Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện

Khi hệ thống điện mất ổn định, các máy phát làm việc ở trạng thái không đồng bộ, cần cắt ra ảnh hưởng đến công suất của hệ thống; tần số hệ thống thay đổi ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ; điện

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

1 PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch

5 PGS.TS Võ Ngọc Điều Ủy viên, thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

PGS.TS Nguyễn Thanh Phương

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trần Thị Tuyết Nhung Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 12/9/1974 Nơi sinh: Quảng Bình

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830034

I- Tên đề tài:

Nghiên cứu cải thiện chất lƣợng điện áp hệ thống điện

II- Nhiệm vụ và nội dung:

- Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện

- Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp

- Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK

- Mô hình mô phỏng ứng dụng Statcom vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/ SIMULINK

- Ứng dụng vào mạng điện thực tế 3 nút, 4 nút và lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật

- Nhận xét, đánh giá kết quả

III- Ngày giao nhiệm vụ : Tháng 12/2015

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Tháng 06/2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Trần Thị Tuyết Nhung

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay tôi đã hoàn thành đề tài luận văn cao học của mình, có được kết quả này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với Thầy TS Nguyễn Hùng, người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy trong bộ môn đã trang bị kiến thức

bổ ích cho tôi, cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Trần Thị Tuyết Nhung

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện” đã giải

quyết các vấn đề sau :

- Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện

- Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp

- Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK

- Mô hình mô phỏng ứng dụng Statcom vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/ SIMULINK nhằm cải thiện chất lượng điện áp

- Ứng dụng vào mạng điện thực tế 3 nút, 4 nút và lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật

- Nhận xét, đánh giá kết quả

ABSTRACT

Thesis “Research to improve the voltage quality in power system” have

resolved the following issues :

- Theoretical study voltage stability in power system

- STATCOM theoretical research and its application in power systems to improve voltage quality

- Research using the software MATLAB / SIMULINK

- Application simulation model STATCOM in the power system on the software MATLAB / SIMULINK to improve the voltage quality

- Applications in real power system 3 buttons, 4 buttons and grid Hoa Hung - Thien Thuat

- Reviews, evaluate the results

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Abstract iv

Mục lục v

Danh mục các từ viết tắt……… viii

Danh mục các biểu đồ, đồ thị, hình ảnh ix

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ 2

1.3 Phương pháp giải quyết 2

1.4 Giới hạn đề tài 3

1.5 Điểm mới của luận văn 3

1.6 Phạm vi ứng dụng 3

1.7 Bố cục của luận văn 3

1.8 Một số nghiên cứu có liên quan ……… 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH ÁP 4

2.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện 5

2.1.1 Các chế độ 5

2.1.2 Chế độ xác lập bình thường 6

2.2 Tổng quan về ổn định hệ thống điện 8

2.2.1 Đặc điểm hoạt động của hệ thống điện 8

2.2.2 Ổn định hệ thống điện 9

2.2.3 Phân loại ổn định hệ thống điện 11

2.2.4 Giới hạn ổn định trong hệ thống điện 12

2.3 Ổn định điện áp trong hệ thống điện 17

2.3.1 Khái niệm 17

2.3.2 Các tiêu chuẩn ổn định áp 17

2.3.3 Nguyên nhân làm mất ổn định điện áp 19

2.3.4 Phân loại ổn định điện áp 19

2.3.5 Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện 20

2.3.6 Đánh giá ổn định áp qua đường cong PV, QV 23

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG STATCOM VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP .25

3.1 Bù công suất phản kháng 25

3.1.1 Công suất phản kháng 25

3.1.2 Nguyên lý bù công suất phản kháng 25

3.1.3 Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng 28

3.2 Thiết bị FACTS (FACTS-Flexible AC Transmission System) 30

3.3.Tổng quan về Statcom 31

3.4.Cấu trúc cơ bản 33

3.5 Nguyên lý hoạt động 33

3.6 Đặc tính bù của Statcom 36

3.7 Ưu điểm của Statcom 38

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 39

4.1 Phần mềm MATLAB/SIMULINK 39

4.2 Khảo sát mạng điện 3 nút 40

4.2.1 Sơ đồ đơn tuyến 40

4.2.2 Sơ đồ Simulink 41

4.2.3 Chạy mô phỏng và kết quả 48

4.3 Mạng điện 4 bus .52

4.3.1 Sơ đồ đơn tuyến 52

4.3.2 Sơ đồ Simulink 52

4.3.3 Chạy mô phỏng và kết quả 53

4.4 Mạng điện phân phối tuyến Hòa Hưng – Thiện Thuật .56

4.4.1 Sơ đồ đơn tuyến 56

4.4.2 Sơ đồ Simulink 57

4.4.3 Chạy mô phỏng và kết quả 58

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 62

5.1 Kết luận 62

5.2 Hướng phát triển đề tài 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Vref Reference voltage – giá trị cài đặt điện áp

HTĐXC Hệ thống điện xoay chiều

TCSC Thyristor controlled series capacitor – Bộ tụ bù mắc nối tiếp EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam

ISTA(Iq) Dòng điện STATCOM

VSTA(Vq) Điện áp STATCOM

IGBT Transistor lưỡng cực

PWM Pulse Width Modulation - Kỹ thuật điều chế độ rộng xung

SVC Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng

thyristor

STATCOM Static Synchronous Compensator

AVR Bộ điều chỉnh điện áp tự động

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System - Hệ thống

truyền tải điện xoay chiều linh hoạt IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sự ổn định của hệ cơ học 9

Hình 2.2 Phân loại ổn định hệ thống điện 12

Hình 2.3: Hệ thống điện 14

Hình 2.4: Đường cong công suất - góc 15

Hình 2.5: Sự thay đổi góc công suất của hệ thống ổn định quá độ 16

Hình 2.6: Sự thay đổi góc công suất của hệ thống ổn định dao động bé 17

Hình 2.7: Dạng đường cong PV điển hình……… …….23

Hình 2.8 Dạng đường cong QV điển hình 24

Hình 3.1: Hệ thống truyền tải điện 26

Hình 3.2 : Minh họa nguyên lý bù công suất phản kháng 27

Hình 3.3 : Giản đồ véc tơ điện áp và dòng điện của bù công suất phản kháng 27

Hình 3.4 : Giản đồ vec tơ công suất của bù công suất phản kháng 28

Hình 3.5: Mạch điện tương đương của STATCOM 32

Hình 3.6: Cấu trúc cơ bản của STATCOM 33

Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM 34

Hình 3.8 Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 35

Hình 3.9: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 36

Hình 3.10: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù………36

Hình 3.11: Đặc tuyến V – I của STATCOM 37

Hình 3.12: Đặc tuyến V – Q của STATCOM 37

Hình 4.1 Sơ đồ đơn tuyến 41

Hình 4.2 Các khối của Sơ đồ Simulink 43

Hình 4.3 Mô hình tải động 46

Hình 4.4 Cấu tạo D - Statcom 46

Hình 4.5 Hệ thống điều khiển D - Statcom 47

Hình 4.6 Sơ đồ Simulink mạng điện 3 nút 48

Hình 4.7 Đường công suất tác dụng tại B3(3bus) 48

Hình 4.8 Đường công suất phản kháng tại B3(3bus) 49

Hình 4.9 Đường Điện áp tại bus B1(3bus) 49

Hình 4.10 Đường Điện áp tại bus B3(3bus) 50

Hình 4.11 Flicker tại bus B3(3bus) với time 4s 51

Hình 4.12 Điện áp tại bus B3(3bus) với time 4s 51

Hình 4.13 Sơ đồ đơn tuyến mạng 4 bus 52

Hình 4.14 Sơ đồ Simulink mạng 4 bus 52

Hình 4.15 Đường công suất tác dụng tại B3(4bus) 53

Hình 4.16 Đường công suất phản kháng tại B3(4bus) 53

Hình 4.17 Đường Điện áp tại bus B1(4bus) 54

Hình 4.18 Đường Điện áp tại bus B3(4bus) 54

Hình 4.19 Điện áp tại bus B3(4bus)với time 4s 55

Hình 4.20 Flicker tại bus B3 (4bus) với time 4s 56

Hình 4.21 Sơ đồ đơn tuyến mạng Hòa Hưng đến Thiện Thuật 57

Hình 4.22 Sơ đồ simulink mạng Hòa Hưng đến Thiện Thuật 57

Hình 4.23 Đường công suất tác dụng tại B3(Hòa Hưng) 58

Hình 4.24 Đường công suất phản kháng tại B3(Hòa Hưng) 58

Hình 4.25 Đường Điện áp tại bus B1(Hòa Hưng) 59

Hình 4.26 Đường Điện áp tại bus B3(Hòa Hưng) 59

Hình 4.27 Điện áp tại bus B3(Hòa Hưng) với time 4s 60

Hình 4.28 Flicker tại bus B3(Hòa Hưng) với time 4s 61

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

1.1 Đặt vấn đề

Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên thế giới do nó có ưu điểm rất quan trọng là dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng lượng khác Hơn nữa, điện năng còn là dạng năng lượng dễ dàng trong sản xuất, vận chuyển và sử dụng Hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển

để đáp ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội Cùng với xu thế toàn cầu hoá nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình thành các mối liên kết giữa các khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực hình thành nên hệ thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về công suất

Ở Việt Nam, trong những năm qua sự hội nhập về kinh tế dẫn đến nhu cầu điện năng là rất lớn, để đáp ứng nhu cầu về điện năng thì hệ thống điện cũng ngày càng phát triển về quy mô lẫn công nghệ Tuy nhiên, sự xuất hiện nhiều nhà máy thủy điện và nhiệt điện cũng làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn, đặc biệt là vấn đề về đồng bộ cũng như tính ổn định của hệ thống

Chúng ta biết rằng 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

Khi hệ thống điện mất ổn định, các máy phát làm việc ở trạng thái không đồng

bộ, cần cắt ra ảnh hưởng đến công suất của hệ thống; tần số hệ thống thay đổi ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ; điện áp giảm thấp, có thể gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp tại các nút phụ tải…như vậy hậu quả có thể phải cắt hàng loạt tổ máy, phụ tải, có thể làm tan rã hệ thống và gây thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế

Trong chế độ vận hành xác lập, chế độ làm việc cơ bản của hệ thống điện, hệ thống điện có thể mất ổn định áp do tải biến động hay thay đổi cấu trúc lưới…, hiện tượng này xảy ra là bình thường và liên tục, tuy nhiên nếu không giải quyết thì các biến động nhỏ đó có thể phát triển thành lớn gây sự cố cho hệ thống điện, vì vậy cần

có biện pháp điều chỉnh, hỗ trợ tương ứng để hạn chế gây thiệt hại và ảnh hưởng đến chất lượng hoạt động phụ tải tiêu thụ điện

Việc nghiên cứu hệ thống điện và lý thuyết ổn định điện áp là cơ sở để lựa chọn và ứng dụng các thiết bị điện phù hợp để ngăn ngừa các sự cố xảy ra với hệ thống điện đồng thời nâng cao chất lượng điện năng và vận hành ổn định lưới điện Đảm bảo chất lượng điện áp khi vận hành bình thường hoặc ổn định sau khi chịu tác động nhiễu là rất cần thiết và quan trọng, đó là lý do tác giả lựa chọn đề tài

“Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện” nhằm nghiên cứu lý

thuyết ổn định áp và nghiên cứu ứng dụng thiết bị STATCOM vào hệ thống điện để nâng cao chất lượng điện áp (ổn định biên độ điện áp và giảm chập chờn, nhấp nháy lưới điện)

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ

Mục tiêu : Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện

Nhiệm vụ :

- Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện

- Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp

- Mô hình mô phỏng ứng dụng Statcom vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/ SIMULINK để cải thiện chất lượng điện áp

- Ứng dụng vào mạng điện thực tế 3 nút, 4 nút và lưới điện phân phối Hòa Hưng – Thiện Thuật (trích sơ đồ tuyến dây CMT8, quận 3, thành phố Hồ Chí Minh)

để cải thiện chất lượng điện áp trong chế độ xác lập

1.3 Phương pháp giải quyết

- Thu thập tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết ổn định áp hệ thống điện

- Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp

- Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK

-Thực nghiệm ứng dụng Statcom trên mô hình lưới điện 3 nút, 4 nút và lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật

- Nhận xét, đánh giá kết quả

1.4 Giới hạn đề tài

Xét hệ thống điện làm việc ở chế độ xác lập

1.5 Điểm mới của luận văn

Ứng dụng Statcom vào mạng điện thực cho ổn định biên độ điện áp và giảm thấp dao động (nhấp nháy) của lưới điện tại nút đặt Statcom, hệ thống điện được mô phỏng trên phần mềm MATLAB/SIMULINK

1.6 Phạm vi ứng dụng

- Ứng dụng cho các lưới điện phân phối bất kỳ

- Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lưới điện

1.7 Bố cục của luận văn

Chương 1: Giới thiệu luận văn

Chương 2: Cơ sở lý thuyết ổn định áp

Chương 3: Ứng dụng Statcom vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp Chương 4: Mô hình mô phỏng và kết quả

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

1.8 Một số nghiên cứu có liên quan

- Enhancement of power quality in distribution system using D-Statcom, 2016

https://www.researchgate.net/ /261480301_Enhancement_of_power_

Nghiên cứu về cải thiện hệ số công suất và sóng hài trong hệ thống điện phân phối

- Nguyễn Xuân Dũng Đánh giá ổn định điện áp 220kV khu vực miền trung Đại

học Đà Nẵng, 2012 Tác giả sử dụng thiết bị SVC để ổn định và mô phỏng trên phần mềm Powerworld

- Nguyễn Hải Tâm Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng statcom ổn

định hệ thống điện,2016 Tác giả nghiên cứu hệ thống điện làm việc ở chế độ quá

độ và mô phỏng trên phần mềm Powerworld

- Nguyễn Hải Thắng Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng ổn định

điện áp cho hệ thống điện 220KV miền Nam Việt Nam Đại học Đà Nẵng, 2013 Tác

giả sử dụng thiết bị SVC để ổn định và mô phỏng trên phần mềm Conus

- Nguyễn Văn Trí Nghiên cứu ứng dụng Statcom trong việc nâng cao ổn định điện

áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió, 2016 Tác giả nghiên cứu hệ

thống điện làm việc ở chế độ quá độ và mô phỏng trên phần mềm Matlab

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH ÁP

Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay thay đổi các điều kiện của mạng lưới hệ thống Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đổ điện áp

Nguyên nhân chính gây ra mất ổn định điện áp là hệ thống điện không có khả năng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng trong mạng Các thông số có liên quan đến sụp đổ điện áp là dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng cùng với điện dung, điện kháng của mạng lưới điện

Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành

hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, chính trị, xã hội Trên thế giới đã ghi nhận được nhiều sự cố mất điện lớn do sụp đổ điện áp gây ra như tại Ý ngày 28/9/2003, Nam Thụy Điển và Đông Đan Mạch ngày 23/9/2003, phía Nam Luân Đôn ngày 28/8/2003, Phần Lan ngày 23/8/2003, Mỹ - Canada ngày 14/8/2003 Ổn định điện áp đã được quan tâm, nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam cũng đã xảy ra nhiều lần sự cố mất điện trên diện rộng, chẳng hạn như vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 và 04/9/2007

Do điện là yếu tố then chốt của sản xuất, nhiều nước trên thế giới không còn tính toán thiệt hại do mất điện theo đơn vị giờ mà là đơn vị phút Vì vậy, việc phân tích ổn định điện áp ở Việt Nam cần được nghiên cứu nhiều hơn nữa và có những biện pháp để ngăn ngừa sụp đổ điện áp

2.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện

+ Chế độ xác lập : Trong đó các thông số chế độ dao động rất nhỏ xung

quanh giá trị trung bình nào đó, thực tế có thể xem các thông số này là hằng số

Trong chế độ xác lập còn được phân thành :

- Chế độ xác lập bình thường : chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện Hệ thống điện được thiết kế để làm việc với các chế độ xác lập này Với chế

độ xác lập bình thường yêu cầu thõa mãn các tiêu chí sau :

Đảm bảo chất lượng điện năng: điện năng cung cấp cho các phụ tải phải có chất lượng đảm bảo, tức giá trị của các thông số chất lượng (điện áp và tần số) phải nằm trong giới hạn được quy định bởi các tiêu chuẩn

Đảm bảo độ tin cậy : các phụ tải được cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo Mức độ liên tục này phải đáp ứng được yêu cầu của các hộ dùng điện và điều kiện của hệ thống điện

Có hiệu quả kinh tế cao: chế độ thoả mãn độ tin cậy và đảm bảo chất lượng điện năng được thực hiện với chi phí sản xuất điện, truyền tải và phân phối điện năng nhỏ nhất

Đảm bảo an toàn điện: phả đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện và thiết bị phân phối điện

- Chế độ xác lập sau sự cố : chế độ đã được tính trước vì sự cố là không thể tránh khỏi trong vận hành hệ thống điện, các chỉ tiêu như chế độ xác lập bình thường nhưng giảm đi

- Chế độ sự cố xác lập : yêu cầu không được phép gây hại và duy trì quá thời hạn cho phép

+ Chế độ quá độ

Các thông số biến thiên mạnh theo thời gian

- Chế độ quá độ bình thường : xảy ra thường xuyên khi hệ thống điện chuyển

từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác, yêu cầu kết thúc nhanh và các thông

số biến đổi trong giới hạn cho phép

- Chế độ quá độ sự cố: xảy ra khi có sự cố trong hệ thống điện yêu cầu không gây hại cho hệ thống điện loại trừ nhanh nhất có thể

2.1.2 Chế độ xác lập bình thường

Điều kiện cần để CĐXL có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng (CSTD) và công suất phản kháng (CSPK) Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của hệ thống điện

Pf = Ppt + P = P (2.1)

Qf = Qpt + Q = Q (2.2)

Sự biến đổi CSTD chỉ có ảnh hưởng đến tần số của hệ thống điện, ảnh hưởng của nó đến điện áp không đáng kể Như vậy tần số của hệ thống điện có thể xem là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSTD

Sự biến đổi của CSPK ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp của hệ thống điện Như vậy có thể xem điện áp là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSPK

Trong hệ thống điện các điều kiện cân bằng công suất được đảm bảo một cách tự nhiên Các thông số của chế độ luôn giữ các giá trị sao cho các điều kiện cân bằng công suất được thõa mãn

Ví dụ, khi xuất phát từ một vị trí cân bằng nào đó ta tăng CSTD của nguồn lên lập tức tần số sẽ tăng lên làm cho công suất tiêu thụ của phụ tải cũng tăng lên theo cho tới khi cân bằng với công suất của nguồn Hay khi đóng thêm một phụ tải CSPK thì lập tức điện áp toàn hệ thống sẽ giảm làm cho các phụ tải phản kháng khác sẽ giảm đi cho tới khi đạt lại sự cân bằng CSPK Tất nhiên sự điều chỉnh này chỉ thực hiện được trong phạm vi cho phép

Điều kiện đủ : CĐXL luôn bị kích động bởi các kích động lớn, nhỏ do sự biến đổi không ngừng của phụ tải và sự cố các loại

Các kích động nhỏ xảy ra liên tục, tác động vào cân bằng công suất tác dụng trên máy phát điện và cân bằng công suất tác dụng trên máy phát điện và cân bằng công suất ở các nút phụ tải, cho nên chế độ xác lập muốn tồn tại phải chịu được các kích động này Nói cách khác, hệ thống điện phải có ổn định tĩnh và ổn định điện

áp, tức khả năng phục hồi chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ Đây chính là điều kiện đủ để chế độ xác lập tồn tại

Nếu muốn tồn tại lâu dài, hệ thống điện phải chịu được các kích động lớn, nói cách khác, hệ thống điện phải có ổn định động, tức khả năng phục hồi chế độ xác lập sau khi bị kích động lớn

Chế độ xác lập được dùng trong thực tế phải thõa mãn điều kiện ổn định tĩnh

và ổn định động

Ổn định tĩnh

Các kích động nhỏ xảy ra liên tục và có biên độ nhỏ, đó là sự biến đổi của thiết bị điều chỉnh …Các kích động này tác động lên roto của máy phát, phá hoại sự cân bằng công suất ban đầu làm cho chế độ xác lập tương ứng bị dao động CĐXL muốn duy trì được thì phải chịu được các kích động nhỏ này, có nghĩa là sự cân bằng công suất phải được giữ vững trước các kích động nhỏ, nói đúng hơn là sự cân bằng công suất phải được khôi phục sau các kích động nhỏ, trong trường hợp đó ta nói rằng hệ thống có ổn định tĩnh

Ta có, định nghĩa ổn định tĩnh : ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ

Như vậy ổn định tĩnh là điều kiện đủ để một chế độ xác lập tồn tại trong thực

tế

Ổn định động

Các kích động lớn xảy ra ít hơn so với các kích động nhỏ, nhưng có biên độ khá lớn Các kích động này xảy ra do các biến đổi đột ngột sơ đồ nối điện, biến đổi của phụ tải điện và các sự cố ngắn mạch…Các kích động lớn tác động làm cho cân

bằng công suất Cơ – Điện bị phá vỡ đột ngột, CĐXL tương ứng bị dao động rất mạnh Khả năng của hệ thống điện chịu được các kích động này mà CĐXL không

bị phá hoại gọi là khả năng ổn định động của hệ thống điện

Ta có định nghĩa ổn định động : ổn định động là khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu hoặc là rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động lớn

Như vậy ổn định động là điều kiện để cho chế độ của hệ thống điện tồn tại

lâu dài [1]

2.2 Tổng quan về ổn định hệ thống điện

2.2.1 Đặc điểm hoạt động của hệ thống điện

Điện năng là sản phẩm không thể dự trữ được mà phụ tải yêu cầu đến đâu thì

hệ thống điện sản xuất đến đó Công suất của nguồn điện phải luôn luôn cân bằng với công suất sử dụng của phụ tải Công suất của phụ tải luôn biến đổi theo thời gian, do đó công suất phát cũng phải biến đổi không ngừng để đáp ứng Các thông

số chất lượng điện năng biến đổi theo phụ tải do đó phải được điều chỉnh liên tục

Các quá trình xảy ra trong hệ thống điện rất nhanh, từ phần trăm giây đến vài chục giây Ví dụ sau khi xảy ra ngắn mạch thì trong vòng 0,01 giây dòng điện ngắn mạch đạt tới đỉnh nguy hiểm Do đó trong hệ thống điện phải sử dụng các thiết bị có phản ứng rất nhanh để điều khiển chế độ

Hệ thống điện chịu tác động của quá trình già hóa thiết bị, quá trình này gây

ra những hỏng hóc ngẫu nhiên, dẫn đến ngừng cung cấp điện Do đó hệ thống điện phải được tổ chức bảo dưỡng định kỳ để phục hồi khả năng làm việc và thay thế thiết bị hết hạn sử dụng

Hệ thống điện chịu tác động mạnh của môi trường, nhất là môi trường địa lý

có thể gây ra thiếu năng lượng sơ cấp (do khô hạn…), hỏng hóc thiết bị dẫn đến mất điện (sấm sét, gió bão, lũ lụt, sinh vật gây ngắn mạch…), do đó hệ thống điện phải

có dự phòng khá lớn công suất nguồn và năng lượng sơ cấp, phải có hệ thống vận hành hoàn hảo, hệ thống tự động chống sự cố để giảm thấp nhất các thiệt hại

Hệ thống điện là một khối thống nhất trải rộng khắp đất nước làm cho việc điều khiển hoạt động và truyền tin rất khó khăn Do đó để điều khiển tốt hoạt động,

hệ thống phải được phân cấp điều khiển và phải được trang bị các kỹ thuật điều khiển, đo lường và thông tin hoàn hảo

Hệ thống điện không ngừng phát triển trong không gian và theo thời gian, do

đó đòi hỏi hệ thống vận hành cũng phải phát triển không ngừng về số lượng và chất lượng để thích ứng

Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối có mối quan hệ tương tác lẫn nhau rất phức tạp, chịu tác động, ảnh hưởng của nhiều yếu tố như các đặc điểm đã nêu ở trên, chịu vô số các nhiễu tác động lên hệ thống Tuy nhiên hệ thống điện phải đảm bảo được tính ổn định trong quá trình làm việc

2.2.2 Ổn định hệ thống điện

Ổn định hệ thống điện là khả năng hệ thống điện đang làm việc ở trạng thái vận hành này có thể làm việc ở trạng thái vận hành mới sau khi chịu tác động của các kích động tự nhiên

Xét sự ổn định của hệ cơ học sau :

Ta thấy rằng hệ thống banh lăn có hai loại điểm cân bằng hay hai trạng thái nghỉ, các điểm cân bằng này như sau:

- Điểm cân bằng ổn định A : sau các dao động lớn hay nhỏ banh sẽ trở lại vị trí ban đầu

- Điểm cân bằng không ổn định B : tại đó banh sẽ bị rời vị trí B nếu chỉ cần một tác động nhẹ

Sự ổn định của banh được định nghĩa như là khả năng của banh trở lại trạng thái nghỉ lâu dài A (điểm vận hành bình thường trong hệ thống kỹ thuật) sau các dao động nhỏ hoặc lớn Hệ thống là bền nếu banh trở lại điểm cân bằng ổn định của nó sau khi bị tác động

Ổn 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 Ở chế độ xác lập để tồn tại cần phải có sự cân bằng công suất trong hệ (khi đó các thông số của hệ mới giữ không đổi) và đồng thời phải duy trì được độ lệch nhỏ của các thông số dưới những kích động ngẫu nhiên nhỏ (làm các thông số này lệch khỏi các giá trị tại điểm cân bằng) Hoặc do tác động của những thao tác đóng cắt, hệ thống điện cần phải chuyển từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác

Ổn định hệ thống điện nhằm đáp ứng chất lượng điện năng phục vụ tốt nhất Chất lượng điện năng bao gồm : chất lượng tần số và chất lượng điện áp

Chất lượng tần số : được đánh giá bằng

- Độ dao động tần số đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1% Độ dao động tần số không được lớn hơn giá trị cho phép

Điều chỉnh tần số : điều chỉnh tần số gồm 3 giai đoạn

- Điều chỉnh cấp 1 hay điều chỉnh tốc độ (điều chỉnh sơ cấp), do thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ của máy phát tự động thực hiện, giữ tần số ở giá trị chấp nhận được

- Điều chỉnh cấp 2 hay điều chỉnh tần số, do điều độ viên thực hiện hoặc tự động thực hiện nhờ thiết bị tự động điều chỉnh tần số Đưa tần số về giá trị định mức hoặc trong miền độ lệch cho phép tùy thuộc hệ thống điều tần sử dụng

- Điều chỉnh cấp 3 nhằm mục đích phân bố lại công suất giữa các nhà máy điện theo điều kiện kinh tế

2.2.3 Phân loại ổn định hệ thống điện

Hệ thống điện được phân loại ổn định dựa trên các chỉ tiêu như ổn định góc rotor, tần số và điện áp Phân loại ổn định trong hệ thống điện được trình bày trong

sơ đồ sau :

Hình 2.2 Phân loại ổn định hệ thống điện

Trong đề tài này nghiên cứu ổn định điện áp hệ thống điện dưới tác động nhiễu loạn nhỏ, liên tục

2.2.4 Giới hạn ổn định trong hệ thống điện

Việc phát và truyền tải công suất tác dụng và công suất phản kháng bị ràng buộc bởi các giới hạn sau :

Giới hạn điện áp :

Các thiết bị điện của điện lực và khách hàng được thiết kế để hoạt động ở công suất định mức hoặc điện áp định mức Phần lớn, sự lệch áp kéo dài so với điện áp định mức có thể gây bất lợi cho đặc tính làm việc và có thể phá hủy thiết

bị Dòng điện chạy trong đường dây truyền tải gây ra một sụt áp lớn không mong muốn trên đường dây của hệ thống Điện áp rơi là nguyên nhân chính gây nên tổn thất công suất phản kháng Tổn thất này xảy ra ngay khi có dòng điện chạy trong hệ

thống Nếu công suất phát ra từ các máy phát điện hoặc các nguồn phát khác là không đủ để cung cấp cho nhu cầu của hệ thống, thì điện áp sẽ bị giảm

Giới hạn chấp nhận là +6% giá trị điện áp định mức (Phụ thuộc vào tiêu chuẩn cho phép của từng cấp điện áp và từng quốc gia khác nhau) Hệ thống thường yêu cầu hỗ trợ công suất phản kháng để giúp ngăn chặn vấn đề điện áp giảm thấp Tổng công suất phản kháng sẵn sàng hỗ trợ thường được xác định theo giới hạn truyền tải công suất Hệ thống có thể bị hạn chế đến mức thấp công suất tác dụng truyền tải hơn mong muốn bởi vì hệ thống không đáp ứng yêu cầu dự trữ công suất phản kháng đủ để hỗ trợ điện áp

Giới hạn nhiệt :

Các giới hạn nhiệt do khả năng chịu nhiệt của các thiết bị hệ thống điện Ngay khi công suất truyền tải gia tăng, biên độ dòng điện gia tăng, dẫn đến hư hỏng quá nhiệt Cho ví dụ, trong các nhà máy điện, việc vận hành liên tục các thiết bị ở mức giới hạn vận hành tối đa sẽ dẫn đến hư hỏng do nhiệt, ví dụ có thể là cuộn dây stator hoặc cuộn dây rotor của máy phát điện Cả công suất tác dụng và phản kháng đều tác động đến biên độ dòng điện Ngoài ra trong hệ thống điện, các đường dây truyền tải và thiết bị liên quan cũng phải vận hành có các giới hạn nhiệt Việc phải thường xuyên vận hành quá tải các đường dây trên không làm cho cấu trúc kim loại của dây dẫn bị phá vỡ, làm giảm khả năng dẫn điện của chúng Quá tải liên tục

sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị do giảm cách điện Hầu hết các thiết bị điện có thể được quá tải cho phép, chú ý giới hạn quá tải và thời gian quá tải

Giới hạn ổn định :

Ổn định hệ thống điện là khả năng của hệ thống để duy trì trạng thái vận hành cân bằng trong những điều kiện vận hành bình thường và trở lại trạng thái cân bằng sau khi chịu tác động của các nhiễu loạn Mất ổn định trong hệ thống điện được thể hiện dưới nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và chế độ vận hành Thông thường, ổn định là việc duy trì tất cả các máy phát đồng bộ trong hệ thống điện làm việc đồng bộ với nhau

Xem xét giới hạn ổn định của hệ thống gồm 2 nguồn và hai đường dây song song với nhau như hình 2.3:

Hình 2.3: Hệ thống điện

Công suất tác dụng truyền tải giữa hai thanh cái là phụ thuộc vào góc δ Khi

xảy ra sự cố trên đường dây 1- 2 thì máy cắt 1 và máy cắt 2 cắt ra, điểm ngắn mạch

được cô lập Hệ thống điện đang làm việc ổn định tại điểm góc ban đầu δ0 thì xảy ra ngắn mạch, đường công suất của hệ thống bị sự cố giảm thấp đột ngột do tổng trở

của đường dây tăng lên, góc δ = δ0, hệ thống bảo vệ rơle cắt nhanh sự cố tại điểm máy cắt cắt nhanh Tại điểm 3 do công suất P điện lớn hơn công suất cơ PM của tua-bin nên máy phát bắt đầu hãm tốc cho đến điểm 4 và trở về lại điểm 5 xác lập một

trạng thái ổn định mới với góc δ ss

Nếu tại điểm 4 máy phát không được hãm tốc và tiếp tục trượt dài nữa thì làm cho mất ổn định đồng bộ

Vậy giới hạn ổn định của hệ thống điện là phần diện tích Stt phải nhỏ hơn phần diện tích hãm tốc Sht

Phân tích góc ổn định công suất hệ thống điện là nghiên cứu đặc tính động của

hệ thống điện Đặc tính động liên quan đến sự thay đổi giá trị của dòng công suất, điện áp, góc và tần số sau khi hệ thống chịu tác động của những nhiễu loạn lớn hoặc nhỏ

Hình 2.4: Đường cong công suất - góc

Ổn định góc công suất là được chia thành hai dạng: Ổn định quá độ và ổn định dao động bé

+ Ổn định quá độ :

Ổn định quá độ được định nghĩa là khả năng của hệ thống để duy trì sự đồng

bộ khi chịu tác động của các nhiễu loạn lớn Nó được xác định bằng cách hệ thống đáp ứng được các nhiễu loạn lớn Hệ thống được gọi là ổn định quá độ nếu nó có thể vượt qua được nhiễu loạn ban đầu và trở lại ổn định, ngược lại hệ thống là không ổn định nếu nó không thể vượt qua được

Đối với một hệ thống ổn định, khi bất ngờ xảy ra một nhiễu loạn lớn, giá trị góc hệ thống bắt đầu tăng đến đỉnh điểm và sau đó bắt đầu giảm, làm cho hệ thống

ổn định quá độ Kết quả là hệ thống đáp ứng độ lệch phức tạp của góc rotor máy phát Ổn định phụ thuộc vào trạng thái vận hành ban đầu của hệ thống và độ lớn của nhiễu loạn.

dễ bị mất ổn định quá độ Phương pháp để phân tích giới hạn quá độ là nghiên cứu

sự thay đổi góc rotor của tất cả các máy phát điện đồng bộ kết nối đến hệ thống sau khi hệ thống bị tác động bởi các nhiễu loạn lớn Kỹ thuật sử dụng phần mềm máy tính tích hợp để phân tích ổn định quá độ của hệ thống

Hình 2.6: Sự thay đổi góc công suất của hệ thống ổn định dao động bé (a), hệ thống

, là giới hạn trên và giới hạn dưới của độ lệch điện áp

Tiêu chuẩn về độ lệch điện áp của các nước khác nhau

Khi điện áp quá cao làm tuổi thọ thiết bị dùng điện giảm, nhất là thiết bị chiếu sáng, còn khi điện áp thấp quá làm cho các thiết bị dùng điện giảm công suất, nhất là đèn điện Điện áp cao hoặc thấp quá đều gây ra phát nóng phụ cho thiết bị

dùng điện, làm giảm tuổi thọ và năng suất công tác, làm hỏng sản phẩm…nếu thấp quá thì nhiều thiết bị dùng điện không làm việc được

Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn điện áp quan trọng nhất ảnh hưởng lớn đến giá thành hệ thống điện

Độ dao động điện áp

Sự biến thiên nhanh của điện áp được tính theo công thức:

(2.7) Tốc độ từ Umax đến Umin không nhỏ hơn 1%/s

Dao động điện áp gây ra dao động ánh sáng, làm hại mắt người lao động, gây nhiễu máy thu thanh, máy thu hình và các thiết bị điện tử…

Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép

Theo tiêu chuẩn này, nếu 1 giờ có 1 dao động thì biên độ được phép là 7% Đối với các thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép đến 1,5% Còn đối với các phụ tải khác không được chuẩn hóa, nếu >15% sẽ dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và các thiết bị điều khiển

Độ không sin

Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến như máy biến áp không tải, bộ chỉnh lưu, thyristor…làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến nó không còn là hình sin nữa và xuất hiện các sóng hài bậc cao Uj, Ij Các sóng hài bậc cao này góp phần làm giảm điện áp trên đèn điện và thiết bị sinh nhiệt, làm tăng thêm tổn thất sắt từ trong động cơ, tổn thất điện môi trong cách điện, tăng tổn thất trong lưới điện

và thiết bị dùng điện, giảm chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện, gây nhiễu máy thu thanh, máy thu hình và các thiết bị điện tử khác…[1]

2.3.3 Nguyên nhân làm mất ổn định điện áp

Hệ thống có thể rớt vào trạng thái mất ổn định điện áp vì những nguyên nhân sau:

- Những kích động nhỏ trong hệ thống xuất hiện như do yêu cầu công suất phụ tải thay đổi hay thay đổi đầu phân áp tại các trạm biến áp

- Những kích động lớn như việc mất tải đột ngột vì một lý do nào đó; tình trạng quá tải trên đường dây hoặc sự cố thay đổi cấu trúc mạng lưới

- Yêu cầu về cung cấp công suất phản kháng của các phụ tải cũng là một yếu

tố dẫn đến dao động điện áp

- Các điều kiện vận hành của hệ thống như : khoảng cách giữa nguồn và phụ tải xa, đồ thị phụ tải không thuận lợi, sự phối hợp giữa các thiết bị và bảo vệ chưa hiệu quả

2.3.4 Phân loại ổn định điện áp

Phân loại ổn định điện áp dựa trên nguyên nhân tác động gây mất ổn định điện áp:

+ Ổn định điện áp nhiễu loạn lớn (ổn định động): Khả năng của hệ thống điện để duy trì ổn định điện áp ngay sau khi các nhiễu loạn lớn xảy ra như các sự

cố hệ thống, ngắt máy phát điện, hoặc ngắn mạch… Khả năng này được xác định bởi đặc tính của hệ thống và phụ tải, và ảnh hưởng của cả hệ thống điều khiển và

bảo vệ Nghiên cứu ổn định này quan tâm trong khoảng thời gian từ một vài giây đến 10 phút

+ Ổn định điện áp nhiễu loạn bé (ổn định tĩnh): Khả năng của hệ thống để duy trì ổn định điện áp khi hệ thống xảy ra các dao động bé như việc gia tăng sự thay đổi trong hệ thống phụ tải Đây là dạng ổn định bị ảnh hưởng bởi đặc tính của phụ tải, việc điều khiển liên tục và điều khiển gián đoạn ở thời gian tức thời đã cho trước

+ Ổn định điện áp trong ngắn hạn: liên quan đến tác động của các thành phần phụ tải thay đổi nhanh như mô-tơ cảm ứng, phụ tải có điều khiển bằng thiết bị điện tử Nghiên cứu quá trình trong khoảng vài giây

+ Ổn định điện áp trong dài hạn: liên quan đến các thiết bị hoạt động chậm hơn như máy biến áp điều nấc, các phụ tải có điều khiển theo nhiệt độ và các máy phát điện có bộ hạn dòng Thời gian quá độ có thể được mở rộng một vài phút và dài hơn nữa.[1]

2.3.5 Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện

Chất lượng điện áp được đảm bảo nhờ các biện pháp điều chỉnh điện áp trong lưới truyền tải và phân phối Các biện pháp điều chỉnh điện áp và thiết bị để thực hiện được chọn lựa trong quy hoạch, thiết kế lưới điện và hoàn thiện thường xuyên trong vận hành

Để điều chỉnh điện áp phải điều chỉnh công suất phản kháng của nguồn điện

và các nguồn công suất phản kháng khác Vì điện áp có tính chất khu vực nên điều chỉnh điện áp cũng phải phân cấp và phân tán Điều chỉnh điện áp bao gồm điều chỉnh công suất phản kháng của nhà máy điện, các bộ tụ bù có điều khiển được đặt

ở nhiều nơi trong hệ thống điện, phân bố lại dòng công suất phản kháng trên lưới điện bằng cách điều chỉnh dưới tải các đầu phân áp của các máy biến áp ở trạm khu vực và trung gian có đặt điều áp dưới tải Các đầu phân áp của các máy biến áp điều chỉnh ngoài tải phải được chọn phù hợp Các điều chỉnh điện áp phải được phối hợp với nhau để đạt hiệu quả chung cao nhất

Chú ý rằng điều chỉnh điện áp gồm nhiều cấp mà chỉ ở cấp lưới phân phối

trung, hạ áp mới nhằm đáp ứng trực tiếp được yêu cầu chất lượng điện áp của phụ

tải, vì chất lượng điện áp được đánh giá trên cực các thiết bị dùng điện Điều chỉnh

điện áp ở các cấp cao hơn nhằm vào mục đích của hệ thống điện là giảm tổn thất

công suất và đảm bảo điều kiện thuận lợi cho điều chỉnh điện áp ở cấp lưới phân

phối

Điều kiện cần để điều chỉnh điện áp là nguồn điện phải có dư thừa công suất

phản kháng và điều kiện đủ là các công suất phản kháng đó phải điều chỉnh được

Sự biến đổi điện áp trên lưới hệ thống

Tổn thất điện áp trên lưới hệ thống được tính như sau :

(2.8) Trên lưới hệ thống X>>R nên có thể viết :

(2.9)

Ta thấy điện áp trên lưới hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào dòng công suất

phản kháng Q và sơ đồ lưới điện X Bù công suất phản kháng làm giảm tổn thất

điện áp và giảm tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện

Có 2 loại biến thiên điện áp trên lưới hệ thống :

- Biến đổi chậm gây ra bởi sự biến đổi tự nhiên của phụ tải theo thời gian

- Biến đổi nhanh do nhiều nguyên nhân khác nhau : Sự dao động điều hòa

hoặc ngẫu nhiên của phụ tải, sự biến đổi sơ đồ lưới điện, hoạt động của rơle bảo vệ

và các thiết bị tự động hóa, khởi động hay dừng tổ máy phát

Mục tiêu điều chỉnh điện áp

- Giữ vững điện áp trong mọi tình huống vận hành bình thường cũng như sự

cố, trong phạm vi cho phép xác định bởi giới hạn trên và dưới

Giới hạn trên xác định bởi khả năng chịu áp của cách điện và hoạt động bình

thường của các thiết bị cao áp và siêu cao áp Nếu điện áp tăng cao sẽ làm già hóa

nhanh cách điện và làm cho thiết bị hoạt động không chính xác

Giới hạn dưới xác định bởi điều kiện an toàn hệ thống, tránh quá tải đường dây và máy biến áp (trong lưới điện có điều áp dưới tải khi P là hằng số, nếu U giảm I sẽ tăng gây quá tải), tránh gây mất ổn định điện áp (hiện tượng suy áp)

Giới hạn trên đây là giới hạn kỹ thuật hay điều kiện kỹ thuật Trong lưới điện

220 KV trở lên, điện áp chỉ được phép dao động trong khoảng 5% so với Uđm. Với mức giới hạn này thì việc điều chỉnh dưới tải ở các máy biến áp khu vực và trung gian sẽ rất thuận lợi

- Trong giới hạn kỹ thuật cho phép, giữ mức điện áp sao cho tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất

Phương tiện điều chỉnh điện áp

- Điều chỉnh kích từ máy phát điện

- Điều chỉnh dưới tải hệ số biến áp (đầu phân áp) ở máy biến áp tăng áp và máy biến áp hạ áp theo thời gian

- Điều chỉnh điện áp ở các máy biến áp bổ trợ chuyên dùng có điều chỉnh điện áp

- Điều chỉnh công suất phản kháng của các nguồn công suất phản kháng đặt trên lưới : nguồn điều khiển hai chiều vô cấp (SVC) và tụ điện, kháng điện điều khiển hữu cấp

- Điều chỉnh ngoài tải đầu phân áp ở các máy biến áp chỉ có đầu phân áp cố định, điều chỉnh theo mùa

Phương thức điều chỉnh điện áp

Theo hệ thống điều chỉnh của EDF

- Điều chỉnh sơ cấp là quá trình đáp ứng nhanh và tức thời các biến đổi điện

áp nhanh và ngẫu nhiên bằng tác động của các thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát

và các máy bù tĩnh Trong trường hợp điện áp biến đổi lớn thì các bộ tự động điều

áp dưới tải ở các máy biến áp cũng tham gia vào quá trình điều chỉnh Điều chỉnh sơ cấp thực hiện tự động trong thời gian rất nhanh Điều chỉnh sơ cấp nhằm mục đích giữ điện áp lưới điện ở mức an toàn, tránh nguy cơ suy áp trong chế độ bình thường

và nhất là khi sự cố,

- Điều chỉnh thứ cấp để đối phó với các biến đổi chậm và có biên độ lớn của điện áp Điều chỉnh thứ cấp hiệu chỉnh lại các giá trị điện áp chỉ định của các thiết

bị điều chỉnh sơ cấp của các máy phát và các bộ tụ bù có điều khiển tự động trong miền nó đảm nhận Quá trình này kết thúc trong vòng 3 phút

- Điều chỉnh cấp 3 điều hòa mức điện áp giữa các miền điều chỉnh cấp 2, tối

ưu hóa mức điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn kinh tế và an toàn Quá trình này có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động

Ba cấp điều chỉnh trên được phân biệt theo thời gian và trong không gian Theo thời gian để tránh mất ổn định của quá trình điều chỉnh, trong không gian để

có thể chiếu cố ưu tiên các yêu cầu khu vực.[1]

2.3.6 Đánh giá ổn định áp qua đường cong PV, QV

Mất ổn định điện áp có ảnh hưởng mở rộng đến toàn hệ thống điện vì nó phụ thuộc vào quan hệ giữa công suất tác dụng truyền tải P, công suất phản kháng Q bơm vào nút và điện áp cuối đường dây V Các quan hệ này đóng vai trò hết sức quan trọng trong phân tích ổn định điện áp và thường được thể hiện dưới dạng các đường đặc tuyến trên đồ thị

Nhờ các đường đặc tuyến này ta sẽ phân tích sự ổn định của hệ thống, trong phân tích ổn định điện áp ta thường dùng 2 loại đường cong hay còn gọi là đặc

tuyến : Đặc tuyến PV và đặc tuyến QV

Đặc tuyến PV

Hình 2.7: Dạng đường cong PV điển hình

Hình trên biểu diễn dạng tiêu biểu của đường cong PV Nó thể hiện sự thay đổi điện áp tại từng nút, được xem là một hàm của tổng công suất tác dụng truyền đến nút đó Có thể thấy rằng tại điểm tới hạn (còn gọi là điểm “mũi”) của đường cong PV, điện áp sẽ giảm rất nhanh khi phụ tải tăng lên Hệ thống sẽ bị sụp đổ điện

áp nếu công suất vượt quá điểm tới hạn này Như vậy, đường cong này có thể được

sử dụng để xác định điểm làm việc giới hạn của hệ thống để không làm mất ổn định điện áp hoặc sụp đổ điện áp, từ đó xác định độ dự trữ ổn định điện áp của hệ thống

Đặc tuyến QV

Hình 2.8 Dạng đường cong QV điển hình

Ảnh hưởng của công suất phản kháng của phụ tải hay thiết bị bù được biểu diễn rõ ràng trong quan hệ đường cong QV Nó chỉ ra độ nhạy và biến thiên của điện áp nút đối với lượng công suất phản kháng bơm vào hoặc tiêu thụ

Đặc tuyến QV xác định được độ dự trữ công suất phản kháng là khoảng cách

từ điểm vận hành đến điểm mũi của nút ứng với một chế độ vận hành Nếu độ

dự trữ công suất phản kháng lớn thì biểu thị nút đó đạt được độ dự trữ ổn định điện

áp tốt và nếu độ dự trữ công suất phản kháng càng nhỏ thì độ dự trữ ổn định điện áp tại nút đó càng thấp