Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện

Trong luận văn này dự kiến sẽ sử dụng thiết bị bù tĩnh là thiết bị bù công suất phản kháng có điều khiển, ứng dụng công nghệ FACT mà cụ thể là thiết bị SVC để bù vào những nút được khảo

TÓM TẮT

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đã nhận được nhiều chú ý trong hai thập niên gần đây Nó sử dụng các thiết bị điện tử công suất dạng cao để điều khiển điện áp, phân bố công suất, ổn định, v.v của hệ thống truyền tải Các thiết bị FACST có thể được kết nối đến đường dây truyền tải trong nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như nối tiếp, song song, hoặc phối hợp của nối tiếp và song song Ví dụ: bộ bù tĩnh VAR (SVC) và bộ bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) được kết nối song song; bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh (SSSC) và bộ tụ nối tiếp điều khiển thyristor được kết nối nối tiếp; máy biến

áp dịch pha điều khiển thyristor (TCPST) và bộ điều khiển phân bố công suất hợp nhất (UPFC) được kết nối nối tiếp và song song phối hợp

Các thiết bị FACTS là rất hiệu quả và tăng khả năng truyền tải công suất của đường dây tới mức giới hạn cho phép trong khi duy trì mức độ ổn định

Các thiết bị FACTS nối song song được sử dụng để điều khiển điện áp truyền tải, phân bố công suất, giảm tổn thất phản kháng và làm giảm dao động công suất cho mức truyền tải công suất cao Trong nghiên cứu này, xác định vị trí dung lượng đặt SVC được nghiên cứu cho mô hình đường dây truyền tải có vị trí bù ngang thay đổi nh hưởng của

sự thay đổi mức độ bù ngang đến vị trí đặt SVC của thiết bị FACTS song song để thu được lợi ích có thể cao nhất được nghiên cứu Tìm thấy rằng vị trí tối ưu của thiếu bị FACST song song biến đổi theo mức độ sự thay đổi của bù ngang để thu được lợi ích lớn nhất trong các điều kiện về khả năng truyền tải công suất

M C L C

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục v

Danh sách các hình vii

Ch ng I T ng quan 01

1.Đặt vấn đề 02

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 02

3 Phạm vi nghiên cứu 02

4 Phương pháp nghiên cứu 02

5 Giá trị thực tiễn của đề tài 03

6 Nội dung dự kiến 03

Ch ng II: Kh o sát n đ nh đi n áp vƠ tìm hi u FACT 04

1 Khái niệm chung về ổn định hệ thống điện 04

1.1 n định động và ổn định tĩnh 04

1.2 Mô hình hệ thống điện 06

1.3 Điểm cân bằng (Equibibrium or singular point) 09

2 Các khái niệm liên quan đến ổn định điện áp 09

2.1 Đặc tính hệ thống truyền tải 09

2.2 Thuận lợi của đường cong Q – V đến khảo sát và phân tích ổn định điện áp 19

3 Đặc tính của nguồn phát 19

4 Đặc tính tải 20

5 Một số thiết bị bù công suất phản kháng 21

5.1 Tụ bù ngang 21

5.2 Thiết bị bù ngang có điều khiển 21

5.3 Bù dọc 21

6 Tiêu chuẩn ổn định điện áp 21

6.1 Tiêu chuẩn ổn định điện áp dΔQ/dV 21

θ.2 Tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp đối với hệ thống lớn 24

7 Các bộ điều khiển FACTS ứng dụng trong hệ thống điện 24

7.1 Giới thiệu FACTS 24

7.2 ng dụng và các lợi ích của thiết bị FACTS 26

8 ng dụng thiết bị SVC trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện 27

9 Phương pháp phân tích Modal Q – V đánh giá ổn định điện áp HTĐ 35

9.1 Ma trận rút gọn Jacobi……… 35

9.2 Giới thiệu trị riêng, vector riêng và mô hình ma trận modal 39

9.2.1 Giá trị riêng 39

9.2.2 Vector riêng 40

Độ nhạy 42

9.2.5 Hệ số tham gia 43

9.3 Phương pháp phân tích ma trận modal Q –V đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống điện 43

9.3.1 Hệ số tham gia của nút P ki 47

9.3.2 Hệ số tham gia của nhánh P ji 48

9.3.3Hệ số tham gia của máy phát P mi 50

Ch ng III: Kh o sát, phơn tích vƠ đánh giá n đ nh đi n áp cho h th ng truy n t i 345kV 53

1 Giới thiệu mạng 5 nút 53

2 Khảo sát mạng 5 nút 54

3 Mô phỏng bằng Powerworld 67

Ch ng 4: K t luận vƠ đ xu t 68

1 Kết luận 68

2 Những hạn chế 68

3 Đề xuất 68

TƠi li u tham kh o 70

Ph l c 71-79

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Minh họa ổn định của hai hệ cơ học 07

Hình 2.2 Hệ thống hình tia đơn giản 13

Hình 2.3 Đồ thị của I V, ,P ,Q R R R theo phụ tải 15

Hình 2.4 Đường cong P-V ứng với các hệ số công suất khác nhau 17

Hình 2.5 Đặc tính P-V với hệ số công suất trễ 18

Hình 2.6 Đặc tính P-V với hệ số công suất sớm 19

Hình 2.7 Sơ đồ mạng hình tia đơn giản 24

Hình 2.8 Đặc tính đường cong phụ tải 25

Hình 2.9 Sơ đồ tia đơn giản và giản đồ vector 27

Hình 2.10 Đường đặc tínhQ V S( )vớiP L  0và P L  0 28

Hình 2.11 Đường đặc tínhQ V L( ) và Q V S( ) 29

Hình 2.12 Bảng so sánh đánh giá các thiết bị bù 32

Hình 2.13 Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 35

Hình 2.14 Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 36

Hình 2.15 Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 37

Hình 2.16 Mô hình vị trí SVC 39

Hình 2.17 Sự thay đổi P và Q khi có SVC đối với mô hình SMIB 39

Hình 2.18 Đường cong góc – công suất đối với mô hình SMIB 41

Hình 2.19 Đặc tính công suất khi có và không có SVC 42

Hình 3.1 Sơ đồ lưới 5 nút 64

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

T NG QUAN

1 ĐẶT V N Đ :

Hiện nay, vấn đề ổn định điện áp không còn là vấn đề mới lạ đối với tất cả

chúng ta Tuy nhiên, nó đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc nghiên cứu và

đánh giá ổn định hệ thống, cũng như chất lượng điện năng trong hệ thống, gần đây

vấn đề mất ổn định điện áp là một những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng

sụp đổ điện áp Vì vậy, việc khảo sát, phân tích ổn định điện áp để xác định những

thông tin về giới hạn ổn định và cơ chế gây ra mất ổn định điện áp từ đó đưa ra

những dự báo, tìm biện pháp cải thiện, khắc phục kịp thời hiện tượng sụp đổ điện áp

có thể xảy ra Nếu không có những dự báo tương đối chính xác về ổn định điện áp

để đưa ra khắc phục kịp thời thì sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng, gây ra ảnh

hưởng sự phát triển của nền kinh tế và an ninh của hệ thống điện Việc dự báo sụp

đổ điện áp trong hệ thống điện là một trong những bài toán quan trọng trong quá

trình phân tích ổn định điện áp Đặc biệt đối với một hệ thống lớn, đường dây dài và

phức tạp Để phần nào hiểu rõ vấn đề này, trong luận văn này sẽ đi tìm hiểu phương

pháp phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện với phương pháp phân tích

modal Q-V và kết hợp việc thành lập các đường cong V-P, Q-V được thành lập bài

toán phân bố công suất Khi đó có thể kết luận rằng hệ thống điện ổn định, mất ổn

định hay sụp đổ Từ đó dựa vào đặc tính độ dốc của đặc tính Q-V và giá trị riêng

lamda bé và dương và các hệ số xem nút nào ổn định kém hay gần với điểm tới hạn

ranh giới mất ổn định nhất, biết được các nhánh và các máy phát quan trọng việc

tham gia giữ ổn định điện áp để có những biện pháp cải thiện kịp thời

Trong luận văn này dự kiến sẽ sử dụng thiết bị bù tĩnh là thiết bị bù công suất

phản kháng có điều khiển, ứng dụng công nghệ FACT mà cụ thể là thiết bị SVC để

bù vào những nút được khảo sát là kém ổn định nhất trong hệ thống để cải thiện

nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện Vì lý do đó nên chọn đề tài là:" N

Đ NH ĐI N ÁP DÙNG SVC TRONG H TH NG ĐI N"

Nước ta hiện đang trên đà hội nhập cùng kinh tế thế giới, cụ thể đã gia nhập vào

WTO để phát triển kinh tế Để phát triển kinh tế, đòi hỏi ngành điện đáp ứng nhu

cầu tải ngày càng tăng trong khi các nguồn phát còn hạn chế Do vậy vấn đề an ninh

của hệ thống là mối quan tâm rất lớn của ngành năng lượng nói chung và ngành

điện nói riêng Trong đó, việc khảo sát và phân tích đánh giá về ổn định điện áp

được đặc lên mối quan tâm hàng đầu để đưa ra những giải pháp ngắn hạn cũng như

chiến lược lâu dài để phát triển nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng

lớn

2 M C TIÊU VÀ NHI M V :

 Khảo sát ổn định điện áp, phương pháp nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp

 Giới thiệu và ứng dụng thiết bị bù công suất phản kháng sử dụng công nghệ

FACT: cụ thể dùng SVC để nâng cao ổn định điện áp

 Áp dụng và khảo sát, đánh giá ổn định điện áp cho lưới truyền tải 345KV khi

chưa bù và có bù SVC

 Một số giải pháp khác nhằm nâng cao ổn định điện áp của hệ thống

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đ TÀI:

Đề tài nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp cho mạng 5 nút với hệ thống điện

truyền tải có điện áp 345KV.Đưa ra biện pháp cải thiện ổn định điện áp ứng dụng

FACT, cụ thể dùng thiết bị bù tĩnh SVC

4 PH NG PHỄP NGHIÊN CỨU:

Mô hình hóa và mô phỏng bằng phần mềm Matlab và Powerworld

Dữ liệu đã được công bố vào năm 2010: Sử dụng đường cong PV/QV phân

tích ổn định điện áp hệ thống điện 500kV Việt Nam – PGS.TS Đinh Thành Việt –

Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

5 GIÁ TR TH C TI N CỦA Đ TÀI:

 Đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống 345KV được nâng cao vấn đề an ninh

năng lượng và chất lượng điện năng của hệ thống

 Mở rộng cho hệ thống phức tạp nhiều nút

6 NỘI DUNG D KI N:

Chương I: GI I THI U LU N VĔN

Chương II: KH O SÁT N Đ NH ĐI N ÁP VÀ TÌM HI U FACT

Chương III: KH O SÁT, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ N Đ NH ĐI N ÁP CHO

H TH NG TRUY N T I Cị ĐI N ÁP 345KV

Chương IV: K T LU N VÀ Đ XU T

TÀI LI U THAM KH O

PH L C

CH NG II:

KH O SỄT N Đ NH ĐI N ỄP VẨ TỊM HI U FACT

1 KHÁI NI M CHUNG V N Đ NH H TH NG ĐI N

Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối có mối quan hệ tương tác

lẫn nhau rất phức tạp tồn tại vô số các nhiễu tác động lên hệ thống Hệ thống phải đảm

bảo được tính ổn định khi có tác động của những nhiễu này

n định hệ thống điện là khả năng trở lại vận hành bình thường hoặc ổn định sau

khi chịu tác động nhiễu Đây là điều kiện thiết yếu để hệ thống có thể tồn tại và vận hành:

chế độ xác lập chẳng hạn, để tồn tại cần phải có sự cân bằng công suất trong hệ (làm các

thông số của hệ mới giữ không đổi) và đồng thời phải duy trì được độ lệch nhỏ của các

thông số định mức dưới những kích động ngẫu nhiên nhỏ (làm các thông số này lệch khỏi

các giá trị tại điểm cân bằng); hoặc do những tác động của những thao tác đóng cắt, hệ

thống điện cần phải chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác

Khi hệ thống mất ổn định, có thể phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải, có thể

làm tan rã hệ thống và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế Do đó cần nghiên

cứu ổn định trong thiết kế và vận hành hệ thống phải đảm bảo:

 n định trong mọi tình huống vận hành bình thường và sau sự cố

 Có thể vận hành bình thường trong mọi tình huống thao tác vận hành và kích động

của sự cố

1.1 n đ nh đ ng vƠ n đ nh tĩnh

n định tĩnh là khả năng của hệ thống sau những kích động (nhiễu nhỏ) phục hồi

được chế độ ban đầu Nếu liên tưởng đến ổn định của hai hệ sau ta có thể hiểu thêm về

khái niệm ổn định tĩnh hệ 1 (Hình 2.1 - a) vị trí cân bằng của con lắc là ổn định

Nghĩa là giả sử nếu như có những nhiễu nhỏ (thường xuyên hiện hữu trong không

gian) thì con lắc sẽ giao động Tuy nhiên do lực cản không khí, dao động tắt dần và con

lắc sẽ trở về vị trí ban đầu

Hình 2.1: Minh h a n đ nh c a hai h c h c

Tương tự như vậy, vị trí a của hệ (Hình 2.1) sẽ ổn định Tuy nhiên vị trí b là vị trí giả

sử cân bằng nhưng không ổn định Lý do là chỉ cần nhiễu nhỏ (gió nhẹ) thì hòn bi sẽ rời

khỏi điểm B Hệ thống điện như trên đã nói, chế độ xác lập khi có điều kiện cân bằng

công suất sẽ có các thông số không thay đổi hoặc chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các giá

tri ban đầu Tuy nhiên, trong hệ thống khi vận hành có rất nhiều tác động nhỏ, ngẫu

nhiên: sự thay đổi của công suất phụ tải Hệ thống khi ấy vẫn phải duy trì được độ lệch

nhỏ hoặc trở về các vị trí ban đầu của các thông số chế độ Tính chất này chính là tính ổn

định tĩnh của hệ này n định động của hệ thống khả năng của hệ phục hồi được trạng

thái ban đầu hoặc gần trạng thái ban đầu sau những kích động lớn (nhiễu lớn)

Như trên đã nói nếu có thể chuyển được sang chế độ xác lập mới thì hệ sẽ có tính ổn

định động Các kích động lớn ở đây có thể được hiểu như sau:

 Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện

 Đóng cắt các phần tử lưới điện

 Tăng giảm đột ngột

Giả sử như có một máy phát điện đang phát công suất p0 nay do nhu cầu cần phải

tăng ngay công suất lên P1 thời điểm này sẽ có sự tăng động ngột công suất cơ P =

1

P-P0 nên máy phát quay nhanh lên Nếu sự tăng tải này đảm bảo cho máy phát theo thời

gian giảm tốc lại và trở về vị trí cân bằng ổn định mới thì ta nói hệ có tính ổn định động

Ngược lại, nếu máy phát liên tục tăng tốc, nó sẽ rời khỏi đồng bộ và phải bắt buộc phải

được cắt ra khỏi lưới, khi ấy hệ mất ổn định động

1.2 Mô hình h th ng đi n ậ Không gian tr ng thái

Mô hình hệ thống điện – không gian trạng thái, trạng thái của một hệ thống động

như một hệ thống điện thì có thể mô tả bởi tập hợp N phương trình vi phân bậc nhất dạng

phi tuyến như sau:

R: số biến điều khiển

Hệ phương trình trên được biến dạng như sau:

Trong trường hợp đạo hàm của các biến trang thái khủng là một hàm explicit thì hệ

thống gọi là hệ thống autonomus Khi đó phương trình trên có thể viết đơn giản lại

là:X.  fi x u( , )

Ngoài ra, chúng ta cần phải quan tâm biến đầu ra có mối quan hệ đại số có các biến

trạng thái và biến điều khiển có thể diễn tả dưới dạng: Y=g(x,u)

Đối với hệ thống máy điện đồng bộ và bộ kích từ dạng IEEE loại 1, các phương

trình mô tả hệ thống có thể viết như sau:

Các phương trình vi phân về kích từ và điều tốc:

Cho x 0 là vectơ trạng thái cân bằng, u0 là vecto đầu vào tương ứng với trạng thái cân

bằng nên thỏa mãn phương trình sau:

x u

X U

x u

1

1

 : vectơ đầu vào (vectơ điều khiển ) bậc r

A là ma trận trạng thái (ma trận Jacobi) bậc (n x n)

B là ma trận điều khiển bậc (n x r)

C là ma trận đầu ra bậc (n x n)

D là ma trận hồi tiếp

Là tỉ lệ của các tính hiệu đầu vào ảnh hưởng trực tiếp đến tính hiệu đầu ra với ma

trận A là ma trận Jacobi của mô hình động hệ thống, nó quyết định tính chất động học

của hệ thống

1.3 Đi m cơn b ng (Equibibrium or singular point)

Điểm cân bằng là điểm mà tại đó tất cả các đạo hàm .

1 n

x x là đồng thời bằng không, hệ thống được xem là dừng bởi tất cả các biến bằng hằng số, không thay đổi theo

thời gian Điểm cân bằng thõa mãn điều kiện sau:

0

( , ) 0

Nếu phương trình fi (i =1, 2, …, n) là tuyển tính, thì hệ thống gọi là hệ tuyển tính và

sẻ chỉ có một điểm cân bằng duy nhất Ngược lại, đối với hệ thống phi tuyến thì thông

thường khi khảo sát sẽ có nhiều hơn một điểm cân bằng là đặc trưng chính khi khảo sát

một hệ thống động nào đó, đồng thời sẽ rút ra được các tính chất ổn định của hệ thống

Sau khi khảo sát các điểm cân bằng thì có thể biết được các trang thái ổn định như:

Đặc tính cần quan tâm là quan hệ giữa công suất truyền tải (P R)-điện áp đầu nhận

(V R) và công suất phản kháng bơm vào nút (Qi)-điện áp nút (V R)

a) Đ ờng cong P ậ V

Xét sơ đồ hình tia trên gồm điện áp Es là hằng số (công suất cơ và cuộn kích từ không

đổi) cung cấp cho một phụ tải Zload (tổng trở tải) qua một tổng trở nối tiếp ZLN (tổng trở

của nguồn,đường dây truyền tải và máy biến áp)

Hình 2.2: H th ng hình tia đ n gi n

Công suất truyền tải PR, công suất phản kháng nhận QR bằng cách biểu thức sau:

Công nguồn tác dụng nguồn cấp cho tải:

2 Z LOAD( E S )

V R

Z

LN  

2 1

E S

load R

Z Q

load R

Hình 2.3 chứng tỏ khi nhu cầu của phụ tải tăng lên (Zln/Zload tăng lên tức là Zload

giảm xuống) công suất truyền tải Pr tăng nhanh lên giai đoạn đầu và sau đó tăng nhưng

Điểm làm việc không bình

thường Điểm làm việc

bình thường Điểm làm việc tới hạn

chậm dần trước khi đạt giá trị cực đại và sau đó giảm xuống Như vậy, có thể truyền tải

được một công suất thực cực đại thông qua một tổng trở với nguồn điện áp không đổi

Điểm làm việc ứng với giá trị công suất truyền tải cực đại được gọi là điểm làm việc

tới hạn, đó là lúc biên độ điện áp rơi trên đường dây bằng điện áp đầu nhận Vr Lúc đó

Zln/Zload =1 hay Zln = Zload Giá trị của Vr và I ứng với công suất cực đại được gọi là giá trị

tới hạn (critical values)

ng với một giá trị công suất Pr (Pr < Prmax), có hai điểm làm việc tương ứng với hai

giá trị khác nhau của Zload Trên Hình 2.3 tại Pr/Prmax = 0,8, điểm bên trái là điểm làm việc

bình thường và điểm bên phải là điểm làm việc không bình thường (công suất vượt qua

điểm tới hạn lúc đó I tăng và Vr giảm mạnh so với điểm bên trái)

Nếu phụ tải tăng lên với nhu cầu công suất lớn hơn giá trị công suất cực đại (điểm

làm việc nằm bên phải điểm tới hạn), việc điều khiển công suất bằng cách thay đổi phụ

tải sẽ đưa đến mất ổn định, giả sử khi tăng thêm phụ tải khi đó công suất nguồn cấp đến

cho tải lại giảm xuống do đó không đáp ứng nhu cầu cho tải lúc này, điện áp tải có giảm

nhanh hay không sẽ phụ thuộc vào đặc tính tải Với tải có đặc tính tổng trở không đổi thì

ở điều kiện ổn định của hệ thống ở mức điện áp làm việc thấp hơn bình thường Mặt khác

nếu tải được cung cấp bởi máy biến áp có điều áp dưới tải (ULTC), việc điều chỉnh đầu

phân áp để tăng áp sẽ làm giảm tổng trở tải Zload sẽ làm cho điện áp tiếp tục giảm và có

thể dẫn đến hiện tượng mất ổn định điện áp

Như vậy, từ những phân tích trên, hệ thống ổn định điện áp khi điểm làm việc nằm

bên trái điểm tới hạn

  thấy giá trị công suất truyền tải lớn nhất của Pr

có thể được tăng bằng cách tăng điện áp nguồn hoặc giảm gócφ

Điều này được mô tả bằng đặc tuyến V-P

Khi hệ số công suất cosφ = 1 thì công suất tới hạn:

 



Es Hình 2.4 vẽ các đường cong P-V của mạch ở Hình 2.2 với các hệ số cosφ khác nhau (với 79.7) với Es không đổi Quỹ tích những điểm tới hạn

nằm trên đường nét đứt và ứng với mỗi đường cong điểm làm việc ổn định là điểm nằm

phía trên điểm tới hạn Với hệ số công suất sớm pha (dòng sớm pha hơn điện áp) càng

nhiều thì giá trị công suất tới hạn càng lớn và giá trị điện áp tới hạn cũng càng lớn Điều

này rất quan trọng đối với ổn định điện áp Có thể làm cho hệ số công suất sớm pha bằng

cách thực hiện bù ngang ở nút phụ tải (xem chương trình ở phụ lục)

Hình 2.4: Đ ờng cong P-V ng v i các h s công su t khác nhau

Ví dụ 1: Khảo sát ổn định điện áp cho một tải có đặc tính trễ cosφ=0,8 thụ động P-V:

Điện áp định mức đường dây: 345.00 kV

Công suất cơ bản: 100 MVA

Tổng trở 1km chiều dài đường dây: 0.0000 + j 0.0003 ohm/km

Dung dẫn 1 km chiều dài đường dây: 0.00000422 ohm/km

Chiều dài của đường dây: 130 km

0,9lead

1 0,95lead 0,9lag

0,95lag

K t qu tính toán: Xem chương trình và kết quả tính toán ở phần phụ lục

Hình 2.5: Đ c tính P-V v i h s công su t tr

Khi tăng tải cảm có cosφ=0.8 đến một giá trị nào đó thì điện áp đầu nhận của tải

bằng không

Ví dụ 2: Khảo sát ổn định điện áp cho một tải có đặc tính sớm cosφ=0,9 thụ động P-V:

Điện áp định mức đường dây: 345.00 kV

Công suất cơ bản: 100 MVA

Tổng trở 1km chiều dài đường dây: 0.0000 + j 0.0003 ohm/km

Dung dẫn 1 km chiều dài đường dây: 0.00000422 1/ohm.km

Chiều dài của đường dây: 130 km

K t qu tính toán: Xem chương trình và kết quả tính toán ở phần phụ lục

n định điện áp thực sự tùy thuộc vào sự thay đổi công suất Q cũng như P ở vùng

ảnh hưởng điện áp thanh cái tải Thường đặc tính được sử dụng hữu hiện hơn trong việc

phân tích ổn định điện áp là mối quan hệ V-Q, ở đây mối liên hệ giữa V-Q thông qua

nghiệm,trị riêng lamda giữa đường đồ thị đặc tính giữa điện áp và đồ thị đặc tính Q Đặc

tính này phù hợp đặc tính cả đặc tính P-V khi xét hệ thống phức tạp hơn mạng hình tia và

phù hợp khi xét việc bù công suất phản kháng

Ví d 1: Kh o sát đ c tính Q-V có s li u sau đơy:

Hằng số mạch: A=0.9175000 (ohm hay đvtđ), alpha = 0.44200 độ

B=0.0398970(ohm hay dvtd), bêta = 85.100000độ

Công suất cơ bản: 100MVA

Công suất tác dụng đầu nhận: Pn =15.0000 (MW hay đvtđ)

Công suất phản kháng đầu nhận: Qn =-15.00000 (MVAR hay đvtđ)

Điện áp đầu phát: V1=1.0000(KV hay đvtđ)

973,24142

,

2

j Y

j Y

Hằng số mạch: A=0.7389322 (ohm hay đvtđ), alpha = 1.73806 độ

B=0.0398970 (ohm hay dvtd), Bêta = 85.100000 độ

Công suất tác dụng đầu nhận: Pn =15.0000 (MW hay đvtđ)

Công suất phản kháng đầu nhận: Qn =0

Nhận xét:

- Mạch  tương đương của đường dây cơ bản 100MVA dùng khảo sát đặc

tính Q-V Tại điểm 2 ứng với V1=0.98145, độ dốc của đặc tính Q-V lớn hơn độ dốc của

tụ bù nên hệ thống ổn định điện áp, khi tăng thêm dung lượng tụ bù sẽ dẫn đến V1 tăng

thêm Mặt khác giá trị riêng lamđa =5.3θ38 >0 là một dấu hiệu của sự ổn định điện áp

Ví d 2: Kh o sát đ c tính Q-V có s li u sau đơy:

Hằng số mạch: A = 0.9175000 (ohm hay đvtđ), alpha = 0.44200 độ

B = 0.0398970(ohm hay dvtd), bêta = 85.100000 độ

Công suất cơ bản: 100MVA

Công suất tác dụng đầu nhận: Pn =19.0000(MW hay đvtđ)

Công suất phản kháng đầu nhận: Qn = -20.00000 (MVAR hay đvtđ)

Điện áp đầu phát: V1=1.0000(KV hay đvtđ)

973,24142,2

j Y

j Y

A = 0.5412757(ohm hay đvtđ), alpha = 4.179θ1độ

B = 0.0398970 (ohm hay đvtđ), Bêta = 85.100000 độ

Công suất tác dụng đầu nhận: 19.0000 (đvtđ hay MW)

Công suất phản kháng đầu nhận: Qn =0

Điện áp đầu phát: V1 = 1.0000 (kV hay đvtđ)

Nh ận xét:

- Mạch  tương đương của đường dây cơ bản 100MVA dùng khảo sát đặc tính

Q-V Tại điểm 2 ứng với V2=0.99495, độ dốc của đặc tính Q-V nhỏ hơn độ dốc của tụ bù

nên hệ thống không ổn định điện áp, khi tăng thêm dung lượng tụ bù sẽ dẫn đến V2 giảm

Mặt khác giá trị riêng lamđa = -13.688<0 là một dấu hiệu của sự mất ổn định điện áp

Trường hợp dùng SVC, nếu công suất dùng giới hạn là 950MVar khi bù vượt qua

gi ới hạn này SVC làm việc như một tụ điện và sẽ làm mất ổn định điện áp, ngược lại nếu

dung lượng giới hạn của SVC lớn hơn 950MVAr thì hệ thống vẫn còn ổn định điện áp

n ạp tại điểm làm việc ứng với V2=0.99495 vì tại đây đặc tính của SVC gần như thẳng

đứng

2.2 Thuận l i c a đ ờng cong Q ậ V đ n kh o sát vƠ phơn tích n đ nh đi n áp

Trên đồ thị Q,V, chiều dương biểu thị cho công suất kháng bơm vào nút (máy bù

công suất phản kháng (tụ bù, SVC ) và chiều âm biểu thị cho công suất phản kháng lấy

ra khỏi của nút

Đặc tính thiết bị bù ngang tại nút xét (tụ điện, thiết bị bù SVC, máy bù đồng bộ) có

thể được vẽ cùng với đường cong Q-V Điểm làm việc bình thường giao điểm của đường

đặc tính Q-V hệ thống và đặc tính của thiết bị bù, điều này rất hữu ít vì thiết bị bù thường

giải quyết vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống điện

3 ĐẶC TÍNH CỦA NGU N PHÁT

Máy phát có trang bị bộ điều chỉnh điện áp (AVR) là một phương pháp rất quan

trong để điều chỉnh điện trong hệ thống Trong điều kiện làm việc bình thường điện áp

của đầu cực tất cả các máy phát giữ cố định Khi nhu cầu công suất phản kháng trong hệ

thống tăng cao làm cho điện áp hệ thống giảm, dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng

của máy phát có thể đạt giá trị tối đa Khi đó, điện áp đầu cực máy phát không còn giữ

được cố định nữa

Xét mạng hình tia như Hình 2.7, một tải lớn được cung cấp bởi một nút cân bằngV S,

với một máy phát G1 cung cấp một phần công suất cho tải tại nút điều khiển điện ápV1

Khi điện áp tại nút điều khiển giữ không đổi, đặc tính V-P là đường cong 1 ở Hình 2.8

khi máy phát ở nút điều khiển điện áp đạt giới hạn dòng kích từ thì điện ápV1 ở nút điều

khiển điện áp không còn giữ không đổi được nữa lúc này đặc tính P-V chuyển qua đường

1

G

Hình 2.7: S đ m ng hình tia đ n gi n

cong 2 Điểm làm việc (thỏa điều kiện vận hành được biểu diễn là điểm A) A khi ở

đường cong 1 thì ổn định cao hơn khi ở đường cong 2 Kết quả trên chứng tỏ tầm quan

trọng của việc giữ điện áp với khả năng điều khiển máy phát

Hơn nữa từ kết quả phân tích trên thấy rằng khả năng điều chỉnh điện áp của máy

phát ảnh hưởng đến rất nhiều ổn định điện áp của hệ thống Mặt khác, việc đánh giá ổn

định điện áp tại một nút không chỉ dựa vào việc xem xét điện áp tại nút đó gần hay xa với

mức làm việc bình thường mà còn xét đến đặc tính của nguồn phát (tức là xét đến giới

hạn công suất phản kháng của các máy phát)

4 ĐẶC TÍNH CỦA T I

Đặc tính của tải và các thiết bị điều chỉnh điện áp hệ thống phân phối là những yếu

tố chính ảnh hưởng đến ổn định điện áp

Công suất tác dụng và phản kháng của tải thay đổi phụ thuộc vào điện áp và đặc

biệt đặc tính của hệ thống Điện áp hệ thống thiết lập ở giá trị được xác định bởi sự kết

hợp giữa đặc tính của hệ thống và đặc tính của tải

Điều chỉnh điện áp hệ thống phân phối và các máy biến áp có điều áp dưới tải sẽ giữ

điện áp không đổi ở điểm làm việc Trong phạm vi điều khiển bình thường công suất phụ

tải xem như không đổi

Khi bộ điều áp dưới tải đạt đến nấc điều chỉnh cuối cùng, điện áp hệ thống phân

phối bắt đầu sụt giảm Công suất của phụ tải giảm theo điện áp Điều này làm giảm tải và

giảm tổn thất công suất phản kháng trên đường dây Phụ tải công nghiệp có rất nhiều

động cơ cảm ứng sẽ thay đổi ít Tuy nhiên, các tụ điện trong phụ tải khả năng điều khiển

điện áp trong hệ thống

5 MỘT S THI T B BÙ CÔNG SU T PH N KHÁNG

5.1 T bù ngang

Một phương pháp rẻ và hữu hiệu nhất trong việc cung cấp công suất phản kháng và

nâng cao điện áp là việc sử dụng tụ bù ngang Các tụ bù ngang có thể được sử dụng để

mở rộng giới hạn ổn định điện áp và điều chỉnh hệ công suất đầu cuối, nhờ đó giảm bớt

việc phát công suất phản kháng ở các máy phát và ngăn ngừa sụp đổ điện áp

Tuy nhiên bù ngang có một số hạn chế về phương diện ổn định và điều chỉnh điện

áp:

Trong hệ thống có dung lượng bù ngang lớn thì việc giữ và điều chỉnh điện áp sẽ trở

nên khó khăn hơn Khi vượt ngoài mức bù một mức nào đó, việc bù ngang sẽ làm cho hệ

thống mất ổn định

Vì công suất phản kháng phát ra từ tụ sẽ phụ thuộc điện áp bù (tỷ lệ bình phương

điện áp), do đó trong điều kiện điện áp của hệ thống bị giảm thấp thì việc cung cấp công

suất phản kháng của tụ bù sẽ bị giảm đáng kể sẽ ảnh hưởng lớn hệ thống

5.2 Thi t b bù ngang có đi u khi n

Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh (SVC) có thể điều khiển dung lượng đầu ra

đến giá trị tối đa Bù SVC sẽ linh hoạt hơn tụ bù rất nhiều đáp ứng với khả năng giữ và

điều khiển điện áp bằng cách phát và hấp thụ công suất phản kháng trong hệ thống

5.3 Bù d c

Công suất phản kháng cung cấp bởi tụ bù dọc tỉ lệ bình phương dòng điện và không

phụ thuộc vào điện áp

Ngoài ra tụ bù dọc có tác dụng làm giảm chiều dài (góc ) và tổng trở sóng của

đường dây Điều này giúp cải thiện việc điều chỉnh và ổn định điện áp

6 TIÊU CHU N N Đ NH ĐI N ÁP

6.1 Tiêu chu n n đ nh đi n ápd Q

dV



:

Để hiểu rõ hơn tiêu chuẩn ổn định điện áp trở lại mạch ở Hình 2.9 Tổng trở Zln bây

giờ được thay thế bằng điện kháng X, tổng trở Zld được thay thế bởi (V jQ

sư thay đổi của công suất phản kháng được cấp bởi nguồn khi P L V( ) không đổi, Q V S( )có

dạng đường cong parabol úp xuống

Khi P L= 0 đường cong parabol cắt trục V R tại hai điểm V R=0 và V R=E và có giá trị

Q V lớn hơn công suất tải Q V L( ) Do đó điện áp tăng lên và điểm làm việc trở về S

Ngược lại, nếu có một nhiễu nhỏ  V 0, công suất nguồn cấp Q V S( ) nhỏ hơn công

suất tải Q V L( )

Do đó điện áp giảm xuống và điểm làm việc trở về S

Kết luận S là điểm làm việc ổn định

Tại điểm cân bằng U, giả sử có một nhiễu  V 0, điều này làm cho công suất

nguồn cấp Q V S( ) nhỏ hơn công suất tải Q V L( ) Do đó điện áp tiếp tục giảm xuống và

điểm làm việc không thể trở về điểm cân bằng U

Ngược lại, nếu có một nhiễu nhỏ  V 0, công suất nguồn cấp Q V S( ) lớn hơn công

suất tải Q V L( ) Do đó điện áp tiếp tục tăng lên và điểm làm việc không thể trở về điểm

cân bằng U

Kết luận điểm U là điểm làm việc không ổn định Như vậy điểm làm việc ổn định

nằm bên phải của đường cong Q V S( ) Tại điểm S có dQ 0

dV  hay d Q( L Q S) 0

dV

tại điểm

6.2 Tiêu chu n đánh giá n đ nh đi n áp đ i v i các h th ng l n

Đối với hệ thống có rất nhiều nút, việc so sánh đặc tính của tải Q V L( )và đặc tính

nguồn cung cấpQ V S( ) để đánh giá ổn định điện áp sẽ gặp rất nhiều khó khăn Do đó để

đánh giá ổn định điện áp trong hệ thống điện lớn thường dựa vào vào đường cong Q-V

được, tức là dựa trên quan hệ giữa thay đổi công suất bớm vào nút và độ thay đổi điện áp

nút Từ các nhận xét trên, đưa ra tiêu chuẩn ổn định điện áp đối với hệ thống lớn như sau:

 Hệ thống ổn định điện áp trong điều kiện vận hành đã cho nếu như đối với tất cả các

nút trong hệ thống biên độ điện áp nút tăng lên khi công suất phản kháng bơm vào

nút đó tăng lên

 Ngược lại, hệ thống mất ổn định điện áp nếu như có ít nhất một nút trong hệ thống

mà điện áp tải nút đó giảm xuống khi công suất phản kháng bơm vào nút tăng lên

Nói cách khác, hệ thống ổn định điện áp nếu độ nhạy V-Q (tứcdQ

dV của tất cả các nút trong hệ thống) là dương và hệ thống mất ổn định điện áp nếu độ nhạy V-Q của

ít nhất một nút trong hệ thống là âm

7 CÁC BỘ ĐI U KHI N FACTS ỨNG D NG TRONG H TH NG ĐI N

7.1 Gi i thi u FACTS

FACTS đ c đ nh nghĩa bởi IEEE là hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công

suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc nhiều thông số của hệ thống đường

dây tải điện xoay chiều, qua đó nâng cao khả năng điều khiển và khả năng truyền tải công

suất Gần đây sự phát triển và sử dụng hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt

(FACTS) trong hệ thống truyền tải điện đã dẫn đến nhiều ứng dụng của các bộ điều khiển

không chỉ để cải thiện sự ổn định của các lưới điện hiện tại, mà còn cung cấp tính linh

hoạt để vận hành hệ thống điện, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải điện

Bộ điều khiển FACTS là các bộ điều khiển dựa trên các bộ điều khiển công suất mà

nó có thể điều khiển được điện áp, dòng điện, tổng trở hoặc góc pha của hệ thống truyền

tải nhanh chóng Vì vậy, bộ điều khiển FACTS có thể cải thiện cả hai tính tin cậy lẫn tính

uyển chuyển của hệ thống điện và ổn áp quá độ hoặc hiện tượng dao động cộng hưởng

dưới tần số n định của hệ thống có thể cải thiện bởi việc kiểm soát luồng công suất tác

dụng cũng như phản kháng, luồng công suất mạch vòng, mức độ điện áp và dòng ngắn

mạch

Các lo ại mô hình Facts có thể phân loại FACTS ra làm 4 loại chính:

 Loại nối tiếp (TCSC): Điều khiển dòng, ngăn cản dao động tăng ổn định động và

tĩnh cho hệ thống ổn định điện áp giới hạn dòng chạm đất

 Loại song song (SVC, STATCOM): Điều khiển áp, ngăn cản dao động, bù công

suất phản kháng, tăng ổn đĩnh động, tĩnh cho hệ thống, cho ổn định điện áp

 Loại kết hợp nối tiếp với nối tiếp (UPFC): Điều khiển công suất phản kháng, điều

khiển điện áp ngăn cản dao động, ổn định điện áp, tăng ổn định động, động tĩnh

cho hệ thống

 Loại kết hợp nối tiếp với song song (UPFC): Điều khiển công suất tác dụng và

phản kháng, điều khiển điện áp, bù công suất phản kháng, ngăn cản dao động, ổn

định điện áp, giới hạn dòng chạm đất, tăng ổn định động, tĩnh cho hệ thống

 So sánh kh năng ho t đ ng c a các thi t b FACTS:

Trong quá trình nghiên cứu và đánh giá nghiên cứu đã đưa ra nhận xét sau:

Hình 2.12 : B ng so sánh đánh giá các thi t b bù

7.2 Ứng d ng vƠ các l i ích c a thi t b FACTS

Thi t b FACTS có nh ng ng d ng và l i ích sau:

 Thay đổi trở kháng của một hay nhiều nhánh trong hệ thống điện, từ đó có thể

phân bố lại luồng công suất trong mạng điện Điều này giúp hạn chế luồng công

suất truyền qua những nhánh có khả năng gây nghẽn mạch

 Điều khiển dòng công suất trên đường dây trong lưới điện theo ý muốn, giúp sử

dụng tốt hơn hệ thống truyền tải hiện có Việc điều khiển luồng công suất

truyền tải của các đường dây có tầm quan trọng thiết yếu, đặc biệt là những nơi

có thị trường điện chưa được kiểm soát, hay những nơi mà các vị trí phát điện

và tâm phụ tải có thể thay đổi Điều này cần bổ sung các đường dây truyền tải

mới để đáp ứng nhu cầu điện gia tăng, nhưng lại vướng phải các ràng buộc về

kinh tế, môi trường Trong trường hợp đó, các thiết bị FACTS đáp ứng được

những yêu cầu cả về kinh tế và kỹ thuật

 Tăng độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải: độ tin cậy và tính khả

dụng của hệ thống truyền tải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Mặc dù các

thiết bị FACTS không thể ngăn chặn sự cố nhưng chúng có thể giảm thiểu

 Tăng độ ổn định động và quá độ của lưới: những đường dây dài liên kết các hệ

thống, những tác động thay đổi phụ tải và các sự cố đường dây có thể tạo ra sự

bất ổn định trong hệ thống truyền tải Các vấn đề này cũng có thể dẫn tới giảm

dòng công suất trên đường dây, dòng công suất vòng hoặc thậm chí dẫn đến cắt

đường dây Các thiết bị FACTS làm ổn định các hệ thống truyền tải với việc

nâng cao công suất truyền tải và giảm nguy cơ sự cố đường dây

 Tăng chất lượng cung cấp cho các ngành công nghiệp đòi hỏi chất lượng điện

năng cao: các ngành công nghiệp hiện đại phụ thuộc vào chất lượng điện cung

cấp bao gồm các yêu cầu khắt khe về dao động của điện áp, tần số và không bị

cắt điện Những sự thay đổi về điện áp và tần số hay sự mất nguồn cấp có thể

dẫn đến ngưng trệ trong quá trình sản xuất mà hệ quả là những tổn thất lớn về

kinh tế Các thiết bị FACTS có thể giúp cung cấp chất lượng điện năng theo yêu

cầu

Nh vậy nh ng kh năng ng d ng c a các thi t b FACTS là:

 Giữ được khả năng tải của đường dây gần với giới hạn phát nóng

 Nâng cao khả năng truyền tải công suất giữa các phần tử của hệ thống, do đó

giảm được dự trữ chung của hệ thống

 Phòng ngừa được sự cố lan truyền do hạn chế được ảnh hưởng của sự cố và

hỏng hóc các phần tử

 Giảm được dao động điện áp có thể gây hại đến các phần tử của hệ thống

 Giảm dao động công suất, tăng độ ổn định tĩnh và động của hệ thống, chống

sự cố nghẽn mạch hệ thống

8 ỨNG D NG THI T B BÙ SVC TRONG VI C NÂNG CAO N Đ NH H

TH NG ĐI N

Những thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC - Static Var Cojmpensator) đầu tiên

được cho ra đời vào khoảng giữa thập kỷ 70 nhờ ứng dụng các công nghệ mới của ngành

sản xuất chất bán dẫn Sự xuất hiện của SVC đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc phát

triển các thiết bị thuộc hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS- Flexible

Alternating Current Transmission Systems) Được sử dụng từ hàng chục năm nay, SVC

đã khẳng định được các ưu điểm của mình trong việc vận hành lưới điện và khả năng

mang lại những lợi ích kinh tế to lớn cho hệ thống Trong hệ thống truyền tải điện năng,

SVC được sử dụng với các mục đích chính sau:

- n định điện áp trong các hệ thống yếu

- Tăng khả năng truyền tải của đường dây

- Giảm tổn thất điện năng truyền tải

- Tăng cường khả năng điều khiển điện áp

- Ôn hòa các dao động công suất

a) Đi u ch nh đi n áp vƠ trƠo l u công su t

Chức năng bình thường nhất của một SVC là điều chỉnh điện áp và trào lưu công

suất phản kháng tại điểm nó được nối vào mạng lưới Điều này cũng dễ hiểu vì công suất

phản kháng có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp, mà SVC là một thiết bị có khả

năng tạo hoặc thu hút công suất phản kháng ảnh hưởng bởi sự biển đổi của công suất tải

như việc đóng cắt các phần tử của hệ thống điện: các đường dây, các nhóm tụ bù, kháng

bù, các máy biến áp Với công suất tải lớn thì điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chí bị sụt

mạnh

Điều đó là nguyên nhân dẫn đến sự tác động của Relay điện áp thấp Quá điện áp là

nguyên nhân gây lên hiện tượng bão hòa mạch từ trong máy biến áp mà cũng là nguyên

nhân làm tăng vọt các thành phần sóng hài trong các máy phát điện Điều đó, dẫn đến

hiện tượng cộng hưởng các thành phần sóng hài và có thể là sự cộng hưởng trong các tụ

bù, trên đường dây truyền tải và trong các đường cáp Điều này có thể dẫn đến sự tác

động của chống sét van và có thể là nguyên nhân phá hỏng các chống sét van này

Sự cộng hưởng về nhiệt của các tụ điện và các động cơ có thể pháp hỏng các thiết bị

điện của hộ tiêu thụ Sự thay đổi điện áp tại nút phụ tải cuối cùng của hệ thống thiếu hụt

công suất là một hàm phụ thuộc vào công suất tải của toàn hệ thống và có thể minh họa

bằng ví dụ đơn giản như Hình 2.13 sau đây:

Trong đó :

E: Điện áp của hệ thống

Xc: Là điện kháng của hệ thống điện tính từ thanh cái phụ tải

Điện áp tại thanh cái phụ tải của hệ thống sẽ có xu hướng giảm thieo chiều tăng của

công suất tải nếu không có phần tử bù công suất phản kháng và được thể hiện trên đường

đặc tính (a) của Hình 2.14 Sự cung cấp công suất phản kháng của thiết bị SVC với dải

thông số định mức tại điểm đấu phụ tải sẽ giữ cho điện áp phụ tải ít biến đổi hơn và thể

hiện trên đường đặc tính (b) của Hình 2.14

Tuy nhiên, nếu thiết bị SVC không có giới hạn về công suất phát thì điện áp trên

thanh cái của phụ tải có thể được giữ giá trị không đổi và được thể hiện trên đường đặc

tính (c) của Hình 2.14

Hình 2.14: S thay đ i c a đi n áp t i thanh cái ph t i khi có và không có SVC

b) Gi i h n thời gian vƠ c ờng đ quá áp khi x y ra s c

Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự

cố bình thường khi mất tải đột ngột tại một điểm trên đường dây hoặc ngắn mạch yếu Vì

SVC có thể phản ứng trong vòng 10ms nên thời gian quá áp sẽ được giảm xuống thấp

hơn thời gian chỉnh định bảo vệ của hệ thống rơ le

Do đó cac rơ le không cần tác động cắt sự cố và tính chất tải điện sẽ được nâng cao

Quan hệ quá áp với thời gian được thể hiện ở Hình 2.15

Hình 2.15: Quan h th ời gian vƠ đi n áp quá áp

Đặc điểm này rất quan trọng đối với đường dây siêu cao áp như đường dây 500kV

Bắc-Nam của nước ta vì nó có chiều dài rất lớn (1487km), nhiều tình huống cắt ngắn

mạch một phía các đoạn đường dây có thể dẫn đến hiện tượng quá áp

Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, quá điện áp xảy ra trong những trường

hợp sau:

 Cắt đường dây Phú Lâm- Hóc Môn

 Loại bỏ phụ tải chính của hệ thống điện Miền Nam

 Loại bỏ phụ tải ở HTĐ Miền Nam khi bộ tụ bù tại Phú Lâm vẫn tác động

 Hòa đồng bộ

 Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Đà Nẵng

 Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Phú Lâm

 Sửa chữa định kì tụ bù dọc

 Khi tự đóng lại một pha

 Đường dây 500kV bị cắt trọng mọi trường hợp

 Các sự cố khác

c) Ôn hòa dao đ ng công su t h u công

Dao động công suất là một hiện tượng có thể xảy ra sau một quá trình quá độ: như

mất tải hoặc thình lình giảm công suất phát tại nguồn hoặc tự động đóng lại sau khi xảy

sự cố… Hệ thống tải điện càng yếu thì hiện tượng này càng dễ xảy ra Đây là một vấn đề

lớn đối với đường dây siêu cao áp 500kV của nước ta Trong hệ thống điện hợp nhất của

 Loại bỏ phụ tải Phú Lâm

 Loại bỏ phụ tải Đà Nẵng

 Sự cố ngắn mạch 3 pha

 Sự cố tại nhà máy thủy điện Hòa Bình

 Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Bắc

 Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Nam

Khi có dao động công suất, SVC sẽ được điều khiển nhằm kìm hãm bằng cách thay

đổi góc mở của thyristor của SVC một cách gần như tức thời

d) Gi m c ờng đ dòng đi n vô công

Giảm cường độ dòng điện vô công và như thế sẽ giảm bớt đi tổn thất gây ra bởi

dòng điện này trên đường dây mà các nhà máy phát điện phải cung cấp Nói chung là tiết

kiệm năng lượng và tăng năng suất của hệ thống điện

e) Tăng kh năng t i c a đ ờng dây

SVC được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện hiện đại đặc biệt ứng dụng trong

đường dây truyền tải Trong lưới điện cao áp, SVC được sử dụng để điều khiển điện áp

và một số mục tiêu khác như điều khiển ổn định hệ thống điện Những ứng dụng của

SVC là nâng cao độ ổn định, giảm dao động và cải thiện hiệu suất hệ thống HVAC

Trong đó nâng cao khả năng tải của SVC đối với đường dây truyền tải là ứng dụng quan

trọng

Hình 2.16: Mô hình v trí SVC

Xét hệ thống SMIB (single-machine infinite-bus) như Hình 2.1θ có điện kháng đường

dây là X; điện áp thanh cái máy phát là V1 và áp thanh cái vô hạn là V20, công suất

truyền từ máy phát đến thanh cái vô hạn, khi đó:

1 2sin

V V P

V P

X 



(2.28)

Hình 2.17: S thay đ i P và Q khi có SVC đ i v i mô hình SMIB

Sự biến thiên công suất tác dụng và phản kháng mô tả trong Hình 2.17 Công suất

tối đa có thể truyền tải khi không có SVC tương ứng với =90o

2 max

V P

X



SVC kết nối với đường dây tại điểm giữa và điện áp thanh cái của SVC là Vm/2

Công suất trên nửa đường dây phần kết nối máy phát và SVC được thể hiện sau:

1 2 sin / 2 2

C

V V P

X





Công suất trên nửa đường dây còn lại, phần kết nối thanh cái vô hạn và SVC được

thể hiện tương tự (2.30), giả sử Vm= V1= V2= V thì trở thành:

22 sin 2

C

V P

2 max

2

C

V P

X



(2.32) Công suất tối đa truyền tải trong trường hợp không có bù là tại /2=90o, khi có SVC

tại vị trí điểm giữa thì góc ổn định giữa máy phát và thanh cái vô hạn là từ 90o đến 180o

Nếu đường dây truyền tải được chia thành n phần bằng nhau, khả năng truyền tải

công suất như sau:

2 ' sin /

c

V P

Quan hệ giữa góc ổn định và công suất được thể hiện trong Hình 2.18

Đường cong (a) cho thấy mối quan hệ góc ổn định và công suất trong trường hợp

không có bù

Đường cong (b) cho thấy mối quan hệ góc ổn định và công suất khi SVC lý tưởng

công suất phản kháng định mức lớn

Đường cong (c) là quan hệ góc ổn định và công suất đối với trường hợp vị trí tụ bù

dọc cố định tại giữa đường dây, đường cong này dựa trên điện kháng tương đương giữa

máy phát và thanh cái vô hạn

Đường cong (d) là trường hợp tụ cố định ở giữa đường dây, chứng tỏ rằng khả năng

truyền tải công suất tối đa trong thực tế sẽ thấp hơn nhiều so với giới hạn lý thuyết nếu

như định mức của SVC là có giới hạn

Hình 2.18 : Đ ờng cong góc ậ công su t đ i

v i mô hình SMIB:

(a) không có bù (b) SVC đ t ở gi a không gi i h n đ nh m c (c) bù d c đ t c đ nh ở gi a

(d) SVC đ t ở gi a đ nh m c gi i hạn

f) Cân b ng các ph t i không đ i x ng

Cân bằng các phụ tải không đối xứng do SVC có khả năng giữ điện áp ổn định theo

từng pha riêng rẽ nên nó làm cho độ không đối xứng của phụ tải giảm xuống Sự không

đối xứng và sự xuất hiện của các tải một pha đều có ảnh hưởng đến chất lượng điện áp

trong hệ thống điện

Đó là nguyên nhân của sự không đối xứng điện áp và sự quá tải trong các phần tử

hệ thống như máy phát và có thể làm hỏng các máy điện quay

Bằng việc bổ sung các kháng điện bù ngang có thể đạt được sự cân bằng phụ tải, sự

cân bằng điện áp và hiệu chỉnh được hệ số công suất

Để cân bằng các phụ tải không đối xứng như các lò điện, xe lửa…thì giải pháp được

đề ra là mắc các phần tử kháng điện vào giữa các pha của hệ thống

g) C i thi n n đ nh sau s c

Để cho hệ thống điện giữ được trạng thái ổn định sau các nhiễu loạn lớn do việc loại

trừ các sự cố bằng tác động của các phần tử bảo vệ Hệ thống phải giữ công suất truyền

tải trên đường dây nhỏ hơn giá trị công suất giới hạn ổn định Mức công suất lớn nhất hệ

thống có thể truyền tải sau những sự cố mà vẫn đảm bảo trạng thái ổn định của hệ thống

(được giữ nhỏ hơn giá trị công suất truyền tải thực tế trong điều kiện bình thường) được

gọi là giới hạn ổn định quá độ

Xét hệ thống điện đơn giản như Hình 2.16

Công suất truyền tải trước sự cố là P1 và đường đặc tính (1)

Trong khoảng thời gian tồn tại sự cố, công suất truyền tải giảm đi so với lúc trước

sự cố và được minh họa bằng đường đặc tính (2)

Công suất máy phát giảm đột ngột nhưng do quán tính rotor máy phát sẽ gia tốc

cho tới khi sự cố được xóa bỏ tại góc δc bằng việc ngắt đường dây sự cố và công suất

truyền tải tăng dần trên đường đặc tính (3)

Năng lượng tích lũy được trong quá trình gia tốc của rotor được đặc trưng bằng diện

tích hình (A1)

Lúc này rotor vẫn tiếp tục quay và động năng tích lũy của rotor sẽ hãm chuyển động

của nó Công suất truyền tải của hệ thống sẽ vượt quá giá trị P1 Giá trị lớn nhất của góc

quay đạt được khi năng lượng hãm tốc (được định nghĩa bằng diện tích hình A2) bằng

năng lượng tăng tốc (diện tích hình A1)

Hình 2.19: Đ c tính công su t khi có và không có SVC

Nếu sau sự cố góc quay lớn nhất của rotor đạt được δmax nhỏ hơn góc giới hạn của

rotor δcr thì hệ thống giữ được trạng thái ổn định Nếu δmax < δcr thì năng lượng hãm tốc

có tác dụng giữ cho rotor ở trạng thái ổn định Điều này cho phép định chế độ vận hành

ổn định cho hệ thống điện sau các kích động lớn, nhỏ Khi thiết bị SVC được ứng dụng

tại điểm giữa của đường dây làm tăng khả năng tải của hệ thống và được minh họa như

Hình 2.16 Đối với cùng một hệ thống truyền tải nhưng khi có ứng dụng thiết bị SVC thì

diện tích hãm tốc của rotor lớn hơn chính vì thế làm tăng khả năng tải của hệ thống sau

các kích động lớn, nhỏ

9 PH NG PHỄP PHỂN TệCH MODAL Q-V ĐỄNH GIỄ N Đ NH ĐI N ÁP

H TH NG ĐI N

9.1 MA TR N RÚT G N JACOBI

Phương trình điện áp-công suất hệ thống trạng thái xác lập ở dạng tuyến tính hóa

được cho như sau:

J PF

ΔP: độ thay đổi công suất tác dụng tại nút

ΔQ: độ thay đổi công suất phản kháng tại nút

Δ : độ thay đổi góc pha của điện áp nút

ΔV: thay đổi độ lớn điện áp tại nút

JPF: ma trận Jacobi của mô hình trào lưu công suất của hệ thống.Ma trận này gồm

4 ma trận con JP , JPV, JQ , JQV

đây sử dụng mô hình phân bố công suất truyền thống để phân tích ổn định điện

áp, do đó ma trận Jacobi trong phương trình (2.35) cũng giống như ma trận Jacobi được

sử dụng trong phương pháp lập Newton-Raphson để giả phân bố công suất

Các phần tử của ma trận con Jacobi được xác định như sau:

● Các phương trình công suất bơm vào nút i

n in ij j i i ii n