yên ế

ngựa được áp dụng để ải thích cách thgi ức điểm vận hành ổn định bi n mế ất và

d ự đoán xuất hiện sự ụt giả s m điện áp bắ ầt đ u chậm nhưng sẽ nhanh d n của các ầtrạng thái hệ ố th ng

Với SĐĐA do s thay đổi nhanh công suất phụ ảự t i, các kích động lớn và các sự ố c , các giả thi t cho phân tích giao nhau đi m yên ngựa có thể không còn ế ểnữa Tuy nhiên, lý thuy t giao nhau v n có th phân tích m t ph n cế ẫ ể ộ ầ ủa chuỗi các

s ựkiện gây SĐĐA, ví d như khi có m t kích đụ ộ ộng lớn làm suy y u hế ệ thống và phụ ả t i tăng ngay sau đó làm mất điểm v n hành n đ nh ậ ổ ị

Một kích động lớn hoàn toàn có thể làm m t luôn đi m vận hành ổấ ể n định chứ không t t di n ra giao nhau điừ ừ ễ ểm yên ngựa Tuy nhiên, kích động lớn diễn

ra chậm thì hệ ố th ng sẽ trải qua một giao nhau điểm yên ngựa Hậu quả ủ c a kích động này là các thay đổi đ ng độ ột ng t như hình 2.4 2 6 Trong trưộ - ờng hợp này, người ta cho rằng vì điểm v n hành hệ thốậ ng g n vớầ i điểm giao nhau, nên các đặc tính đ ng sau khi không có điểộ m v n hành g n gi ng đ c tính đ ng t i ậ ầ ố ặ ộ ạđiểm giao nhau Các tr ng thái hạ ệ ố th ng suy giảm từ ừ t nhưng sau đó s tăng lên ẽrất nhanh

SĐĐA thể hiện trên hình 2.7 là một dạng điển hình của hiện tượng SĐĐA Hiển nhiên, sự suy giảm này sẽ ế k t thúc trong thực tế do tác động c a các thi t bị ủ ế

bảo vệ trong hệ thống (ví dụ như rơle đi n áp thệ ấp) Điểm giao nhau yên ngựa chính là mộ ựt s lý tư ng h u ích nh m giúp giải thích dạng SĐĐA khi điểm cân ở ữ ằ

bằng bị ất Mộ m t cách để kiểm tra hoặc khẳng định lại lý thuy t giao nhau trong ếthực tế đó là xem xét lại các hiện tượng SĐĐA để ki m tra xem tỉ ệể l các hi n ệtượng mà có sự suy gi m ban đả ầu từ ừ t nhưng sau đó tăng lên rất nhanh như lý thuyết đã đề xu t ấ

2.7 Mộ ố ể t s đi m chú ý

- Không gian thông số ngh ch đị ảo v i không gian tr ng thái.ớ ạ

Khi áp d ng lý thuyụ ết giao nhau nghiên cứu SĐĐA, trạng thái và thông số

của hệ thống ph i đư c l a ch n phù h p, c n th n Khó khăn trong việc chọn ả ợ ự ọ ợ ẩ ậcác trạng thái và các thông số ủ c a mộ ệ thống dẫn đến nh ng nht h ữ ầm lẫn khi áp dụng lý thuyết giao nhau điểm yên ngựa

- Đường cong mũi không phải là đường giao nhau trong mọi trường h p ợNếu một đư ng cong mũi có trụờ c tung là bi n trạng thái, trục hoành là một ếthông số, thì đư ng cong này là đư ng giao nhau Điờ ờ ểm mũi c a đưủ ờng cong là

đi m giao nhau (hay SĐĐA cể ủa m t hệ ốộ th ng) Ví dụ, đường cong giữa điện áp

và công su t cấ ủa một ph t i là đư ng giao nhau, n u công suụ ả ờ ế ất phụ ả t i này là

một thông số ủa hệ thống Nếu công suất phụ ải này không là thông số ệ c t h thống, thì mặc dù công suất và điện áp ph t i đ u thay đ i khi thông số ệ ốụ ả ề ổ h th ng thay đổi Đư ng cong có đi m mũi thểờ ể hiện quan h giữệ a điện áp và công su t tại ấphụ ả t i này không là đường giao nhau Đặc bi t, đi m giao nhau có thể ồ ạệ ể t n t i trên đư ng cong nhưng không t i đi m mũi Tuy nhiên, đi m mũi chính là điờ ạ ể ể ểm

có công suấ ớt l n nh t Chú ý r ng, đường cong thể ệấ ằ hi n quan hệ ệ đi n áp và thông

s ố được lựa chọn mới này là đư ng giao nhau Điờ ểm mũi của nó là điểm giao nhau yên ngựa

Chương 3 THIẾT BỊ BÙ TĨNH SVC

3.1 Giới thiệu

Static Var Compensator (SVC) được gọi là thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor, là thiết bị bù ngang dùng để phát hoặc tiêu thụ CSPK bằng cách điều chỉnh góc mở thyristor SVC được cấu tạo từ hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng tác động về mặt công suất phản kháng

- Thành phần điều khiển bao gồm thyistor; các cửa đóng mở (GTO-Gate turn off)…

SVC được cấu tạo từ các phần tử sau bao gồm:

+ TCR – Thyristor Controlled Reactor): có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ

+ Kháng đóng mở bằng thyristor (TSR – Thyristor Switched Reactor): có chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor

+ Bộ tụ đóng mở bằng thyristor (TSC – Thyristor Switched Capacitor): có chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor

+ Hệ thống điều khiển bao gồm bộ đo lường, bộ điều khiển điện áp, bộ đồng bộ, bộ phát xung

Các chứ ăc n ng chính của SVC bao g m: ồ

- iĐ ều khiển đ ệi n áp t i nút có đặt ạ SVC có thể ố định giá c đ ệi n áp

- iĐ ều khiển trào l u công suư ất ph n kháng t i nút ả ạ được bù

- Giới hạn thời gian và cường quá độ đ ệi n áp khi xảy ra sự ố c (m t tải, ngắấ n mạch…) trong HTĐ

- Nâng cao tính ổn định của HT Đ

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự ố c trong HTĐ nh ngư ắn mạch, mất tải đột ngột…

- Giảm nguy cơ ụ s t áp trong ổn định t nh ĩ

- Tăng cường khả ăng truyề ả ủ n n t i c a đường dây

- Giảm góc làm việc δ làm tăng cường khả ăng vậ hành củ đường dây n n a

- Giảm tổ thất công suất và đ ệ ăn i n n ng

3.2 Cấu tạo và nguyên lý ho ạ t đ ộ ng củ a TCR và TSR

3.2.1.C ấu tạ o

TCR bao gồm điện kháng cố đị nh (thường lõi là không khí) với điện cảm

L và van thyristor 2 chiều (hoặc khóa đóng mở) Hiện nay, các thyristor lớn có thể ặ ch n đi n áp lên tới 4-9kV và dòng điện lên tới 3-6kA Vì thế, trong các ứng ệdụng thực tế, rất nhiều các thyristor (thường 10 đến 20) nối tiếp với nhau để đạ t được mức điện áp gi i h n theo yêu cớ ạ ầu với công suất cho trước

Hình 3.1: a Cấu t o cạ ủa TCR, b Đi u khiển góc đánh lửa, ề

c Dạng sóng vận hành