Hiện tượng sụp đổ điện áp và phương pháp đánh giá mức độ ổn định điện áp các nút trên lưới điện phân phối

Khi các thông số của hệ thống thay ñổi nhân viên ñiều ñộ thực hiện ñiều chỉnh máy phát, máy biến áp hoặc các thiết bị bù ñể ổn ñịnh ñiện áp.. Hơn nữa, khi phụ tải tăng ñến một giới hạn c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

TRỊNH THỊ HOÀNG YẾN

HIỆN TƯỢNG SỤP ðỔ ðIỆN ÁP VÀ PHƯƠNG PHÁP ðÁNH GIÁ MỨC ðỘ ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP CÁC NÚT

TRÊN LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : ðiện khí hóa SXNN & Nông thôn

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÃ VĂN ÚT

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu

và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà nội, ngày tháng năm 2012

Người cam ñoan

Trịnh Thị Hoàng Yến

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, ñến nay ñề tài “Hiện tượng sụp ñổ

ñiện áp và phương pháp ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh ñiện áp các nút trên lưới ñiện phân phối” ñã ñược hoàn thành Trong thời gian thực hiện ñề tài, Tôi ñã

nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngoài trường

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thày giáo GS.TS Lã Văn Út hiện

ñang công tác tại Bộ môn Hệ thống ñiện trường ðại học Bách Khoa Hà Nội

ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này Tôi xin chân thành cám ơn các thày, cô giáo trong Bộ môn Cung cấp và sử dụng ñiện khoa Cơ - ðiện, trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, các cán bộ chi nhánh ñiện lực thành phố Thái Bình, ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

Trịnh Thị Hoàng Yến

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ðỊNH HỆ THỐNG ðIỆN VÀ HIỆN TƯỢNG SỤP ðỔ ðIỆN ÁP CÁC NÚT TẢI 3

1.2.2.1 Giới hạn CCð theo các ñiều kiện khác nhau, biểu diễn trên mặt phẳng

2.2 Tiêu chuẩn ổn ñịnh ñiện áp trong HTð phức tạp và các phương pháp tìm giới

3.2.3.5 ðặc tính tĩnh phụ tải nút có máy biến áp ñiều áp dưới tải 38

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CHẾ ðỘ LÀM VIỆC CỦA LỘ 973E11.3 THÀNH PHỐ THÁI BÌNH VÀ KIỂM TRA ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP 59

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Số liệu nút 48

Bảng 3.2 Số liệu nhánh 48

Bảng 3.3: Kết quả tắnh CđXL lưới IEEE 14 nút khi chưa bù 49

Bảng 3.4: Kết quả tắnh CđXL lưới IEEE 14 nút khi bù tĩnh 52

Bảng 4.1: Số liệu nút phụ tải 62

Bảng 4.2: Số liệu nhánh 64

Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật của các MBA 10/0,4 kV sản xuất tại đông Anh Ờ Hà Nội (PL1.5 [5]) 67

Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật của MBA 110/35/10kV 68

Bảng 4.5: điện áp các nút cao áp khi thanh cái lưới cao áp ựặt 10 kV 69

Bảng 4.6: điện áp các nút cao áp ựáng lưu ý 70

Bảng 4.7: điện áp các nút hạ áp 70

Bảng 4.8 Kết quả phân tắch ổn ựịnh ựiện áp 72

Bảng 4.9: Kết quả tắnh toán với tụ bù cố ựịnh 77

Bảng 4.10: Kết quả tắnh toán với bù bằng SVC 79

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình HTð ñơn giản 3

Hình 1.2: ðặc tính công suất truyền tải 5

Hình 1.3: ðặc tính công suất phản kháng của HTð 7

Hình 1.4: ðặc tính công suất máy phát khi cắt một trong hai ñường dây truyền tải 8 Hình 1.5: Quá trình sụp ñổ ñiện áp 11

Hình 1.6 Sơ ñồ khảo sát giới hạn CCð theo ðK sụp ñổ ñiện áp 14

Hình 1.7 Giới hạn CCð theo các ðK với L=0,8, bán kính l= 10km 16

Hình 1.8 Giới hạn CCð theo các ðK với L=0,8, bán kính l= 20km 16

Hình 2.1: Sơ ñồ hệ thống ñiện ñơn giản 20

Hình 2.2: Sơ ñồ ñơn giản bỏ qua ñiện trở và ñiện dung 21

Hình 2.3: ðường cong biến thiên ñiện áp 22

Hình 2.4: ðặc tính công suất truyền tải ứng với cosφ khác nhau 23

Hình 2.5: ðường cong giới hạn miền ổn ñịnh khi P, Q thay ñổi ñồng thời theo hướng bất kỳ 24

Hình 2.6: Sơ ñồ mạng 2 cửa có ma trận ñiện dẫn 25

Hình 2.7 Miền ổn ñịnh trong mặt phẳng công suất truyền tải 26

Hình 2.8: ðồ thị biến thiên ñiện áp các nút 30

Hình 3.1, a Nhánh chuẩn 32

Hình 3.1, b Nhánh chuẩn 33

Hình 3.2 Sơ ñồ lưới chuẩn 34

Hình 3.3 Sơ ñồ thay thế ñường dây U≤35kV 34

Hình 3.4 a, Sơ ñồ nguyên lý 35

b, Sơ ñồ thay thế ñường dây ñiện áp cao và các ñường dây cáp 35

Hình 3.5 Mô hình bằng chuỗi các mắt xích hình Π 35

Hình 3.6 a Sơ ñồ nguyên lý 35

b Mô hình theo sơ ñồ hình Πtổng hợp 35

Hình 3.7 a Sơ ñồ nguyên lý máy biến áp 2 cuộn dây 36

b Sơ ñồ thay thế máy biến áp 2 cuộn dây 36

Hình 3.8 a Sơ ñồ nguyên lý máy biến áp 3 cuộn dây 37

b Sơ ñồ thay thế máy biến áp 3 cuộn dây 37

Hình 3.9 Nút có máy biến áp ñiều áp dưới tải (a) 38

Hình 3.10 SVC (a), mô hình tương ñương (b) và ñặc tính công suất (c) 39

Hình 3.11: Quá trình làm biến thiên thông số chế ñộ giới hạn 43

Hình 3.14: Sơ ñồ HTD mẫu IEEE 14 nút 47

Hình 3.15: ðường cong biến thiên ñiện áp các nút 2,6,13,14 51

Hình 3.16 Tốc ñộ biến thiên ñiện áp các nút 2,6,13,14 52

Hình 3.17: ðường cong biến thiên ñiện áp khi bù tĩnh 55

Hình 3.18: ðường cong biểu diễn sự biến thiên ñiện áp khi ñặt bù bởi SVC 56 Hình 3.19: Miền ổn ñịnh nút 14 57

Hình 4.1: Sơ ñồ nguyên lý lưới ñiện lộ 973E11.3 Thành phố Thái Bình 61

Hình 4.2: Nhập số liệu nút phụ tải trên chương trình 64

Hình 4.3: Nhập số liệu nhánh ñường dây vào chương trình 67

Hình 4.4: Thông số máy biến áp vào chương trình 68

Hình 4.5 Các ñường cong biến thiên ñiện áp nút 74

Hình 4.6 Miền ổn ñịnh công suất nút 102 75

MỞ ðẦU

I Mục ñích nghiên cứu và lí do chọn ñề tài

Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, nhu cầu tiêu thụ ñiện của nước ta tăng trưởng không ngừng ðặc biệt trong quá trình công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước, hệ thống truyền tải ñiện xoay chiều Việt Nam ñã ñang

và sẽ phát triển không ngừng cả về cấu trúc và quy mô ñịa lý Tuy nhiên, do một số ñiều kiện kinh tế - xã hội và môi trường gây ảnh hưởng ñến việc xây dựng các hệ thống truyền tải và phát ñiện mới Vì vậy, hệ thống ñiện Việt Nam luôn vận hành trong tình trạng thiếu ñiện và có nguy cơ mất ổn ñịnh cao Khi các thông số của hệ thống thay ñổi nhân viên ñiều ñộ thực hiện ñiều chỉnh máy phát, máy biến áp hoặc các thiết bị bù ñể ổn ñịnh ñiện áp Tuy nhiên, khi các thiết bị này ñạt ñến giới hạn ñiều chỉnh thì mọi hoạt ñộng ñiều chỉnh không thể thực hiện ñược Hơn nữa, khi phụ tải tăng ñến một giới hạn công suất nào ñó, nguy cơ mất ổn ñịnh ñiện áp và sụp ñổ ñiện áp có thể xảy ra ngay tại nút tải

Sụp ñổ ñiện áp ñặc trưng bởi hiện tượng ñiện áp giảm ñột ngột tại một nút hoặc thậm chí nhiều nút trong hệ thống ñiện Nguyên nhân chính gây ra sụp ñổ ñiện áp là do hệ thống ñiện không ñáp ứng ñủ nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải (có chứa nhiều ñộng cơ không ñồng bộ) và tổn thất truyền tải Trước khi sụp ñổ ñiện áp (vận hành ở gần giới hạn ổn ñịnh) ñiện áp nút dao ñộng rất mạnh Vì thế hiện tượng sụp ñổ ñiện áp có ảnh hưởng lớn ñến chất lượng ñiện năng (CLðN) và sự làm việc bình thường của các thiết bị dùng ñiện

Trong bối cảnh trên, cùng với sự ñòi hỏi ngày càng cao về chất lượng ñiện năng của khách hàng, ngày nay khi thiết kế và vận hành hệ thống cung

cấp ñiện (HTCCð) người ta ñưa thêm nhiều chỉ tiêu mới nhằm nâng cao ñộ

ðề tài luận văn ñược chọn nhằm tìm hiểu và nghiên cứu các nội dung

về ổn ñịnh ñiện áp trong HTCCð, tính toán ứng dụng thử vào sơ ñồ cụ thể lưới phân phối ñiện Việt Nam

II Phương pháp nghiên cứu

- ðể thực hiện ñề tài luận văn ñi sâu nghiên cứu cơ sở lí thuyết, kết hợp khai thác các công cụ tính toán hiện ñại

- Thu thập số liệu thực tế tính toán ứng dụng nhằm ñánh giá hiệu quả của nội dung nghiên cứu

III ðối tượng nghiên cứu và ứng dụng

Kết quả nghiên cứu nhằm ứng dụng vào các tính toán thiết kế và quản

lí vận hành lưới ñiện phân phối các khu vực Việt Nam

IV Nội dung luận văn

Với mục ñích và phương pháp ñã ñặt ra luận văn ñược thực hiện theo các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về ổn ñịnh hệ thống ñiện và hiện tượng sụp ñổ ñiện áp các nút tải

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu ổn ñịnh ñiện áp và các chỉ tiêu ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh ñiện áp các nút

Chương 3: Khai thác phần mềm Conus ñể tính toán phân tích ổn ñịnh ñiện áp lưới ñiện phân phối

Chương 4: Tính toán phân tích chế ñộ làm việc của lộ 973E11.3 thành phố Thái Bình và kiểm tra ổn ñịnh ñiện áp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ðỊNH HỆ THỐNG ðIỆN VÀ HIỆN

TƯỢNG SỤP ðỔ ðIỆN ÁP CÁC NÚT TẢI

1.1 Khái niệm về ổn ñịnh hệ thống ñiện

1.1.1 Giới hạn truyền tải và khái niệm ổn ñịnh tĩnh

ðặc tính ổn ñịnh của hệ thống ñiện (HTð) gắn liền với giới hạn truyền tải công suất Xét HTð gồm hai khu vực nối với nhau qua một ñường dây dài như trên hình 1.1 Giả sử trong mỗi khu vực ñều có các biện pháp ñiều chỉnh giữ ñiện áp U1, U2 không ñổi Gọi góc lệch pha giữa U1 và U2 là δ thì quan hệ giữa công suất truyền tải P trên ñường dây với góc lệch δ có dạng sau (còn gọi là ñặc tính công suất truyền tải):

P(δ) = (U1U2/XD) sin δ

Trong ñó:

U1, U2: ñiện áp ñầu và cuối ñường dây

XD ký hiệu ñiện kháng tổng của ñường dây truyền tải, bỏ qua ñiện trở và ñiện dung

δ: góc lệch pha giữa U1 và U2

Hình 1.1: Mô hình HTð ñơn giản

Giới hạn tối ña truyền tải công suất:

Biểu thức của Pm cho thấy, giới hạn tối ña công suất truyền tải phụ

thuộc ñiện kháng ñường dây và trị số ñiện áp các nút - những thông số vốn có

của hệ thống ñiện, không có liên quan gì ñến giới hạn phát nóng dây dẫn hay

tổn thất ñiện áp Khi nâng công suất vượt quá giới hạn trên hệ thống rơi vào

trạng thái mất ổn ñịnh: các thông số trạng thái dao ñộng mạnh (tăng trưởng

lên vô hạn hoặc giảm ñến không), các thiết bị bảo vệ làm việc cắt lần lượt các

phần tử, có thể làm hệ thống tan rã

Giới hạn truyền tải tính theo biểu thức trên luôn tồn tại như một thuộc

tính của hệ thống tải ñiện xoay chiều 3 pha ñối với mọi khoảng cách ñường

dây, do ñó cần ñược xét ñến trong thiết kế và vận hành HTð (cùng với giới

hạn phát nóng và tổn thất ñiện áp) Tuy nhiên, khi chiều dài ñường dây ngắn,

ñiện áp làm việc tương ñối cao, giới hạn loại này chưa cần xét ñến do Pm có

trị số lớn (vượt xa giới hạn phát nóng và tổn thất ñiện áp) Với khoảng cách

tải ñiện tương ñối xa, XD lớn, giới hạn Pm trở thành quyết ñịnh

Có thể giải thích ý nghĩa vật lý của hiện tượng mất ổn ñịnh nêu trên qua

sơ ñồ cụ thể của HTð ñơn giản (hình 1.1) Máy phát nối với hệ thống có

thanh cái ñiện áp không ñổi U (hệ thống công suất vô cùng lớn) qua ñường

dây tải ñiện 2 mạch

Trong trường hợp này ñặc tính công suất truyền tải có dạng:

X

EU)(

Trong ñó:

E là sức ñiện ñộng (sññ) của máy phát, lệch so với ñiện áp U một góc δ

X là ñiện kháng ñẳng trị toàn mạch tính từ nguồn sññ ñến ñiện áp U

Trong chế ñộ làm việc bình thường công suất tác dụng phát của máy

phát phụ thuộc công suất cơ của tua-bin PT Nếu bỏ qua tổn thất có thể coi

P(δ) = PT Sự cân bằng công suất ñảm bảo cho máy phát quay ñều với tốc ñộ ñồng bộ bởi mô men kéo của tua-bin cân bằng với mô men hãm ñiện từ của máy phát Trạng thái cân bằng luôn giữ ñược khi ñiều chỉnh PT trong phạm vi giới hạn PT < Pm bởi khi PT thay ñổi (do ñiều chỉnh lượng hơi ñưa vào tua-bin) thì phản ứng lại của máy phát là thay ñổi góc lệch δ cho ñến lúc cân bằng Tuy nhiên nếu công suất kéo của tua bin quá lớn, lớn hơn Pm thì mô men hãm của máy phát chỉ có thể nhỏ hơn, roto quay nhanh dần với góc lệch

δ tăng lên vô hạn Máy phát mất ổn ñịnh ñồng bộ Trong trường hợp này, khi xảy ra mất ổn ñịnh thông số bị thay ñổi mạnh là góc lệch δ của máy phát nên

còn gọi là mất ổn ñịnh góc lệch Nguyên nhân gây ra là do không giữ ñược

cân bằng công suất tác dụng

Hình 1.2: ðặc tính công suất truyền tải

Khái niệm ổn ñịnh tĩnh HTð mô tả như trên mới chỉ là theo ñiều kiện cần của ñặc tính ổn ñịnh Chặt chẽ hơn người ta ñịnh nghĩa ổn ñịnh tĩnh HTð

là khả năng hệ thống giữ ñược thông số thay ñổi ñủ nhỏ xung quanh giá trị cân bằng trong ñiều kiện có những tác ñộng nhỏ thường xuyên, ngẫu nhiên từ

F B D

~

T hơi

Xét các ñiểm cân bằng a và b trên hình 1.2 Chúng có các giá trị tương

ứng của góc lệch là:

δo1 = arcsin (PT/Pm); δo2 = 1800 - arcsin (PT/Pm)

Tuy nhiên chỉ có ñiểm cân bằng a là ổn ñịnh và tạo nên chế ñộ xác lập

(CðXL) Thật vậy, giả thiết xuất hiện một kích ñộng nhỏ ngẫu nhiên làm lệch góc δ khỏi giá trị δo1 một lượng ∆δ > 0 (sau ñó kích ñộng triệt tiêu) Khi ñó theo các ñặc tính công suất, ở vị trí mới công suất ñiện từ (hãm) P(δ) lớn hơn công suất cơ (phát ñộng) PT, do ñó máy phát quay chậm lại, góc lệch δ giảm

ñi, trở về giá trị δo1 Khi ∆δ < 0 hiện tượng diễn ra theo tương quan ngược lại

PT > P(δ), máy phát quay nhanh lên, trị số góc lệch δ tăng, cũng trở về δo1 ðiểm a như vậy ñược coi là có tính chất cân bằng bền, hay nói khác ñi có tính

ổn ñịnh tĩnh

Xét ñiểm cân bằng b với giả thiết ∆δ > 0, tương quan công suất sau

kích ñộng sẽ là PT > P(δ), làm góc δ tiếp tục tăng lên, xa dần trị số δo2 Nếu

∆δ < 0 tương quan công suất ngược lại làm giảm góc δ, nhưng cũng lại làm

lệch xa hơn trạng thái cân bằng Như vậy tại ñiểm cân bằng b, dù chỉ tồn tại

một kích ñộng nhỏ (sau ñó kích ñộng triệt tiêu) thông số hệ thống cũng thay

ñổi liên tục lệch xa khỏi trị số ban ñầu Vì thế ñiểm cân bằng b bị coi là không

ổn ñịnh Cũng vì những ý nghĩa trên ổn ñịnh tĩnh còn ñược gọi là ổn ñịnh với kích ñộng bé (Small Sign Stability), hay ổn ñịnh ñiểm cân bằng

Khái niệm ổn ñịnh tĩnh của HTð cũng tồn tại với cân bằng công suất phản kháng Xét HTð trên hình 1.3 Nút tải ñược cung cấp từ những nguồn phát ở xa ðặc tính công suất phản kháng nhận ñược từ các ñường dây về ñến nút U có dạng :

Qi(U) = - U2/XDi + (UEi / XDi) cos δi (1.2) ðiện áp nút U phụ thuộc tương quan cân bằng công suất phản kháng

Tổng công suất phát QF(U) = ΣQi(U) cân bằng với công suất tải Qt tại

các ñiểm c và d như trên hình 1.3 b, ứng với các ñiện áp Uo1 và Uo2 Nếu giữ ñược cân bằng công suất, ñiện áp nút U sẽ không ñổi, còn nếu QF > Qt ñiện áp nút tăng lên, khi QF < Qt ñiện áp nút U giảm xuống (thể hiện ñặc tính vật lý của nút tải, chứa các ñộng cơ) Phân tích tương tự như trường hợp công suất

tác dụng của máy phát, dễ thấy ñược chỉ có ñiểm cân bằng d là ổn ñịnh Với ñiểm cân bằng c sau một kích ñộng dù rất nhỏ ñiện áp U sẽ xa dần trị số Uo1

nghĩa là ñiểm cân bằng c không ổn ñịnh

Hình 1.3: ðặc tính công suất phản kháng của HTð

Trong trường hợp này, thông số thay ñổi mạnh khi mất ổn ñịnh chính là

ñiện áp U của nút, vì thể còn gọi là ổn ñịnh ñiện áp Ở ñây cũng tồn tại ñiều

kiện cần, liên quan ñến giới hạn công suất truyền tải Tổng công suất của 3

nguồn cung cấp ñến nút tải có giá trị tối ña (theo 1.2):

A4

BQ

2 max

.X

cosEB

;X

1A

i i

Trong chế ñộ làm việc bình thường (Qt<QFmax), khi CSPK của phụ tải

tăng ñiểm làm việc ổn ñịnh (ñiểm d) sẽ dịch dần lên ñiểm giới hạn (ứng với

không tồn tại, nút tải rơi vào trạng thái sụp ñổ ñiện áp Về ý nghĩa vật lí, trạng

thái sụp ñổ ñiện áp xảy ra tương ứng với chế ñộ các ñộng cơ không ñồng bộ

bị mất mô men kéo (do ñiện áp giảm thấp, mô men giảm xuống dưới mức mô men cản của máy công cụ) và dừng lại, ñiện áp lưới càng giảm thấp do dòng tiêu thụ lớn Tiếp theo là tác ñộng của các phương tiện bảo vệ

Hiện tượng sụp ñổ ñiện áp còn thường xảy ra do biến ñộng phía nguồn Khi cắt máy phát hoặc ñường dây ñể sửa chữa, ñặc tính CSPK tổng phía nguồn giảm xuống tùy thuộc mạch bị mất (ñường 2 và 3) Khi mất nguồn với công suất nhỏ (ñường 2), phụ tải vẫn có thể làm việc nhưng ñiện áp bị giảm thấp Nếu mất mạch với công suất lớn (ñường 3) nút tải sẽ bị sụp ñổ ñiện áp

δ

t b)

0 δ01 δ'01 δ'02 δ

P Pm1 Pm2

kháng ựẳng trị hệ thống X tăng lên ựột ngột làm cho ựặc tắnh công suất máy phát hạ thấp xuống (ựường cong 2) điểm cân bằng mà hệ thống có thể làm việc xác lập sau sự cố là δ'01 (ựiểm cân bằng ổn ựịnh tĩnh) Tuy nhiên chuyển

từ δ01 sang δ'01 là QTQđ, diễn ra theo ựặc tắnh ựộng của hệ thống Quá trình

có thể chuyển thành CđXL tại δ'01 hoặc không, phụ thuộc tắnh chất hệ thống

và mức ựộ kắch ựộng

Tại thời ựiểm ựầu, do quán tắnh của roto máy phát góc lệch δ chưa kịp thay ựổi Tuy nhiên, công suất ựiện từ giảm xuống, PT > P(δ) làm máy phát quay nhanh lên, góc δ tăng dần đến thời ựiểm góc lệch bằng δ'01 thì tương quan công suất trở nên cân bằng Tuy vậy, góc lệch δ vẫn tiếp tục tăng do quán tắnh Thực chất của quá trình chuyển ựộng quán tắnh này là ựộng năng tắch luỹ trong roto ựược chuyển hoá thành công thắng momen hãm đến thời ựiểm góc lệch bằng δmax (xem hình 1.4 a) ựộng năng bị giải phóng hoàn toàn, góc lệch δ không tăng ựược nữa - thời ựiểm góc lệch δ cực ựại Sau thời ựiểm này, không còn ựộng năng, mà P(δ) > PT (mômen hãm lớn hơn momen phát ựộng), do ựó roto quay chậm lại, góc δ giảm Tiếp tục phân tắch ta nhận ựược quá trình dao ựộng của góc lệch δ Nếu kể ựến mômen cản ma sát, quá trình

sẽ tắt dần về ựiểm cân bằng δ'01 của chế ựộ xác lập mới Trong trường hợp

này, CđQđ diễn ra bình thường và hệ thống ổn ựịnh ựộng

Cũng với hệ thống trên nhưng xét trường hợp trị số ựiện kháng ựường dây chiếm tỉ lệ lớn hơn trong ựiện kháng ựẳng trị hệ thống (khi ựường dây dài) đặc tắnh công suất sau khi cắt một trong hai ựường dây sẽ hạ xuống thấp hơn, như trên hình 1.4 b Trong trường hợp này khi góc lệch δ tăng nó không dừng lại ở trị số δmax trước khi ựến ựiểm δ'02 đó là vì công hãm (tỉ lệ với phần diện tắch giới hạn bởi ựường cong 2 nằm bên trên ựường ựặc tắnh công suất tua-bin PT) nhỏ hơn ựộng năng tắch luỹ trước ựó của roto máy phát (tỉ lệ với

diện tích gạch chéo nằm dưới PT) Sau khi vượt qua δ'02 tương quan công suất lại ñổi chiều PT > P(δ) nên góc lệch δ tiếp tục tăng Dễ thấy tương quan công suất PT > P(δ) sẽ tồn tại tiếp tục với trị số δ vượt quá 2π, nghĩa là mất ñồng bộ tốc ñộ quay của máy phát Hơn thế nữa quá trình tiếp tục tích luỹ ñộng năng vào roto, nên trị số rất lớn (tỉ lệ với diện tích gạch chéo nằm dưới PT) ðộng năng này làm góc δ tăng trưởng vô hạn Hệ thống mất ổn ñịnh ñộng

Có thể xét tương tự cho QTQð diễn ra trong HTð thuộc sơ ñồ hình 1.3 khi có sự cố phải cắt ñột ngột một vài máy phát Trong trường hợp này ñặc tính công suất phát phản kháng bị hạ thấp ñột ngột sau thời ñiểm máy phát bị cắt, ñiện áp U sẽ dao ñộng tắt dần về ñiểm cân bằng mới hoặc tiến ñến 0 phụ thuộc vào tính nặng nề của sự cố - cắt nhiều hay ít công suất của máy phát (xem hình 1.3)

Từ các ví dụ trên cũng còn nhận thấy rằng sau những biến ñộng sự cố

có thể không tồn tại cả ñiểm cân bằng trạng thái hệ thống Chẳng hạn ñặc tính công suất phát QF bị giảm xuống quá thấp (ñường cong 3 trên hình 1.3), không cắt ñặc tính Qt Trong các trường hợp như vậy hiển nhiên QTQð không ổn ñịnh vì không có ñiểm cân bằng Nói khác ñi sự tồn tại CðXL sau

sự cố là ñiều kiện cần ñể hệ thống có ổn ñịnh ñộng

Người ta thường sử dụng các ñịnh nghĩa ổn ñịnh như sau ñối với HTð [1]:

- Ổn ñịnh tĩnh là khả năng của hệ thống, sau những kích ñộng nhỏ phục hồi ñược trạng thái cân bằng ban ñầu hoặc rất gần với trạng thái ban ñầu (trong trường hợp kích ñộng thường xuyên, ngẫu nhiên)

- Ổn ñịnh ñộng là khả năng của hệ thống sau những kích ñộng lớn phục hồi ñược trạng thái xác lập ban ñầu hoặc gần với trạng thái ban ñầu (trạng thái vận hành cho phép)

1.2 Yêu cầu ựảm bảo chất lượng ựiện áp và ổn ựịnh phụ tải lưới ựiện phân phối

1.2.1 Khái niệm chung

Chất lượng ựiện áp (CLđA) trong LđPP nói chung và lưới ựiện trung

áp (LđTA) nói riêng là một chỉ tiêu quan trọng, luôn phải ựược quan tâm và ựảm bảo từ khâu thiết kế ựến vận hành Có các chỉ tiêu khác nhau ựược ựặt ra

ựể ựánh giá, kiểm tra CLđA cho lưới ựiện, ựồng thời trên cơ sở ựó ựề ra các biện pháp ựảm bảo Ở giai ựoạn quy hoạch thiết kế cũng như quá trình vận hành, ựể ựánh giá CLđA người ta thường áp dụng các chỉ tiêu ựơn giản như:

ựộ lệch ựiện áp lớn nhất (so với ựịnh mức) trong chế ựộ làm việc bình thường

và chế ựộ sau sự cố, dao ựộng ựiện áp lớn nhất từ chế ựộ phụ tải cực tiểu ựến

phụ tải cực ựại

Ngoài các chỉ tiêu này còn cần phải xét ựến hàng loạt các chỉ tiêu

khác có ý nghĩa mở rộng hơn liên quan ựến ựặc trưng ổn ựịnh đó là vì ổn

ựịnh ựiện áp vừa ựặc trưng cho chất lượng ựiện áp vừa ựặc trưng cho ựộ tin cậy CCđ

Chế ựộ gần giới hạn

Sụp ựổ ựiện áp

Dao ựộng không ựồng bộ

Hình 1.5 minh họa diễn biến quá trình quá ñộ dẫn ñến mất ổn ñịnh ñiện áp nút tải Do những nguyên nhân từ phía hệ thống (sự cố, ñóng cắt phụ tải, thay ñổi thành phần nguồn ) ñiện áp nút có thể sụt xuống, tương quan công suất thay ñổi, tiến gần ñến giới hạn ổn ñịnh Ở chế ñộ này công suất vẫn còn giữ ñược cân bằng, tuy nhiên, ñiện áp dao ñộng rất mạnh Tiếp theo, một biến ñộng ngẫu nhiên (thường do chính hoạt ñộng của phụ tải) ñiện áp nút sụt sâu và bắt ñầu quá trình sụp ñổ ñiện áp, công suất không còn giữ ñược cân bằng Cuối cùng là quá trình dao ñộng mạnh cả về ñiện áp lẫn công suất nút

Như vậy vấn ñề ñặt ra là cần ñảm bảo cho trạng thái của nút phụ

tải có khoảng cách ñủ xa so với chế ñộ giới hạn Nói cách khác là ñảm

bảo ñộ dự trữ ổn ñịnh ñủ lớn

Những chỉ tiêu trực tiếp hay gián tiếp liên quan ñến chế ñộ giới hạn và ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh cũng ñã ñược các công trình nghiên cứu và ñưa vào khi quy hoạch thiết kế và vận hành HTCCð Ví dụ, ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh dựa trên cơ sở phân tích ñộ nhạy ñiện áp theo công suất, phân tích chỉ số ổn ñịnh phụ tải (L-indicator) Càng gần ñến giới hạn mất ổn ñịnh thì ñộ nhạy ñiện áp sẽ càng lớn (dao ñộng mạnh) và chỉ số ổn ñịnh càng gần với giá trị 1 (L thay ñổi từ 0 tới 1) Mục ñích cuối cùng là ñưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng ñiện áp và ñộ tin cậy cho HTCCð

Cũng cần nói thêm là khái niệm ổn ñịnh mang tính hệ thống, vì thế ñảm bảo ổn ñịnh ñiện áp sẽ nâng cao ñược chất lượng ñiện năng xét ñến các yếu tố ảnh hưởng chung của toàn hệ thống

1.2.2 Ảnh hưởng giới hạn cung cấp ñiện theo ñiều kiện ổn ñịnh ñiện áp

Ngoài mục ñích nâng cao chất lượng ñiện áp và ñộ tin cậy cung cấp ñiện, việc xét ñến giới hạn ổn ñịnh ñiện áp còn có ý nghĩa ñảm bảo giới hạn CCð

Trong mục này khảo sát giới hạn cung cấp ñiện của LðTA ñơn giản nhất (cung cấp cho 1 phụ tải qua một tuyến ñường dây) theo các ñiều kiện khác nhau, biểu diễn trên cùng mặt phẳng công suất ñể có thể so sánh

1.2.2.1 Giới hạn CCð theo các ñiều kiện khác nhau, biểu diễn trên mặt phẳng công suất

a Theo ñiều kiện dòng phát nóng

Dây dẫn cần ñược lựa chọn sao cho dòng ñiện làm việc cưỡng bức (lớn nhất, kéo dài) nhỏ hơn dòng ñiện cho phép:

b Theo ñiều kiện tổn thất ñiện áp

Tổn thất ñiện áp tính ñến cuối ñường dây có thể tính gần ñúng theo thành phần cùng pha với ñiện áp nút:

Ta có:

U

QXPR

U≈ +

∆ (1.6)

XR

Z= + - là tổng trở ñường dây; ðiện áp U có thể lấy gần ñúng theo trị số ñịnh mức

Gọi ∆Ucp là trị số tổn thất ñiện áp cho phép, S là công suất truyền tải,

có góc công suất φ

Ta có: Ucp

U

)sinXcosR(S

X R

ϕ

sin cos

) ( ; (1.8)

Biểu diễn (1.8) trên mặt phẳng (P,Q) ta có giới hạn CCð theo ñiều kiện tổn thất ñiện áp (ñường ellip)

c Theo ñiều kiện sụp ñổ ñiện áp (trình bày ñủ hơn trong chương 2)

Hình 1.6 Sơ ñồ khảo sát giới hạn CCð theo ðK sụp ñổ ñiện áp

Với sơ ñồ ñơn giản hình 1.6, ta có: Y11.

1

U +Y12.

2

U = I.1= *

1

* 1

U = .

11

* 1

L

Y Y

Y

+

2

Xét cho lưới phân phối nên ta có Y.Q= 0 nên U.0= - U.2 (1.12)

Từ (1.10) ta chuyển sang dạng thực, giải hệ phương trình ta có:

1 2 2 1

4 2 1

2 2

4

U a U

− +

2S

Y U

+ Cos(Φ 1+ΦY11) (1.14)

Trong ựó: Φs1 là góc công suất phụ tải, ΦY11là góc tổng dẫn nút 1

Nghiệm cho thấy, trong giới hạn nào ựó của công suất có 2 ựiểm cân bằng ứng với các ựiện áp nút tải Có thể chứng minh ựược ựiểm cân bằng ổn ựịnh tương ứng với nghiệm lớn hơn trong (1.13) Ở ựây ta quan tâm ựến chế

ựộ truyền tải giới hạn đó là lúc hệ phương trình có nghiệm kép (các ựặc tắnh

có suất tiếp xúc với nhau tại ựiểm cân bằng), nghĩa là lúc:

r =

1 11 2 2

2S

Y U

+ Cos(Φ 1+ΦY11) = 1 (1.15)

2 2 gh

YU

11 Y 1 11 2 2Φ+Φ

− (1.16)

Biểu thức (1.16) thực chất là quan hệ giữa hàm S1 với Φs1

Xét trong hệ tọa ựộ cực ựường cong có dạng ellipe trên mặt phẳng công suất (P,Q) Biết ựiện áp ựầu nguồn U2, tổng dẫn Y11 ta có thể xây dựng ựược ựường cong giới hạn của S1 truyền tải từ nguồn cung cấp cho phụ tải cuối ựường dây Miền ổn ựịnh tương ứng với phắa công suất nhỏ (gần gốc tọa ựộ)

1.2.2.2 Kết quả khảo sát cụ thể (bằng số) cho lưới ựiện ựơn giản

Xét lưới ựiện 22kV cấp ựiện cho phụ tải St = (9,3+j5,74)MVA Dây dẫn AC-150mm2, Icp= 445A, R0=0,2Ω/km; X0= 0,355Ω/km (lựa chọn theo ựiều kiện kinh tế) Khảo sát giới hạn cung cấp ựiện khi chiều dài tuyến dây thay ựổi

1 Theo ựiều kiện phát nóng Sử dụng công thức (1.4), với Icp = 445A, hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt ựộ môi trường k=0,9 ta xác ựịnh ựược giới hạn công suất truyền tải Sgh = 15,2MVA Giới hạn CCđ theo ựiều kiện phát nóng không phụ thuộc vào khoảng cách truyền tải công suất

2 Theo ñiều kiện tổn thất ñiện áp Sử dụng công thức (1.8), ta có giới hạn

công suất truyền tải theo ñiều kiện tổn thất ñiện áp với ∆U=10% Tính cho 2

trị số chiều dài ñường dây: 10km và 20km

3 Theo ñiều kiện sụp ñổ ñiện áp Sử dụng công thức (1.16), tính toán giới hạn

CCð ứng với dự trữ 20% Khoảng cách truyền tải tính toán ñược lấy với

chiều dài ñường dây 10km và 20km

1.2.2.3 Nhận xét, so sánh về giới hạn cung cấp ñiện

- Kết quả khảo sát giới hạn CCð theo các ñiều kiện khác nhau với giả thiết chiều dài CCð thay ñổi (tăng thêm) cho thấy sự thay ñổi giới hạn CCð theo các ñiều kiện là không ñồng ñều Theo ñiều kiện phát nóng thì giới hạn CCð không bị thu hẹp trong khi theo ñiều kiện sụt áp và sụp ñổ ñiện áp (mất

ổn ñịnh), giới hạn CCð giảm rất nhanh và trở thành các yếu tố quyết ñịnh khi khoảng cách lớn

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Q(MVAR)

P(MW) G.h phát nóng

G.h sụt áp G.h sụp ñổ ñiện áp

đối với lưới ựiện phức tạp, nhiều phụ tải, các nhận xét trên vẫn ựúng Theo [1], trong khu vực chỉ cần một nút yếu gây dao ựộng ựiện áp sẽ dẫn tới dao ựộng ựiện áp của các nút khác trong hệ thống Những nút này có vai trò rất quan trọng ựối với ổn ựịnh cung cấp ựiện

Ngoài ra giới hạn theo ựiều kiện sụp ựổ ựiện áp phụ thuộc phức tạp theo vị trắ nút trong lưới, vào các yếu tố hệ thống và ựặc tắnh phụ tải, do ựó cần lựa chọn các chỉ tiêu và phương pháp ựánh giá thắch hợp

1.3 Các biện pháp nâng cao ổn ựịnh ựiện áp

Nguyên tắc chung của các biện pháp nâng cao ổn ựịnh ựiện áp là ựiều chỉnh dòng CSPK nhằm ựảm bảo cân bằng với yêu cầu của phụ tải Các biện pháp này có thể ựược áp dụng ở nhiều vị trắ khác nhau trong hệ thống

1.3.1 điều chỉnh ựiện áp (Q) máy phát ựiện

điều chỉnh dòng ựiện kắch từ trong máy phát sẽ ựiều chỉnh dòng CSPK

từ máy phát ựiện vào hệ thống, theo ựó ựiện áp ựầu ra trên cực của máy phát ựiện thay ựổi Nếu máy phát làm việc ở trạng thái quá kắch từ, máy phát phát CSPK vào hệ thống Nếu máy phát làm việc ở trạng thái thiếu kắch từ, máy phát tiêu thụ CSPK từ hệ thống Nhược ựiểm của biện pháp này là có hiệu quả thấp ựối với các nút tải xa nguồn, ựặc biệt là cho lưới ựiện phân phối

1.3.2 điều chỉnh ựầu phân áp của MBA ựiều áp dưới tải

Biện pháp có hiệu quả ựối với một số trường hợp và chỉ hiệu quả khi có

sự phối hợp biện pháp đó là vì ựiều chỉnh ựầu phân áp chỉ gián tiếp ảnh hướng ựến tương quan cân bằng CSPK điều chỉnh ựầu phân áp không có khả năng làm tăng thêm hay giảm bớt CSPK trong hệ thống nhưng nó có hiệu quả phân bố lại Nút thiếu CSPK có thể ựược tăng cường (nhận thêm) khi nâng ựầu phân áp (phắa thứ cấp) nếu máy phát phắa ựầu nguồn còn khả năng huy ựộng CSPK Trong trường hợp ngược lại, ựiều chỉnh ựầu phân áp không những không hiệu quả mà còn có thể làm tình trạng trầm trọng hơn

1.3.4 Sử dụng các thiết bị bù tĩnh

Thiết bị bù tĩnh ñơn giản nhất là tụ ñiện cố ñịnh Sử dụng tụ ñiện cố ñịnh có thể tăng thêm CSPK vào nút nên có hiệu quả ñảm bảo cân bằng CSPK cho nút tải Tuy nhiên nhược ñiểm cơ bản của tụ ñiện tĩnh là CSPK của

nó phát ra giảm rất mạnh theo ñiện áp (theo tỉ lệ bình phương ñiện áp) do ñó hầu như không có hiệu quả nâng cao ổn ñịnh Khi tải tăng, ñiện áp giảm cần tăng cường CSPK thì tụ ñiện lại cung cấp giảm ñi Ngay cả tụ ñiện tĩnh có ñiều chỉnh theo nấc thì hiệu quả này vẫn thấp bởi tốc ñộ ñiều chỉnh chậm

Thiết bị bù tĩnh có hiệu quả cao phải kể ñến SVC (Static Var Compensator) - còn gọi là bù ngang có ñiều khiển nhanh (bằng thyristor) SVC có thể ñiều chỉnh trơn CSPK trong phạm vị rộng (từ âm sang dương) nên có hiệu quả cao ñảm bảo cân bằng CSPK Mặt khác nhờ tốc ñộ ñiều chỉnh nhanh nó có khả năng nâng cao ổn ñịnh ñiện áp nút tải Với việc lựa chọn hợp

lý vị trí và dung lượng cho SVC, ổn ñịnh ñiện áp có thể ñảm bảo trong những ñiều kiện làm việc bất kỳ của hệ thống

Tương tự như SVC là thiết bị STATCOM, ñặc tính công suất hoàn toàn giống như máy bù ñồng bộ quay, nhưng khác biệt là ñiều chỉnh rất nhanh Hiệu quả STATCOM cao hơn SVC khi ở gần giới hạn ñiều chỉnh Tuy nhiên SVC và STATCOM ñều có giá thành cao, vận hành phức tạp hơn tụ ñiện tĩnh

1.4 Kết luận chương 1

1 ðể nghiên cứu về ổn ñịnh hệ thống ñiện ta xem xét ñặc tính truyền tải công suất tác dụng và phản kháng của HTð

3 Yêu cầu ñặt ra là ñảm bảo cho trạng thái của nút phụ tải có khoảng cách ñủ

xa so với chế ñộ giới hạn Hay nói cách khác là ñảm bảo ñộ dự trữ ổn ñịnh ñủ lớn

4 Có nhiều biện pháp nâng cao ổn ñịnh ñiện áp Hiệu quả cao là dùng SVC Tuy nhiên SVC có giá thành cao và vận hành phức tap hơn tụ bù tĩnh

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU ðÁNH GIÁ MỨC ðỘ ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP CÁC

NÚT

2.1 Giới hạn ổn ñịnh ñiện áp của sơ ñồ cung cấp ñiện ñơn giản nhất

ðể ñánh giá ổn ñịnh ñiện áp, nội dung cơ bản nhất là xác ñịnh ñược giới hạn truyền tải công suất trước khi nút ñược cung cấp không còn giữ ñược ổn ñịnh và sụp ñổ ñiện áp (theo [6]) Giới hạn này không những phụ thuộc sơ ñồ, thông số của các phần tử mà còn phụ thuộc các

"kịch bản" biến thiên chế ñộ hệ thống Kịch bản ở ñây ñược hiểu như một tình huống dẫn ñến mất ổn ñịnh Ví dụ với hệ thống hình 2.1 (cũng

ñã xét trong chương 1), mất ổn ñịnh ñiện áp có thể xảy ra khi sơ ñồ ñầy

ñủ các nguồn nhưng CSPK phụ tải tăng dần ñến Qtmax nhưng cũng có thể mất ổn ñịnh do công suất nguồn bị giảm (ñến vị trí 2 trên hình 2.1,b) hay bị mất một nguồn (ngừng sửa chữa)

Giới hạn ổn ñịnh trong các kịch bản không giống nhau và cách xác ñịnh cũng cần theo những phương pháp khác nhau Ngoài ra, giới hạn ổn ñịnh cũng phụ thuộc vào ñặc tính tĩnh phụ tải Trường hợp chung CSTD và CSPK phụ tải tiêu thụ phụ thuộc vào ñiện áp cung cấp

2.1.1 Sơ ñồ ñơn giản bỏ qua ñiện trở và ñiện dung

Hình 2.2: Sơ ñồ ñơn giản bỏ qua ñiện trở và ñiện dung

ðể ñơn giản, trước hết xét trường hợp bỏ qua ñiện trở và dung dẫn ñường dây (do nhỏ) ðiện áp nguồn U1 không ñổi với góc pha bằng 0

Công suất tác dụng và phản kháng truyền ñến nút 1 (cũng chính là ñặc tính công suất):

δ +

−

= δ

δ

= δ

cos U bU bU ) , U ( Q

; sin U bU ) , U ( P

1 2 1

Ở ñây ñặt (cho gọn): b = 1/X

ðể tồn tại ñiểm cân bằng cần có nghiệm của phương trình cân bằng công suất:

Q cos U bU bU

; P sin U bU

1 2 1

= δ +

−

= δ

Trong ñó, P và Q là công suất cần truyền tải ñến cuối ñường dây cung cấp cho phụ tải

Biến ñổi:

0 Q P U ) U b bQ 2 ( U b

bQU 2 ) bU ( Q P ) U bU (

) bU Q ( P ) U bU (

2 2 2 2 1 2 4

2

2 2

2 2

2 2 1

2 2 2

2 1

= + +

− +

+ +

+

=

+ +

=

Giải: ∆ = ( 2 bQ − b2U12)2− b2( P2+ Q2); (2.1)

jX P+jQ

0

Khi ∆>0, có 2 nghiệm thực, tương ứng với các ñiện áp:

b

) U b bQ 2 ( U

; b

) U b bQ 2 ( U

2

2 1 2

*

2

2 1 2

−

−

=

(2.2)

Trong trường hợp này ñiểm cân bằng ổn ñịnh tương ứng với ñiện áp cao hơn

Dễ thấy là nếu tiếp tục tăng công suất phụ tải ñến lúc ∆ = 0 (nghiệm kép) thì cũng chính là lúc cân bằng giới hạn Khi ñó:

b

Q 2

U b

) U b bQ 2 ( U

2 1 2

2 1 2

a Trường hợp công suất truyền tải thay ñổi, giữ nguyên cosφ

Có thể hiểu, ñây là kịch bản tăng ñồng thời CSTD và CSPK của phụ tải cuối ñường dây theo cùng một tỉ lệ, trường hợp hay gặp trong thực tế còn ñược gọi là kịch bản tự nhiên hay kịch bản ñiển hình

Thay Q = P.tgφ vào biểu thức, ta có U1* và U2* là hàm của 1 biến P Dễ

vẽ ñược ñường cong biến thiên ñiện áp U1* và U2* theo P như trên hình 2.3

Hình 2.3: ðường cong biến thiên ñiện áp

Thay giá trị cụ thể công suất tải P* và tgφ vào ta tính ñược U1* và U2*

Khi P = 0 ta có: ∆ = ( b2U12)2 > 0 ; phương trình có 2 nghiệm:

; 0 b

U b U b U

; U b

U b U b U

2

2 1 2 2 1 2 2

1 2

2 1 2 2 1 2 1

2 2 1 max

ϕ

− + ϕ

=

b

Ptg 2

U b

Q 2

U U

2 1 2

1 gh

cosφ=0,95

cosφ=0,9

vượt trước

chậm sau ðiểm giới hạn công suất

b Trường hợp công suất truyền tải P và Q thay ñổi ñồng thời (theo hướng bất kỳ)

Ta xét các ñiểm giới hạn trên mặt phẳng công suất Dễ nhận thấy rằng các ñiểm giới hạn tương ứng với lúc cặp giá trị (P,Q) làm cho ñịnh thức ∆ =

0 Theo (2.1) có thể biểu diễn quan hệ P và Q ở chế ñộ giới hạn:

2 2

2

bU Q 2

H

bU

P 4

bU

2

U U

; 2

bU P 0

; 4

bU Q 0

Trường hợp cosφ = const là trường hợp riêng, khi ñiểm làm việc của phụ tải dịch chuyển theo ñường thẳng ñi qua gốc tọa ñộ

2.1.2 Sơ ñồ rẽ nhánh, có ñiện trở tác dụng

Khi xét ñến ñiện trở và ñiện dung của ñường dây, hay tổng quát hơn xét phụ tải ñược cung cấp qua lưới có thể ñược tương ñương hóa với một mạng 2 cửa có ma trận ñiện dẫn ñã biết (hình 2.6) (theo [11])

Hình 2.6: Sơ ñồ mạng 2 cửa có ma trận ñiện dẫn

Hệ phương trình cân bằng công suất phức viết cho mỗi nút ở CðXL:

(**)S

UUYUY

(*)S

UUYUY

2 2 1 21 2 2 22

1 2 1 12 2 1

=+

Nếu coi nguồn là nút cân bằng, với ñiện áp U2 xác ñịnh (góc pha bằng 0), chế ñộ hệ thống sẽ hoàn toàn xác ñịnh bởi một phương trình (*) viết cho nút tải

Chia cả 2 vế của (*) cho Y11 và ñặt:

11

1 1 1 2 11

12 0

Y

Sjba

;UY

1 1 0 2

Y

SUU

U + = & = +

))

2 1 2 0 1

4 0 1

2 0

4

Ua

1 2 0 1

4

0 + + = (2.7) Tương ứng với ñiện áp giới hạn :

2 0 gh

21

YU

11 Y 1 11 2 0 gh

α+α

−

Trong ñó αS1 là góc công suất phụ tải S&1, αY11 là góc pha của tổng dẫn Y11 Trên mặt phẳng phức, phương trình (2.8) có dạng phương trình ñường cong trong hệ tọa ñộ cực S(α), tương ứng với công suất giới hạn ổn ñịnh Phần mặt phẳng tương ứng với công suất P1, Q1 âm chính là miền ổn ñịnh công suất truyền tải theo hướng cung cấp ñến phụ tải (hình 2.7)

Hình 2.7 Miền ổn ñịnh trong mặt phẳng công suất truyền tải

S&

Như vậy miền ổn ñịnh công suất truyền tải vẫn có dạng tương tự như ở HTð có sơ ñồ ñường dây ñơn giản bỏ qua ñiện trở ñiện dung ñã xét ở trên Người ta cũng biến ñổi biểu thức (2.6) về dạng sau:

) 1 r r Y S

b U a 4

U a 2

U U

2 11

1

2 1 2 0 1

4 0 1

2 0 1

−

±

=

+ +

± +

=

1 11 2 0

Y S

S

Y U

r = + α +α , với α là góc pha của các phức số S1 và Y11

Khi ñó tương ứng với trạng thái giới hạn ổn ñịnh:

ta có:

.1

01

;04

2

2 1 2 0 1

4 0

=

=

−

=++

r và r

b U a U

Dựa vào biểu thức r người ta ñịnh nghĩa chỉ số ổn ñịnh ñiện áp nút

(L-indicator):

1rr

0 2

UY

SU

U11rr

=

−+

Các biểu thức này áp dụng trong tính toán thuận lợi hơn

2.2 Tiêu chuẩn ổn ñịnh ñiện áp trong HTð phức tạp và các phương pháp tìm giới hạn ổn ñịnh

Các phương pháp tìm giới hạn ổn ñịnh [1]

2.2.1 Phương pháp phân tích chỉ số ổn ñịnh nút tải

ñịnh ñiện áp HTð phức tạp là chỉ số ổn ñịnh ñiện áp nút tải (L-indicator) như

ñã ñịnh nghĩa trong mục 2.1.2 Cách ñưa ra tiêu chuẩn hoàn toàn tương tự như trường hợp sơ ñồ có rẽ nhánh (mục 2.1.2) nhưng với giả thiết sơ ñồ có αG nút nguồn và αL nút tải Kết quả nhận ñược biểu thức chỉ số ổn ñịnh ñiện áp cho mỗi nút tải j:

V

V C

2.2.2 Phương pháp tính liên tiếp chế ñộ xác lập

Với sơ ñồ phức tạp về nguyên tắc có thể dựa vào biểu thức (2.10) ñể tính toán và ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh ñiện áp các nút Tuy nhiên, việc tính toán rất phức tạp vì vẫn phải dựa vào hệ phương trình trạng thái xác lập của HTð ñể xác ñịnh các hệ số phân bố Hơn nữa vẫn phải tính lặp nhiều lần chế

ñộ hệ thống theo kịch bản cho ñến khi có một chỉ số L của nút nào ñó tiến tới giá trị 1

Chấp nhận phép tính lặp, hiện nay người ta thường áp dụng phương pháp khác hiệu quả hơn Một trong những phương pháp thuộc loại này là dựa vào tiêu chuẩn mất ổn ñịnh phi chu kỳ Theo tiêu chuẩn này nếu cho thay ñổi chế ñộ dần dần từ chế ñộ ổn ñịnh ñến chế ñộ không ổn ñịnh (theo một kịch bản nào ñó) và tính liên tiếp chế ñộ xác lập và kiểm tra dấu ñịnh thức ma trận Jacobi của hệ phương trình (thực chất là ma trận ñạo hàm riêng của hệ theo tất

cả các biến) Khi HTð ổn ñịnh thì ñịnh thức có dấu dương Lúc bước qua giới hạn thì ñịnh thức ñổi dấu

Như vậy nếu thực hiện tắnh liên tiếp CđXL theo kịch bản ựã cho, khi ựịnh thức Jacobi ựổi dấu ta xác ựịnh ựược trị số giới hạn đây cũng là phương pháp ựược nhiều chương trình phân tắch CđXL áp dụng ựể phân tắch giới hạn công suất truyền tải theo ựiều kiện ổn ựịnh tĩnh Một trong những chương trình có chức năng này là chương trình mang tên CONUS ựược xây dựng bởi các giáo viên bộ môn Hệ Thống điện, trường đại học Bách khoa Hà Nội Chương trình từng áp dụng tắnh giới hạn truyền tải cho ựường dây siêu cao áp Bắc - Trung - Nam khi thiết kế (1991-1994) Chương trình cũng cho phép kiểm tra ổn ựịnh ựiện áp các nút tải

2.3 Một số chỉ tiêu ựánh giá mức ựộ ổn ựịnh ựiện áp LđPP

Với sơ ựồ của HTđ nói chung, khi phân tắch ựánh giá mức ựộ ổn ựịnh cần phải xem xét rất nhiều kịch bản đó là vì các tình huống vận hành hết sức

ựa dạng, ựể phát hiện chế ựộ nguy hiểm nhất về phương diện ổn ựịnh cần giả thiết rất nhiều các phương thức vận hành có thể có khác nhau Với LđPP số tình huống xem xét phân tắch không cần nhiều, trừ một số ắt các trường hợp riêng biệt (khi có các nguồn phân tán, có các phụ tải ựặc biệt) Trong trường hợp chung thường có các chỉ tiêu cần xem xét như sau

2.3.1 Hệ số dự trữ ổn ựịnh theo kịch bản ựiển hình

Giả thiết trong chế ựộ hiện hành, tổng công suất phụ tải là P∑0 Giả thiết tăng ựồng thời phụ tải các nút (giữ nguyên cosφ) cho ựến khi mất ổn ựịnh (thường có một nút ựầu tiên sụp ựổ ựiện áp) đến chế ựộ giới hạn tổng phụ tải có trị số là P∑gh, hệ số dự trữ ổn ựịnh ựược tắnh theo biểu thức:

Kdt =

0 0 Σ

PΣghtổng công suất tải ựến giới hạn

Hệ số dự trữ ựặc trưng cho mức ựộ ổn ựịnh chung của toàn hệ thống Tiêu chuẩn trên có thể áp dụng cho toàn HTđ nói chung và cho riêng LđPP nói riêng Hệ số dự trữ nhận ựược càng lớn thể hiện trạng thái vận hành hiện tại càng xa chế ựộ giới hạn và mức ựộ ổn ựịnh chung ựược ựánh giá cao và an toàn Tại Việt Nam, hiện chưa có quy ựịnh bắt buộc hệ số dữ trữ ổn ựịnh Một

số nước đông Âu quy ựịnh ựộ dự trữ ổn ựịnh theo công suất cần ựảm bảo Kdt

U U K

0 j

jgh 0 j Uj

−

Hình 2.8: đồ thị biến thiên ựiện áp các nút

Hệ số sụt áp các nút ựặc trưng cho mức ựộ mạnh yếu khác nhau về phương diện ổn ựịnh ựiện áp Nút có KU lớn là nút yếu, bởi nó suy giảm nhanh ựiện áp và bị sụp ựổ ựiện áp trước tiên Các biện pháp cải thiện ổn ựịnh cần tập trung cho nút yếu