ổn ĐỊNH điện áp trong hệ thống điện

10/29/15 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 31.1 Th nào là n đ nh đi n áp ế ổ ị ệ  Ổn định điện áp liên quan đến sự ổn định của tải load stability  Theo địnhnghĩa của IEEE/CIGRE  Ổn định điện áp:Là khả

Trang 2

10/29/15 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 2

Các câu h i ỏ

 Thế nào là ổn định điện áp

 Phân biệt giữa ổn định góc (tính chất đồng bộ hóa)?

 Các loại mất ổn định điện áp, và khoảng thời gian?

 Vai trò của việc truyền tải công suất tác dụng và phản kháng như thế nào?

 Hiện tượng động hay tĩnh (static or dynamic)?

 Các yếu tố ảnh hưởng

 Ví dụ mô phỏng sự sụp đổ điện áp

 Các biện pháp đối phó?

Trang 3

1.1 Th nào là n đ nh đi n áp ế ổ ị ệ

 Ổn định điện áp liên quan đến sự ổn định của tải (load

stability)

 Theo địnhnghĩa của IEEE/CIGRE

 Ổn định điện áp:Là khả năng một htd vẫn còn duy trì được mô dun điện áp của các nút trong một khoảng giới hạn cho phép sau khi trải qua các kích động.

 Một tải nối với HTĐ qua một đường dây đơn, liên quan trực tiếp đến ổn định điện áp

 Ổn định góc liên quan đến sự đồng bộ của MPĐ

Tải

Trang 4

1.1 Th nào là n đ nh đi n áp ế ổ ị ệ

 So sánh giữa ổn định góc rô to và ổn định điện áp

dẫn đến mất đồng bộ của các MPĐ dựa trên phương trình chuyển động của MPĐ

điện áp trong khi giả thiết các MPĐ vẫn giữ ở trạng thái đồng bộ

 Khoảng thời gian xảy ra mất ổn định điện áp

 Thông thường bắt đầu từ một vùng tải, sau đó lan rộng ra, có thể dẫn đến mất điện trên diện rộng

Trang 5

Trang 6

1 2 C ch x y ra m t n đ nh đi n áp ơ ế ả ấ ổ ị ệ

 Một phần của HTĐ đang mang tải nặng, và tiếp theo đó là

một số đường dây/MPĐ bị cắt ra:

 Điện áp bị suy giảm

 Các phụ tải “nhạy” với sự thay đổi điện áp sẽ giảm giá trị, và

HTĐ được ổn định trở lại

 Nếu các đường dây bị mất ra do ngắn mạch, sẽ làm cho các

Động cơ điện giảm tốc độ và cần nhiều công suất phản kháng,

Trang 7

1 2 C ch x y ra m t n đ nh đi n áp ơ ế ả ấ ổ ị ệ

Sự cố Nguy hiểm

Mất ổn định

góc

Mất ổn định Điện áp

Quá tải

G line

Tổn thất Q Max tap

Max Q

G

Cắt quá tải

G line

Mất ổn định Tần số

Trang 8

 Khoảng thời gian ngắn hạn liên quan đến các động cơ điện, đặc biệt là các tải điều hòa, bơm nhiệt…

cầu dòng điện lớn để mở máy các ĐCĐ này.

điện áp nhanh sau khi NM bị loại trừ

 Các động cơ máy nén khí chỉ bị cắt sau vài giây quá nhiệt sau khi bị dừng

 Sự mất ổn định điện áp diễn ra sau vài giây

 Nhắc lại đặc tính động cơ điện,

Trang 9

 Mô men của ĐCĐ tỉ lệ với bình phương của điện áp

 Đặc tính Moomen-Tốc độ cho động cơ công suất 5 mã lực, 1 pha, động cơ máy nén khí của điều hòa không khí

Trang 10

 Ổn định điện áp ngắn hạn: Vùng Phoenix

 Điện áp giảm còn 58.4V trong khoảng thời gian 15.8s dưới ngưỡng

Trang 11

 Lượng công suất phản kháng tăng vọt

Trang 12

1.4 n đ nh đi n áp trong kho ng dài h n Ổ ị ệ ả ạ

 Sự mất ổn định điện áp trong khoảng thời gian dài chủ yếu liên quan đến sự vận hành của các thiết bị điều khiển như: ULTC, OEL

 Các thiết bị này cố gắng phôi phục lại điện áp của các tải nhạy điện áp

 Thời gian thường từ vài chục giây đến, vài chục phút

Trang 13

 Mất ổn định điện áp trong khoảng thời gian dài còn có nguyên nhân từ các loại tải không phụ thuộc điện áp như là các phụ tải nhiệt

 Nếu không có sự mô tả chi tiết các mô hình tải, mà chỉ thay thế bằng S=P+JQ thì sẽ cần thêm công suất

phản kháng khi điện áp thấp

 Sự khôi phục tải có thể dẫn đến sự quá tải công suất phản

kháng của các máy phát điện

 Các thiết bị giới hạn kích từ sẽ tác động để đưa dòng điện kích từ về giá trị định mức

Trang 14

 Sự cố tan rã htđ Sweden/Denmark 23/92003

 Trong HTĐ Sweden, 2 đ/d 400kV và 4 tổ máy của NMĐ hạt nhân bị cắt ra cho mục đích bảo dưỡng

 Lúc 12h30, mất một tổ máy 1200MW tại miền nam Sweden

 Lúc 12h35, sự cố tại thanh góp kép tại một TBA tại miền nam Sweden làm mất 2 tổ máy của nhà máy điện hạt nhân khác, mất 900MW

 Sảy ra sụp đổ điện áp sau 97s sau đó

 Mất điện vùng nam Sweden và đông Denmark

 4700MW tải bị cắt ở Sweden và 1850MW bị cắt ở Denmark

Trang 15

Trang 16

Trang 17

1.5 n đ nh đi n áp trong HTĐ đ n gi n Ổ ị ệ ơ ả

 Xét HTĐ đơn giản có sơ đồ thay thế 1 pha như hình vẽ:

 R=0, Z=jX, => Y=1/Z = -jB

Z=R+jX I

( jB G

Y jX

R

1212

Trang 18

 Khai triển ta có

 Giả sử đường dây là không tổn thất, R=0 hay G=0

) sin(

G

| V

||

V

| ) cos(

B

| V

||

V

| B

| V

| Q

) sin(

B

| V

||

V

| ) cos(

G

| V

||

V

| G

| V

|

P

2 1

2 1 12

2 1

2 1 12

δ

− δ

−

=

δ

− δ +

δ

− δ

−

=

) cos(

B

| V

||

V

| B

| V

| Q

) sin(

B

| V

||

V

| P

2 1

2 1 12

2 1

12

δ

− δ

−

=

δ

− δ

=

Trang 19

 Giả sử rằng: δ12=δ1-δ2≈0, thì sinδ12 ≈ δ12 , cosδ12 ≈ 1

 C/s tác dụng P phụ thuộc góc công suất δ12 và,c/s tác dụng chạy từ nơi góc lớn về nơi góc nhỏ

 C/s phản kháng Q phụ thuộc vào mô đun điện áp và chạy từ nơi có điện áp cao về nơi có điện áp thấp

( | V | | V | )

B

| V

| Q

) (

B

| V

||

V

| P

2 1

1 12

12 2

Trang 20

 Người ta mong muốn giảm Q truyền tải vì

 Tổn thất cs tác dụng/phản kháng trên đường dây:

và R

*

* 2

V

Q

P V

jQ

P V

jQ

P I.

Q

P Q

và

R V

Q

P

2 2

Trang 21

 Thực tế đường dây được vận hành khá gần điện áp danh

định ±(5-10)% ở mọi điểm trên đường dây, do đó sẽ rất khó

để truyền tải Q vì đường dây nhìn chung là tiêu thụ Q Ngoài

ra người ta không muốn truyền tải nhiều Q trên đường dây vì các lý do sau:

thất Q=> rất khó để truyền tải Q đi xa

 Giảm Q truyền tải trên đường dây cũng giảm tổn thất Q( tiết kiệm chi phí đầu tư)

 Gây ra quá điện áp tạm thời khi mà mất tải đột ngột

Trang 22

1.6 Đ ườ ng cong PV và VQ/QV

 Ở phía tải: ta có SD=PD+jQD=-(P12+ jQ12)

 Đặt: δ12=δ1-δ2

) cos(

B

| V

||

V

| B

| V

|

) cos(

B

| V

||

V

| B

| V

| Q

Q

) sin(

B

| V

||

V

|

) sin(

B

| V

||

V

| P

P

2 1

2 2

1 2

2 1

2 2 21

D

2 1

1 2

2 1

21 D

δ

− δ +

−

=

δ

− δ +

=

δ

− δ

1

2 2 D

12 2

1 D

cos B

| V

||

V

| B

| V

| Q

sin B

| V

−

=

δ

=

Trang 23

 Gọi ϕ là góc công suất là góc lệch pha giữa V2 và I

 Công suất tải được tính như sau

) tan j

1 ( P

) cos

sin j

1 ( cos

| I

||

V

|

) sin j

(cos

| I

||

V

|

e

| I

||

V

| I

V S

D 2 2

j 2

* 2 D

ϕ +

=

ϕ

ϕ +

ϕ

=

ϕ +

( P jQ

P

SD = D + D = D + β

Trang 24

 Do đó, ta có các phương trình sau:

 Nếu biểu diễn theo PD và QD ta có:

12 2

1

2 2 D

12 2

1 D

cos B

| V

||

V

| B

| V

| Q

sin B

| V

( P jQ

P

SD = D + D = D + β

12 2

1

D | V || V | B sin

2 2 D

12 2

1

2 2 D

D

cosB

|V

||

V

|B

|V

|P

cosB

|V

||

V

|B

|V

|P

Q

δ

=+

β

δ+

−

=β

=

Bình phương hai vế của P, Q ta có

Trang 25

2 1

2

2 2 D

2 D

12

2 12

2 2

2 1

2

2 2 D

2

D

B

| V

|

| V

| )

B

| V

| P

( P

) cos

(sin B

| V

|

| V

| )

B

| V

| P

(

P

= +

β +

⇒

δ +

δ

= +

β +

B

P

| V

|

| V

| B

P

2

| V

2 D

2 2

2 1 D

2 2

4 1 D

2 1

2

B

P B

P 4

| V

| B

P 2

| V

|

| V

|

Trang 26

 Giả sử rằng điện áp đầu nguồn |V1|=1pu và B=2 pu

 Ta có thể vẽ ra đường cong P-V như đoạn mã sau:

2

) 2 P

( P 1

P

1

| V

pdn=[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3];

v2n=sqrt((1-beta.*pdn - pdn.*(pdn+2*beta)))/2);

sqrt(1-pdp=[1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0];

v2p=sqrt((1-beta.*pdp + pdp.*(pdp+2*beta)))/2);

sqrt(1-pd3=[pdn pdp];

v23=[v2n v2p];

plot(pd1,v21,pd2,v22,pd3,v23)

Trang 27

 Đường cong P-V với các hệ số công suất khác nhau

Điện áp vận hành

|V2|

Trang 28

 Ở điều kiện PF =1 hoặc chậm sau thì khi P tải tăng sẽ làm điện

áp giảm xuống, do đó bằng việc quan sát sự suy giảm điện áp người vận hành sẽ nhận thức được tình trang nguy hiểm, và cần

có biện pháp tương ứng trước khi sụp đổ điện áp

 Trường hợp PF vượt trước, thì khi P tải tăng, thậm chí điện áp còn tăng lên một chút, do đó rất khó phát hiện ra hiện tượng sụp

đổ điện áp Trường hợp này xảy ra khi truyền tải lượng cs lớn,

và có bù công suất phản kháng

Trang 29

 Giả sử vẫn trong HTĐ như hình vẽ

 Giả sử V1=1pu, và giá trị PD và V2 cho trước, tính δ12 từ p/t

đầu, và Q từ p/t thứ 2 Lặp lại cho các giá trị khác nhau của V2

ta sẽ có đường cong Q-V cho một giá trị PD cho trước

 Đường cong V-Q có thể được tính bởi Matlab:

12 2

1

2 2 D

12 2

1 D

cos B

| V

||

V

| B

| V

| Q

sin B

| V

theta=asin(sintheta);

qd1=-v2.^2/b+v1*b*v2.*cos(theta);

plot(qd1,v2);

Trang 30

 Đường cong V-Q

QD

|V2|

Trang 31

 2 Đặt |V| một giá trị mong muốn

 3 Giải bài toán LF

 4 Lấy giá trị Q của máy bù đồng bộ tại nút quan tâm

 5 Lặp lại bước 2-4 trong một dải điện áp

 Đường cong VQ/QV có một số ưu điểm sau so với PV:

 Dễ dàng có được nếu có một chương trình tính toán LF

 Các chương trình tính toán LF sẽ khó hội tụ khi kết quả gần điểm giới hạn của đường cong PV nhưng vẫn sẽ hội tụ khi điểm vận hành gần điểm giới hạn của đường cong QV

Trang 32

V (pu)

0

Dự trữ Q

Trang 33

1.7 n đ nh đi n áp trong HTĐ l n Ổ ị ệ ớ

 Các yếu tố ảnh hưởng

 Mô hình tải ( tải tĩnh, động cơ…)

 Sự mất các đường dây truyền tải

 Sự sẵn có của các tụ điện đóng cắt được

 Tác dụng của tải động cơ

 2 Rất khó truyền tải Q đi xa ( mục 1.5)

 Tổn thất Q nhiều khi truyền tải đi xa

Trang 34

1.8 Mô hình t i ả

 Khi nghiên cứu ổn định điện áp, cần thiết phải xem xét htđ

trong các điều kiện điện áp khác nhau:

 Ổn định điện áp phụ thuộc vào mức độ khôi phục tải hiện tại của phụ tải

 Mức độ khôi phục tải phụ thuộc vào điện áp nhìn từ phía phụ tải

 Do đó, khi nghiên cứu ổn định điện áp cần phải nghiên cứu các mô hình xem phụ tải đáp ứng thế nào khi điện áp của phụ tải thay đổi => là một công việc hết sức quan trọng

 Có mô hình tải tĩnh và mô hình tải động

Trang 35

 Mô hình tải tĩnh: kiểu hàm số mũ

 Trong đó: chỉ số 0 chỉ ở điều kiện làm việc ban đầu

β α

0

V

V Q

Q

V

V P

Trang 36

 Mô hình tải tĩnh ZIP: kiểu hàm số đại số

 Trong đó: chỉ số 0 chỉ ở điều kiện làm việc ban đầu và thường thì giá trị p2 và q2 có giá trị lớn nhất

 Mô hình này gồm 3 thành phần:

 Thành phần tổng trở không đổi (p1, q1)

 Thành phần dòng điện không đổi (p2, q2)

 Thành phần công suất không đổi (p3, q3)

0

1 0 3

0 2 2

V

V q

Q Q

p V

V p

V

V p

P

0 1 p

p

Trang 37

 Ảnh hưởng của phụ tải: Hiểu ảnh hưởng của mỗi thành phần phụ tải đến ổn định điện áp cần hiểu hai khái niệm:

 1 Sự mất ổn định áp sẽ giảm đi khi phụ tải giảm Vì khi I giảm

sẽ giảm tổn thất I2X trong hệ thống truyền tải

 2 Vì sự mất ổn định điện áp dẫn đến giảm điện áp, do đó để giảm nguy cơ mất ổn định điện áp cần phải giảm tải khi mà điện áp giảm thấp

 Z không đổi (p1): Tốt vì điện áp của tải giảm thì tải giảm theo

bình phương của điện áp tải

 I không đổi (p2) : Bình thường vì khi điện áp của tải giảm thì tải giảm theo điện áp

 P không đổi (p3) : nguy hiểm vì khi điện áp của tải giảm, tải

không thay đổi

Trang 38

 Động cơ điện và sự dừng động cơ

 ĐC 3pha chiếm tỉ lệ lớn trong tổng tải, do đó đáp ứng của tải

ĐC với sự thay đổi điện áp rất quan trọng Xét sơ đồ thay thế

1 pha của Đ/c điện như hình vẽ:

Trang 39

 Dòng điện là:

 ở đ/k bình thường, hệ số trượt nhỏ do đó R’2/s >> R’2, do đó I’2 có giá trị nhỏ

 Khi V1 giảm, thì mô men điện từ sinh ra cũng giảm, và làm đ/c giảm tốc độ Khi Đ/c dừng quay, thì s=1, dẫn đến R’2/s = R’2 Do đó dòng điện I’2 lớn hơn nhiều so với tình trạng làm việc bình thường

 VÌ X1 và X’2 của Đ/C, dòng điện “dừng” đ/c lớn, nên coi Đ/c như một phụ tải công suất phản kháng lớn

2 2

th

th 2

'jX)

s/'R(Z

V'I

++

=

Với

b a

b 1

th

ZZ

ZV

V

+

b a

b

a b

a th

Z Z

Z

Z Z

Trang 40

1.9 ULTC

 Vì ULTC dùng để điều chỉnh điện áp phía phụ tải, một khi điện

áp cao áp giảm, thì điện áp phía tải không được thay đổi Do

đó ở chế độ xác lập thì cho dù tải ở phía hạ áp là Z không đổi thì đối với phia cao áp luôn coi tải là P không đổi

 Có hai tiêu chuẩn

 1 Khi điện áp giảm thấp với tốc độ nhanh ở phía hạ áp (vì

ULTC thường tác động trong khoảng thời gian cỡ vài phút) và nếu sự giảm điện áp đủ thấp thì Đ/C có thể dừng quay dẫn đến sự giảm tức thời phụ tải

 2 Nếu khi ULTC đạt đến giá trị giới hạn (đầu phân áp nhỏ

nhất),thì điện áp phía hạ áp bắt đầu giảm thấp, lúc đó cần

phải mô hình sự nhạy của phụ tải theo điện áp

Trang 41

1.9 ULTC

 Mô hình bộ điều áp dưới tải

Trang 42

Giới hạn do ổn định tĩnh (giá trị điện áp đầu cực nhỏ E dẫn đến |E||V|Bsin δ nhỏ), và do giới hạn nhiệt stator do dòng điện xoáy

Qmax

Qmin

Gía trị xấp xỉ

dùng để tính LF

Trang 43

1.10 Đ c tính làm vi c c a MPĐ và OXL ặ ệ ủ

 1 Sự mất ổn định điện áp có nguyên nhân từ việc MPĐ đạt đến

giới hạn phát công suất phản kháng

 2 Các chương trình tính toán LF thường mô tả MPĐ với Qmax cố

định Thực thế Qmax không cố định Đường đặc tính Q chỉ ra rằng

Qmax là một hàm của P và bị giới hạn khi P tăng

 3 Qmax được thiết lập theo bộ giới hạn kích từ ( Over-eXcitation

Limiter (OXL) Dòng điện kích từ có giá trị ở chế độ xác lập If-max Từ

đó đặt giá trị giới hạn Vì nhiệt tỉ lệ với ,

 Các OXL thường đặt thời gian là một hàm tỉ lệ nghịch với tỉ lệ If/Iđm

 4 Khi OXL tác động để giới hạn If,

 thì MPĐ không thể tăng thêm Q

 Do đó vẽ đặc tính PV hay QV,

 thì có sự giảm đột ngột trên đường cong

∫

tai quá

t

2

f dt I

Thời gian quá tải (sec) 

Đặc tính OXL

Trang 44

1.10 Đ c tính làm vi c c a MPĐ và OXL ặ ệ ủ

 Ảnh hưởng của OXL trên đường cong PV

P (tải)

|V|

Khi không có giới hạn về Q

Khi MPĐ đạt đến giới hạn Q

×

o

Trang 45

 So sánh tổn thất Q khi mất và không mất đ/d truyền tải

 Ý nghĩa: Việc mất một mạch đường dây luôn làm tăng tổn

thất Q trong toàn HTĐ

I/2 I/2

I

Qloss=(I/2)2X+ (I/2)2X=I2X/2 Qloss=I2X

X X

Trang 46

1.12 Mô ph ng các y u t nh h ỏ ế ố ả ưở ng đ n s s p đ đi n ế ự ụ ổ ệ

áp

 HTĐ BPA

 Gồm có:

 10 nút, 2 vùng

 3 MPĐ, 5MBA, 1MBA có ULTC, 6 tụ bù

 Mô hình: G1 HTĐ vô cùng lớn, G2, G3 mô hình MPĐ chi tiết

GENROU, kích từ SEXS, MPĐ G3 có OEL

 Tải tĩnh và Động cơ tại nút 8

Trang 47

1.12 Mô ph ng các y u t nh h ỏ ế ố ả ưở ng đ n s s p đ đi n ế ự ụ ổ ệ áp

Trang 48

 Kích từ

Trang 49

 Giới hạn kích từ

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	3,1 MB