ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Báo cáo này được phát triển bởi một nhóm chuyên trách, thành lậpđồng thời với Hội đồng nghiên cứu CIGRE 38 và Hội đồng đặc tính động hệthống điện IEEE, giải quyết các vấn đề về định nghĩa và phân loại ổn địnhtrong hệ thống điện từ một quan điểm cơ bản và khảo sát chặt chẽ các phânnhánh thực tế. Bản báo cáo này nhằm mục đích định nghĩa sự ổn định hệthống điện một cách chính xác hơn, cung cấp một cơ sở có hệ thống chophân loại của nó, và thảo luận về các mối liên kết đến các vấn đề liên quannhư độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện.Báo cáo này được phát triển bởi một nhóm chuyên trách, thành lậpđồng thời với Hội đồng nghiên cứu CIGRE 38 và Hội đồng đặc tính động hệthống điện IEEE, giải quyết các vấn đề về định nghĩa và phân loại ổn địnhtrong hệ thống điện từ một quan điểm cơ bản và khảo sát chặt chẽ các phânnhánh thực tế. Bản báo cáo này nhằm mục đích định nghĩa sự ổn định hệthống điện một cách chính xác hơn, cung cấp một cơ sở có hệ thống chophân loại của nó, và thảo luận về các mối liên kết đến các vấn đề liên quannhư độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện.Báo cáo này được phát triển bởi một nhóm chuyên trách, thành lậpđồng thời với Hội đồng nghiên cứu CIGRE 38 và Hội đồng đặc tính động hệthống điện IEEE, giải quyết các vấn đề về định nghĩa và phân loại ổn địnhtrong hệ thống điện từ một quan điểm cơ bản và khảo sát chặt chẽ các phânnhánh thực tế. Bản báo cáo này nhằm mục đích định nghĩa sự ổn định hệthống điện một cách chính xác hơn, cung cấp một cơ sở có hệ thống chophân loại của nó, và thảo luận về các mối liên kết đến các vấn đề liên quannhư độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện.

ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI

ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Tóm tắt:

Vấn đề định nghĩa và phân loại ổn định hệ thống điện đã đượcgiải quyết bởi một vài bản báo cáo công tác của CIGRE và IEEE trước

đó Những nỗ lực trước đó, tuy nhiên, không hoàn toàn phản ánhnhu cầu của ngành công nghiệp hiện nay, kinh nghiệm và sự hiểubiết Đặc biệt, các định nghĩa không chính xác và các phân loạikhông bao gồm tất cả các tình huống mất ổn định thực tế

Báo cáo này được phát triển bởi một nhóm chuyên trách, thànhlập đồng thời với Hội đồng nghiên cứu CIGRE 38 và Hội đồng đặctính động hệ thống điện IEEE, giải quyết các vấn đề về định nghĩa vàphân loại ổn định trong hệ thống điện từ một quan điểm cơ bản vàkhảo sát chặt chẽ các phân nhánh thực tế Bản báo cáo này nhằmmục đích định nghĩa sự ổn định hệ thống điện một cách chính xáchơn, cung cấp một cơ sở có hệ thống cho phân loại của nó, và thảoluận về các mối liên kết đến các vấn đề liên quan như độ tin cậy và

an toàn của hệ thống điện

hệ thống Khi các hệ thống điện đã phát triển thông qua sự tăngtrưởng liên tục trong các mối liên kết, sử dụng công nghệ mới vàđiều khiển, các hoạt động tăng lên trong điều kiện căng thẳng cao,những hình thức khác nhau của hệ thống không ổn định đã xuấthiện Ví dụ, ổn định điện áp, ổn định tần số và dao động interarea đãtrở thành mối quan tâm lớn hơn trong quá khứ Điều này đã tạo ramột nhu cầu để xem xét các định nghĩa và phân loại ổn định hệthống điện Một sự hiểu biết rõ ràng về các loại khác nhau của sựmất ổn định và làm thế nào chúng có mối quan hệ với nhau là điềucần thiết cho việc thiết kế và hoạt động đạt yêu cầu của hệ thống

điện Đồng thời, thống nhất sử dụng thuật ngữ là cần thiết cho việcphát triển thiết kế hệ thống và tiêu chí hoạt động, công cụ phân tíchtiêu chuẩn, và thủ tục nghiên cứu.

Vấn đề định nghĩa và phân loại ổn định hệ thống điện là mộtvấn đề cũ, có một vài bản báo cáo trước đây với chủ đề này bởiCIGRE và IEEE Task Forces Do đó, tuy nhiên, không hoàn toàn phảnánh nhu cầu của ngành công nghiệp hiện nay, kinh nghiệm, và hiểubiết Đặc biệt, các định nghĩa không chính xác và các phân loạikhông bao gồm tất cả các tình huống mất ổn định thực tế

Bản báo cáo này là kết quả của các cuộc thảo luận dài củaTask Force được thành lập đồng thời bởi Hội đồng nghiên cứu CIGRE

38 và Hội đồng đặc tính động hệ thống điện IEEE Mục tiêu củachúng tôi là:

 Định nghĩa ổn định hệ thống điện chính xác hơn, bao gồm tất

cả các hình thức

 Cung cấp một cơ sở có hệ thống cho phân loại ổn định hệthống điện, nhận dạng và định nghĩa các loại khác nhau, vàcung cấp một bức tranh tổng quát về các hiện tượng

 Thảo luận các mối liên kết đến các vấn đề liên quan như độ tincậy và an toàn của hệ thống điện

Ổn định hệ thống điện tương tự như ổn định của bất kỳ hệthống động nào, và có nền tảng toán học cơ bản Định nghĩa chínhxác của sự ổn định có thể được tìm thấy trong các tài liệu với lýthuyết toán học chặt chẽ của ổn định hệ thống động Mục đích chính

ở đây là để cung cấp một định nghĩa về động lực vật lý của ổn định

hệ thống điện mà trong điều kiện rộng rãi phù hợp với các địnhnghĩa toán học chính xác

Bản báo cáo được tổ chức như sau Trong phần II sẽ cung cấpđịnh nghĩa của ổn định hệ thống điện Thảo luận và xây dựng chi tiết

về định nghĩa được trình bày Sự phù hợp của định nghĩa này vớiđịnh nghĩa lý thuyết hệ thống được thành lập Phần III cung cấp mộtphân loại chi tiết của ổn định hệ thống điện Trong phần IV của bảnbáo cáo, mối quan hệ giữa các khái niệm của độ tin cậy hệ thốngđiện, an toàn, và ổn định được thảo luận Một mô tả làm thế nàonhững điều khoản này được định nghĩa và sử dụng trong thực tếcũng được cung cấp Cuối cùng, trong phần V, định nghĩa và kháiniệm của ổn định từ toán học và lý thuyết điều khiển được khảo sát

để cung cấp thông tin nền liên quan đến ổn định của hệ thống độngnói chung và để thiết lập kết nối lý thuyết.

Các định nghĩa phân tích trình bày trong phần V tạo thành mộtkhía cạnh quan trọng của báo cáo Chúng cung cấp các nền tảngtoán học và cơ sở cho các định nghĩa được nêu trong các phần trước

đó Chi tiết được cung cấp tại cuối bản báo cáo do đó những đọc giảquan tâm có thể kiểm tra những điểm tốt hơn và đồng hóa sự chặtchẽ toán học

II Định nghĩa về sự ổn định hệ thống điện

Trong phần này, chúng tôi sẽ cung cấp một định nghĩa chính thức về ổn định hệthống điện mục đích là để cung cấp một mộc cách tổng thể định nghĩa đó, trong khiphù hợp với các định nghĩa từ lý thuyết hệ thống là dể hiểu và dể áp dụng bởi kỹ sưchuyên môn hệ thống điện

A Định nghĩa được đề xuất

Sự ổn định của hệ thống điện là khả năng của một hệ thống điện, hoạt động vớimột điều kiện ban đầu được đưa ra để lấy lại một trạng thái hoạt động cân bằng saukhi chịu một nhiễu tổng thể với hầu hết các biến hệ thống bị hạn chế, vì vậy mà thực

tế toàn bộ hệ thống vẩn còn nguyên vẹn

B Sự thảo luận và phát sinh

Thông thường định nghĩa áp dụng cho một hệ thống liên kết toàn bộ với nhau.Tuy nhiên, sự ổn định của các máy phát điện cụ thể hoặc của nhóm các máy phát điệncũng được quan tâm Một máy phát điện điều khiển từ xa có thể mất ổn định ( đồngbộ) mà không có sự phân tầng ổn định của hệ thống chính Tương tự như vậy, sự ổnđịnh của một tải đặc biệt hoặc một vùng tải có thể được quan tâm, động cơ có thể một

ổn định ( chạy xuống và cưỡng bức) mà không có sự phân tầng ổn định của hệ thốngchính

Hệ thống điện là một hệ thống phi tuyến tính hoạt động trong một môi trườngthay đổi liên tục, tải và đầu ra của máy phát và các thông số hoạt động quan trọng thayđổi liên tục Khi phải chịu một nhiễu, sự ổn định của hệ thống phụ thuộc vào điều kiệnban đầu cũng như bản chất của nhiễu

Sự ổn định của một hệ thống điện là một đặc tính của hệ thống chuyển độngxung quanh bộ cân bằng, tức là các điều kiện vận hành ban đầu Trong một bộ cânbằng, sự ảnh hưởng đối lập khác nhau tồn tại trong một hệ thống bình đẳng ngay lậptức (như trong trường hợp của điểm cân bằng) hoặc trên một chu kỳ (giống như trong

trường hợp làm chậm biến chu kì do sự dao động nhỏ liên tục trong tải hoặc điểm thuhút không tuần hoàn).

Hệ thống điện phải chịu một loạt các nhiễu bé và lớn Nhiễu bé trong các hìnhthức của tải thay đổi xảy ra liên tục, hệ thống phải có khả năng thích nghi với điềukiện thay đổi và hoạt động một cách thoả đáng Nó cũng có thể tồn tại nhiều nhiễu cótính chất nghiêm trọng, như một ngắn mạch trên đường truyền hoặc mất một số lượnglớn máy phát Một nhiễu lớn có thể dẩn đến những thay đổi về cấu trúc do sự cách lycủa các thành phần sự cố

Tại một bộ cân bằng, một hệ thống có thể ổn định cho một nhiễu tổng thể nhấtđịnh và không ổn định cho những cái khác Nó là không thực tế và không kinh tế đểthiết kế hệ thống ổn định cho mỗi nhiễu có thể Các thiết kế dự phòng được lực chọntrên cơ sở họ có một xác suất tương đối cao xảy ra Do đó, sự ổn định nhiễu lớn luôn

đề cập đến một viễn cảnh nhiễu được quy định Một trang thái cân bằng ổn định đượcthiết lập như vậy, có một khu vực giới hạn của sự thu hút, lớn nhiều hơn khu vực càng

có nhiều thiết thực các hệ thống có liên quan đến nhiễu lớn Khu vực của những thayđổi với điều kiện hoạt động của hệ thống điện

Sự đáp ứng của một hệ thống cho một nhiễu có thể bao gồm nhiều thiết bị Ví

dụ, có một sự cố trên một thành phần quan trọng theo dõi bằng việc cách ly bởi relaybảo vệ sẽ gây ra các biến trong các dòng công suất, mạng lưới điện áp và tốc độ rotormáy phát, các biến điện áp sẽ kích thích ở cả máy phát điện và mạng lười truyền tảiđiều chỉnh điện áp, biến tốc độ máy phát sẽ kích thích máy điều tốc động lực đầu tiên

và biến điện áp và tần số sẽ anh hưởng đến hệ thống tải với mức độ khác nhau tuỳthuộc vào mỗi đặc điểm riêng biệt của nó Hơn nữa, các thiết bị dùng để bảo vệ cácthiết bị riêng biệt có thể đáp ứng với các biến trong hệ thống biến đổi và gây tách racủa thiết bị do đó làm suy yếu hệ thống có thể dẩn đến hệ thống không ổn định

Nếu sau khi chịu tác động của một nhiễu, hệ thống điện trở về trạng thái cânbằng mới với sự toàn vẹn hệ thống Nghĩa là, với thực tế, tất cả các máy phát điện vàtải nối thông qua một hệ thống truyền dẩn tiếp giáp duy nhất Một sô máy phát và tải

có thể bị ngắt bởi sự cách ly của thành phần sự cố hoặc cố ý hoán đổi để đảm bảo tínhliên tục của sự hoạt động một số lượng lớn hệ thống Hệ thống được kết nối với nhau,đối với một số nhiễu nghiêm trọng, có thể được chia ra thành hai hay nhiều “vùng” đểbảo vệ nhiều máy phát và nhiều tải tải nhất có thể Hoạt động của điều khiển tự động

và có thể tác động của con người sẽ khôi phục lại hệ thống bình thường Mặt khác,nếu hệ thống không ổn định, nó sẽ cho một kết quả đi lên hoặc đi xuống so với điểmlàm việc ổn định Ví dụ như, một sự tăng dần góc của rotor máy pháy điện, hoặc giảmdần điện áp đường dây Một điều kiện hệ thống không ổn định có thể dẩn đến mất sựuphân tầng và tắt của một phần lớn hệ thống điện

Hệ thống điện liên tục có biến động tăng nhỏ độ lớn Tuy nhiên, để đánh giá sự

ổn định khi phải chịu một nhiễu nhất định nó thường là hợp lệ khi cho rằng hệ thốngnày là bước đầu trong một hoạt động ổn định đúng điều kiện

C Sự phù hợp với hệ thống lý thuyết xác định.

Trong phần II-A, chúng ta đã xây dựng các định nghĩa bằng cách xem xét mộtđiều kiện nhất định và điều khiển một hệ thống đang chịu tác động của nhiễu tổng thể.Dưới những điều kiện này, yêu cầu hệ thống có thể lấy lại trạng thái cân bằng mới củahoạt động hay trở về tình trạng hoạt động ban đầu (nếu không có sự thay đổi topo xảy

ra trong hệ thống) Những yêu cầu này tương quan trực tiếp đến việc định nghĩa lýthuyết hệ thống của sự ổn định tiệm cận đưa ra trong mục V-C-I Nó nên được côngnhận ở đây là định này đỏi hỏi sự cần bằng là (a) ổn định trong ý nghĩa của Lyapunov,tức là, tất cả các điều kiện ban đầu bắt đầu vào một vùng lân cận nhỏ hình cầu của bánkính δ kết quả trong hệ thống quỹ đạo còn lại trong một hình trụ có bán kính ε cho tất

cả các thời gian t ≥ t0, thời gian ban đầu tương ứng với tất cả các biến trạng thái hệthống bị giới hạn và (b) tại thời điểm t → ∞ quỹ đạo hệ thống tiến đến gần điểm cânbằng bất cứ khi đáp ứng đến điểm cân bằng được thu hút Như là một kết quả, một sựtheo dõi rằng sự phân tích định nghĩa hướng dẩn tương đương với một tráng tháimong đợi trong một hệ thống vật lí

III Phân loại ổn định hệ thống

Một hệ thống điện hiện đại điển hình là một quá trình đa biếncao để có phản ứng năng động chịu ảnh hưởng bởi một loạt các thiết

bị với các đặc tính khác nhau và tỷ lệ đáp ứng Sự ổn định là mộtđiều kiện cân bằng giữa các lực đối lập Phụ thuộc cấu hình mạng,tình trạng hoạt động của hệ thống và các hình thức của sự xáo trộn,

sự khác nhau của lực đối lập có thể gây ra sự mất cân bằng tạo racác hình thức khác nhau của sự bất ổn Trong phần này, chúng tôicung cấp một cách có hệ thống phân loại của sự ổn định hệ thốngđiện

A.Những điều cần biết về phân loại ổn đinh:

Sự ổn định hệ thống điện cơ bản là một vấn đề duy nhất; Tuynhiên, các hình thức khác nhau của những bất ổn mà một hệ thốngđiện có thể trải qua không thể được hiểu đúng và xử lý hiệu quảbằng cách xử lý nó như vậy Bởi vì độ phức tạp của các vấn đề ổnđịnh, ta có giúp để làm đơn giản hóa các giả định để phân tích các ại

cụ thể của vấn đề bằng cách sử dụng một mức độ thích hợp của cácchi tiết của hệ thống đại diện và các kỹ thuật phân tích phù hợp.Phân tích sự ổn định, bao gồm xác định các yếu tố quan trọng gópphần vào ổn định và đề ra biện pháp nâng cao hoạt động ổn định, làrất thuận tiện phân loại của sự ổn định vào các mục thích hợp [8].Phân loại, do đó, là điều cần thiết để phân tích thực tế có ý nghĩa vàgiải quyết các vấn đề ổn định hệ thống điện Như đã thảo luận trongPhần VCI, phân loại như vậy là hoàn toàn hợp lý về mặt lý thuyếtcủa các khái niệm về sự ổn định một phần [9] - [11].

B Các loại ổn định

Việc phân loại các hệ thống ổn định điện đề xuất ở đây đượcdựa trên những yếu tố sau [8]:

- Các tính chất vật lý của các chế độ dẫn đến sự mất ổnđịnh như được chỉ ra bởi các biến hệ thống chính, trong

đó bất ổn có thể được quan sát thấy

- Kích thước của xáo trộn coi, ảnh hưởng đến các phươngpháp tính toán và dự báo ổn định

- Các thiết bị, quy trình, và khoảng thời gian đó phải đượcđưa vào xem xét để đánh giá sự ổn định

Hình 1 cho hình ảnh tổng thể của hệ thống điện ổn định vấn

đề, xác định các loại và thể loại nhỏ của nó Sau đây là những mô tảtrong các hình thức tương ứng của hiện tượng ổn định

B.1 Ổn định góc rotor:

Ổn định góc rotor đề cập đến khả năng của máy đồng bộ củamột hệ thống điện liên kết với nhau để duy trì sự đồng bộ sau khichịu một sự xáo trộn Nó phụ thuộc vào khả năng duy trì / khôi phụclại trạng thái cân bằng giữa mômen điện từ và mô-men xoắn cơchúngc của từng máy đồng bộ trong hệ thống Sự bất ổn định có thểdẫn đến xảy ra trong các hình thức tang đột ngột góc của một sốmáy phát dẫn đến mất đồng bộ giữa các máy phát

Các vấn đề ổn định góc rotor liên quan đến việc nghiên cứu cácdao động điện vốn có trong hệ thống điện Một yếu tố cơ bản trongvấn đề này là cách thức mà các kết quả đầu ra sức mạnh của máymóc đồng bộ khác nhau như góc rotor của chúng thay đổi Dưới điềukiện trạng thái ổn định, có sự cân bằng giữa các mô-men xoắn cơ khíđầu vào và mômen điện đầu ra của mỗi máy phát điện, và tốc độvẫn không đổi Nếu hệ thống đang bị nhiễu loạn, trạng thái cân bằngnày là khó chịu, dẫn đến tăng tốc hoặc giảm tốc độ của rotor của

máy theo các định luật chuyển động của một cơ thể luân phiên Nếumột máy phát điện tạm thời chạy nhanh hơn người khác, vị trí góccủa rotor của nó tương đối của máy chậm hơn sẽ thúc đẩy Sự khácbiệt góc cạnh kết quả chuyển giao một phần của tải trọng từ máychậm để các máy tính nhanh chóng, tùy thuộc vào mối quan hệquyền lực góc Điều này có xu hướng giảm tốc độ khác nhau và do

đó việc tách góc cạnh Các mối quan hệ quyền lực góc rất phi tuyến.Ngoài một giới hạn nhất định, sự gia tăng ly góc cạnh được đi kèmvới sự sụt giảm về chuyển giao quyền lực như vậy mà việc tách góccạnh được tăng thêm Sự bất ổn định kết quả nếu hệ thống khôngthể hấp thụ động năng tương ứng với các tốc độ khác nhau rotor.Đối với bất kỳ tình huống nào, sự ổn định của hệ thống phụ thuộcvào việc có hay không sự lệch vị trí góc của rotor dẫn đến đủ Miếngkhôi phục [8] Mất đồng bộ có thể xảy ra giữa một máy và phần cònlại của hệ thống, hoặc giữa các nhóm máy, với tính đồng bộ duy trìtrong mỗi nhóm sau khi tách khỏi nhau Sự thay đổi mômen điện từcủa máy đồng bộ sau một nhiễu loạn có thể được giải quyết thànhhai thành phần:

• Đồng bộ hóa thành phần mô-men xoắn, trong giai đoạnvới độ lệch góc rotor

• Sự rung động thành phần mô-men xoắn, trong giai đoạnvới độ lệch tốc độ

Hệ thống ổn định phụ thuộc vào sự tồn tại của cả hai thànhphần của mô-men xoắn cho mỗi máy đồng bộ Thiếu đủ kếtquả đồng bộ mô-men xoắn ở ổn định không tuần hoàn,trong khi thiếu giảm xóc kết quả mô-men xoắn ở ổn địnhdao động

Để thuận tiện trong việc phân tích và cho cái nhìn sáng suốtvào bản chất của vấn đề ổn định, nó là hữu ích để mô tả sự ổn địnhgóc rotor về hai tiểu thể loại sau đây:

• Nhiễu tín hiệu nhỏ ổn định góc rotor là có liên quan vớikhả năng của hệ thống điện để duy trì tính đồng dưới rốiloạn nhỏ Các rối loạn này được coi là đủ nhỏ mà tuyến tínhcủa phương trình hệ thống cho phép đối với các mục đíchcủa phân tích [8], [12], [13]

- Ổn định nhỏ xáo trộn phụ thuộc vào trạng thái hoạt động banđầu của hệ thống Sự bất ổn định có thể dẫn đến có thể được của haihình thức:

i) tăng góc rotor thông qua một chế độ nonoscillatory hoặckhông tuần hoàn do thiếu đồng bộ mô-men xoắn, hoặc

ii) dao động rotor của việc tăng biên độ do thiếu đủ mô-menxoắn giảm xóc

- Trong các hệ thống điện ngày nay, nhỏ xáo trộn sự ổn địnhrotor góc vấn đề thường được kết hợp với đủ độ hãm dao động Cácvấn đề bất ổn không tuần hoàn đã được phần lớn loại bỏ bằng cách

sử dụng liên tục hành động điều chỉnh điện áp máy phát điện; Tuynhiên, vấn đề này vẫn có thể xảy ra khi máy phát điện hoạt động với

sự kích thích liên tục khi bị các hành động của Bộ hạn chế kích thích(trường bị giới hạn hiện tại)

Hình 1 Phân loại các hệ thống ổn định điện

- Vấn đề ổn định góc rotor nhỏ xáo trộn có thể là địa phươnghay toàn cầu trong tự nhiên Các vấn đề liên quan đến địa phương làmột phần nhỏ của hệ thống điện, và thường được kết hợp với daođộng góc rotor của một nhà máy điện duy nhất so với phần còn lạicủa hệ thống điện Dao động đó được gọi là dao động chế độ nhàmáy địa phương Ổn định (giảm xóc) của sự dao động phụ thuộc vàosức mạnh của hệ thống truyền tải theo cách nhìn của các nhà máyđiện, hệ thống điều khiển kích từ máy phát điện và sản lượng câytrồng [8]

- Vấn đề toàn cầu đang gây ra bởi sự tương tác giữa các nhómlớn của máy phát điện và có ảnh hưởng rộng rãi Chúng liên quanđến dao động của một nhóm các nhà máy phát điện trong một khuvực đánh đu với một nhóm máy phát điện trong một khu vực khác.Dao động đó được gọi là chế độ interarea dao động Đặc điểm củachúng rất phức tạp và có sự khác biệt đáng kể so với những ngườicủa chế độ dao động thực vật địa phương Đặc tính tải, đặc biệt, cóảnh hưởng lớn đến sự ổn định [8]

- Khung thời gian quan tâm trong nghiên cứu ổn định nhỏ xáotrộn là vào thứ tự từ 10 đến 20 giây sau một sự xáo trộn

 Ổn định góc cánh quạt lớn hoặc xáo trộn sự ổn định thoángqua, vì nó thường được gọi, là có liên quan với khả năng của hệthống điện để duy trì tính đồng khi bị một rối loạn nghiêmtrọng, chẳng hạn như một mạch ngắn trên một đường truyền.Các phản ứng hệ thống kết quả liên quan đến sự thay đổi lớncủa góc rotor máy phát điện và chịu ảnh hưởng bởi các mốiquan hệ quyền lực góc phi tuyến - Ổn định thoáng qua phụthuộc vào cả hai trạng thái hoạt động ban đầu của hệ thống vàmức độ nghiêm trọng của sự xáo trộn Sự bất ổn định thường ởdạng tách góc không tuần hoàn là do không đủ mô-men xoắnđồng bộ, biểu hiện như bất ổn xoay đầu tiên Tuy nhiên, trongcác hệ thống năng lượng lớn, ổn định thoáng qua có thể khôngluôn luôn xảy ra sự bất ổn xoay đầu tiên kết hợp với một chế

độ duy nhất; nó có thể là một kết quả của sự chồng chất củamột chế độ interarea đu chậm và một chế độ xoay của địaphương nhà máy gây ra một chuyến tham quan lớn của gócrotor ngoài swing đầu tiên [8] Nó cũng có thể là một kết quảcủa hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến một chế độ duy nhấtgây mất ổn định ngoài đầu tiên

- Khung thời gian quan tâm trong nghiên cứu ổn định thoángqua thường là 3-5 giây sau các sự xáo trộn Nó có thể mở rộngđến 10-20 giây cho hệ thống rất lớn với đu liên khu vực chiphối

Khi xác định trong hình 1, nhỏ xáo trộn sự ổn định góc rotorcũng như sự ổn định tạm thời được phân loại như các hiện tượngngắn hạn

Sự ổn định tới hạn cũng xuất hiện trong văn chúng như một lớpchúng của sự ổn định góc rotor Tuy nhiên, nó đã được sử dụng để

biểu thị các hiện tượng khác nhau của các tác giả khác nhau Trongvăn bản Bắc Mỹ, nó đã được sử dụng chủ yếu để biểu thị sự ổn địnhnhỏ xáo trộn trong sự hiện diện của các điều khiển tự động (đặc biệt

là, các điều khiển kích thích thế hệ) để phân biệt với các "sự ổn địnhtrạng thái ổn định" cổ điển với không có điều khiển máy phát điện[7], [số 8] Trong văn bản châu Âu, nó đã được sử dụng để biểu thị

sự ổn định thoáng qua Do nhiều nhầm lẫn là kết quả từ việc sửdụng thuật ngữ ổn định, chúng tôi khuyên bạn không nên sử dụngthu ật ngữ trước đó, cũng như các thuật ngữ trước đó của các tổchức IEEE và CIGRE [6], [7]

B2 Ổn định điện áp

Ổn định điện áp được xem như là hoat động của hệ thống nguồn điện được duytrì điện áp tại các tuyến đường đây Nó phụ thuộc vào hoạt động duy trì/phục hồi trạngthái giữa nhu cầu phụ tải và cung cấp tải từ hệ thống nguồn điện

Trong ổn định điện áp kết quả xảy ra dưới dạng suy giảm hoặc gia tăng điện ápmột cách đột ngột trên các tuyến dây Hậu quả của việc mất ổn định điện áp là mấtđiện trên nhiều khu vực hoặc cắt các đường dây truyền tải khác bởi các hệ thống bảo

vệ Mất tính đồng bộ máy phát điện có thể dẩn đến kết quả thiếu điện hoặc vi phạmcác điều kiện hoạt động của hệ thống

Việc suy giảm điện áp trên các tuyến dây có thể dẫn đến góc quay của rotokhông ổn định Ví dụ như việc mất đồng bộ giữa các máy cũng như góc roto của hainhóm máy lệch nhau 180 độ là nguyên nhân gây suy giảm điện áp nhanh chóng tại cácđiểm trong mạng lưới điện Hệ thống bảo vệ riêng biệt của hai nhóm máy và việc khôiphục điện áp theo từng cấp nó phụ thuộc vào điều kiện hoạt động riêng biệt Tuynhiên nếu hệ thống không hoạt động riêng lẻ điện áp sẽ thay đổi nhanh chóng giữa giátrị điện áp cao và thấp tại các điểm làm việc của hai nhóm máy, sự suy giảm điện áp

có liên quan đến đến sự mất ổn định điện áp tải và nó có thể xảy ra bất cứ khi nào tốc

độ góc roto không ổn định

Thuật ngữ sụp đổ điện áp là thường được sử dụng Nó là một quá trình có liênquan đến một chuỗi các sự kiện mất ổn định điện áp và sự suy giảm điện áp bấtthường trong toàn bộ hệ thống điện.Việc hoạt động tại điện áp thấp có thể dẩn đếnmột vài phụ tải bị cắt Việc duy trì các tải trog hoạt động này là không thể đáp ứng

Độ ổn định điện áp ảnh hưởng bởi tải Nguồn điện tiêu thụ bởi các tải có xuhướng sẽ được khôi phục thông qua việc điều chỉnh động cơ Bộ điều chỉnh phân phốiđiện áp và bộ điều chỉnh nhiệt Việc khôi phục các tải tại các nhánh có điện áp caotrong mạng lưới bằng việc gia tăng việc tiêu thụ điện là nguyên nhân gây ra sự giảmđiện áp

Nhân tố chính góp phần ổn định điện áp là sự giảm điện áp nó xảy ra khi côngsuất tác dụng và công suất phản kháng qua dòng điện cảm ứng trong hệ thống truyềntải Sự truyền tải nguồn điện và hổ trợ điện áp là có giới hạn trong khi một vài máyphát điện trong mạng điện hoạt động quá thời gian cho phép thì đe dọa đến sự ổn địnhđiện áp khi gia tăng nhu cầu công suất phản kháng vượt quá khả năng đáp ứng của hệthống.

Các hình thức phổ biến nhất của ổn định điện áp là sự giảm điện áp trên thanhcái Nó là nguyên nhân của việc gia tăng nhu cầu điện dung của mạng điện cũng như

là các dòng kích thích của máy phát hoạt bù đồng bộ từ việc hấp thụ công suất phảnkháng dư thừa Trong trường hợp việc không ổn định điện áp có liên quan đến việckết hợp thiết kế trong hệ thống

Ổn định điện áp trong thời gian ngắn nó bao gồm các tác động nhanh của dòngtải và dòng cảm ứng của motor, việc điều khiển tải và chuyển đổi HVDC điều khiểnđiện tử, thời gian đáp ứng cần quan tâm là vài giây và việc phân tích yêu cầu giải phápthích hợp của các biểu thức toán khác nhau điều này tương tự như phân tích ổn địnhgóc rotor, mô hình tải là cần thiết Ngược lại với ổn định góc, ngắn mạch gần tải làquan trọng

Ổn định điện áp dài hạn có liên quan đến các thiết bị tác động chậm chẳng hạnnhư máy biến áp, điều khiển tải và máy phát điện Nghiên cứu này quan tâm có thể

mở rộng thêm thời gian và mô phỏng trong thời gian dài để phân tích sự ổn định

Tính ổn đinh thường được xác định bằng kết quả của hoạt động thiết bị chứkhông phải là sự mất ổn định ban đầu Việc không ổn định là do mất cân bằng dài hạn

Trong nhiều trường hợp phân tích tỉ mĩ có thể được sử dụng ước tính, các yếu

tố ảnh hưởng đến ổn định và việc mở rộng hệ thống, thời gian điều khiển hoạt động làrất quan trọng điều này cần được bổ sung trong thời gian mô phỏng

Vấn đề ổn định điện áp có lẽ chỉ được xem xét phía cuối của HVDC, hoặc sửdụng cho cả đoạn đường dài, nó thường liên kết HVDC nối vào hệ thống AC và cóliên quan đến công suất phản kháng ‘tải’ đây là đặc trưng của bộ chuyển đổi Việcđiều khiền các dòng HVDC có ảnh hưởng đáng kể đến các vấn đề như bởi vì côngsuất tác dụng và công suất phản kháng tại giao điểm AC/DC được xác định bằng bộđiều khiển Nếu việc truyền tải AC vượt quá khả năng của nó việc mất ổn đinh điện áp

sẽ xảy ra, nó xảy ra nhanh chóng một giây hoặc thậm chí ít hơn Điện áp không ổnđịnh, có thể kết hợp với bộ điều khiển biến đổi Một hiện tượng chậm hơn đáng kểđược phát hiện gần đây trong công nghệ HVDC có ý nghĩa rất quan trọng trong hoạtđộng ổn định điện áp so với dòng chuyển đổi song song

Một hình thức của ổn định điện áp là không kiểm soát được sự quá áp là sự tựkích của máy phát đồng bộ Điều này có thể gia tăng nếu đó là tải điện dung của máyquá lớn Ví dụ như các tải điện dung quá lớn và có thể tự kích.

Có thể mở bằng tụ shunt thông qua các trạm HVDC Các quá áp mà kết quả khitải máy phát điện thay đổi và sự gia tăng điện dung từ từ Sau khi tăng nó phụ thuộcvào các thành phần phụ tải điện dung và máy phát cùng với kích từ của hệ thống kích

từ của máy đồng bộ

Như trong trường hợp của ổn định góc rotor, nó rất hữu ích để phân loại điện

áp ổn định thành các phân nhóm sau đây:

Ổn định điện áp tính hiệu lớn lớn: Đề cập đến vấn đề khả năng duy trì ổn địnhđiện áp của hệ thống chẳng hạn như lổi hệ thống hoặc dự phòng, khả năng này đượcxác định bởi hệ thống và đặc trưng của loại tải, sự tương tác của hệ thống điều khiểnliên tục, rời rạc và hệ thống bảo vệ Kiểm tra đáp ứng phi tuyến trong một thời gianngắn đủ để nắm bắt kết quả và tương tác của các thiết bị như động cơ, máy biến áp,máy phát điện thời gian nghiên cứu quan tâm kéo dài từ một đến một vài giây

Ổn định điện áp tính hiệu nhỏ: Đề cập đến khả năng duy trì ổn định điện ápkhi sự thay đổi nhỏ dẩn đến sự biến đổi lớn trong hệ thống tải, đây là hình thức ổnđịnh ảnh hưởng bởi đặc trưng của loại tải, điều khiển liên tục, rời rạc tại một thời giannhất định Khái niệm này rất hữu ích trong việc ổn định trong bất kì thời điểm nào.Làm thế nào để hệ thống đáp ứng sự thay đổi nhỏ Với các điều kiện giả định thíchhợp và các phương trình tuyến tính sẽ giải thích cho ta biết điều này

B3 Cơ sở cho sự phân biệt giữa điện áp và góc rotor

Điều quan trọng là phải nhận ra rằng sự phân biệt giữa ổn định điện áp và ổnđịnh góc là nó không dựa trên các biến trong vận hành điện/góc độ, nguồn điện phảnkháng/độ lớn điện áp Trong thực tế nhấn mạnh các điều kiện, ổn định góc rotor, ổnđịnh điện áp bị ảnh hưởng bởi các dòng công suất phản kháng Thay vào đó sự khácbiệt dựa trên các biến của hệ thống là kết quả rõ ràng nhất

B4 Ổn đinh tần số

Ổn định tần số được xem là khả năng của hệ thống điện để giữcho tần số không thay đổi khi xảy ra sự cố nghiêm trọng dẫn đến sựmất cân bằng giữa máy phát và tải Nó phụ thuộc vào khả năng duytrì hay khôi phục sự cân bằng giữa máy phát và tải, nhẹ nhất làkhông mất tải Mất ổn định tần số có thể dẫn đến xảy ra sự thay đổitần số gây ra rã máy phát hoặc tải

Sự cố thường dẫn đến sự sai lệch của tần số, điện áp…và cácbiến số khác trong hệ thống Hoạt động của các quá trình điều

khiển, bảo vệ không phải là mô hình thường được nghiên cứu trongquá độ hay ổn định điện áp Các quá trình có thể rất chậm, nhưboiler dynamics, hoặc chỉ được kích hoạt ngay lập tức, ví dụ nhưngắt máy phát Đối với các hệ thống lớn, điển hình của trường hợpnày là chia hệ thống thành các phân vùng Ổn định trong trường hợpnày là yêu cầu các phân vùng hoạt động ở trạng thái cân bằng vớitổn thất tối thiểu của tải Nó được xác định bởi các phản ứng tổngthể của phân vùng bằng tần số trung bình, lớn hơn chuyển độngtương đối máy phát Nói chung, vấn đề ổn định tần số có liên quanđến những phản ứng không chính xác của thiết bị, phối hợp kémgiữa thiết bị điều khiển và thiết bị bảo vệ, hoặc dự trữ máy phátkhông đủ Ví dụ, trong phân vùng bị cô lập, ổn định tần số chịu ảnhtác động của bất cứ sự tác động sẽ gây ra thiệt hại đáng kể đối vớitải hoặc máy phát.

Trong khi tần số thay đổi, biên độ điện áp sẽ thay đổi đáng kể.Đặc biệt đối với các phân vùng có điều kiện dưới tần số tải sẽ làmmất tải Biên độ điện áp có thể thay đổi cao hơn tỉ lệ phần trăm tần

số thay đổi, gây ra mất cân bằng giữa tải và máy phát Điện áp cao

có thể gây ra tripping không mong muốn ở máy phát do thiết kếkhông chính xác hoặc sự mất điều khiển của excitation relays hoặcvolts/Hertz relays Đối với hệ thống quá tải, điện áp thấp sẽ gây rahoạt động không mong muốn của impedance relays

B5 Nhận xét về sự phân loại ổn định

Chúng ta đã phân loại sự ổn đinh của hệ thống để thuận lợitrong việc xác định nguyên nhân của sự mất ổn định, ứng dụng cáccông cụ phân tích thích hợp, và phát triển các biện pháp khắc phụctrong bất cứ trường hợp nào Tuy nhiên, bất kỳ sự mất ổn định cóthể không xảy ra hoàn toàn giống như các trường hợp ta đã đề cập.Điều này rất đúng trong hệ thống công suất lớn và gây ra hậu quảtheo “tầng” như là thiệt hại hệ thống Tuy nhiên, phân biệt giữa cáchình thức mất ổn định khác nhau rất quan trọng, từ đó nắm rõ cácnguyên nhân cơ bản để xây dựng và thiết kế thích hợp các phươngpháp hoạt động

Phân loại ổn định hệ thống điện rất thuận tiện và hiệu quả đểgiải quyết các vấn đề phức tạp, sự ổn định tổng thể của hệ thốngluôn luôn phải được chú ý tới Nó là yếu tố cần thiết để tìm tất cả cáckhía cạnh của hiện tượng ổn định, và mỗi khía cạnh tìm ra nhiều hơnmột quan điểm

IV Mối quan hệ giữa độ tin cậy, sự an toàn và tính ổn

định

Trong phần này, chúng ta thảo luận về mối quan hệ giữa các khái niệm về độtin cậy, sự an toàn và tính ổn định hệ thống điện Chúng ta cũng sẽ mô tả một cáchngắn gọn các thuật ngữ này đã được định nghĩa và được sử dụng như thế nào trongthực tế

A Mối quan hệ khái niệm

Độ tin cậy của hệ thống điện đề cập đến khả năng hoạt động của nó thỏa mãnyêu cầu về lâu dài Nó biểu thị khả năng cung cấp điện đầy đủ gần như liên tục, vớivài gián đoạn trong một khoảng thời gian kéo dài

Sự an toàn của một hệ thống điện đề cập đến mức độ rủi ro trong khả năng của

nó để tồn tại qua được các nhiễu sắp xảy ra (ngẫu nhiên) mà không có sự gián đoạncủa dịch vụ tới khách hàng Nó liên quan đến độ bền của hệ thống đối với các nhiễusắp xảy ra và do đó, phụ thuộc vào các điều kiện vận hành hệ thống cũng như xác suấtngẫu nhiên của các nhiễu

Tính ổn định của một hệ thống điện, như đã thảo luận trong Phần II, đề cập đến

sự tiếp tục của hoạt động còn nguyên vẹn sau một sự nhiễu Nó phụ thuộc vào điềukiện hoạt động và bản chất vật lý của sự nhiễu loạn

Sau đây là những khác biệt căn bản giữa ba khía cạnh của hiệu suất hệ thốngđiện:

1) Độ tin cậy là mục tiêu tổng thể trong thiết kế và vận hành hệ thống điện Đểđược xem là đáng tin cậy, hệ thống điện phải được an toàn trong hầu hết thời gian Để

an toàn, hệ thống phải được ổn định nhưng cũng phải an toàn chống lại bất thườngkhác có thể sẽ không được phân loại như là vấn đề ổn định ví dụ như, thiệt hại cho cácthiết bị như một sự nổ đột ngột của một dây cáp, sụp đổ của trụ truyền tải do tải trọngbăng hoặc phá hoại Cũng như vậy, một hệ thống có thể được ổn định sau một sự cốbất ngờ, nhưng không an toàn do điều kiện hệ thống sau sự cố dẫn đến quá tải thiết bịhoặc vi phạm điện áp

2) Sự an toàn hệ thống có thể được tiếp tục phân biệt với tính ổn định về mặthậu quả Ví dụ, cả hai hệ thống có thể được ổn định với độ dự trữ ổn định như nhau,nhưng một hệ thống có thể tương đối an toàn hơn vì những hậu quả của sự mất ổnđịnh ít nghiêm trọng hơn

3) Sự an toàn và tính ổn định là thuộc tính thay đổi theo thời gian mà có thểđược đánh giá bằng cách nghiên cứu hiệu suất của hệ thống điện theo một tập hợp cácđiều kiện Độ tin cậy, mặt khác, là một hàm của hiệu suất trung bình theo thời giancủa hệ thống điện; nó chỉ có thể được đánh giá bằng cách xem xét các hành vi của hệthống trong một thời gian đáng kể

B Sự định nghĩa về Độ tin cậy theo NERC

NERC (Hội đồng Tin cậy điện Bắc Mỹ) định nghĩa độ tin cậy hệ thống điệnnhư sau

Độ tin cậy, trong một hệ thống điện công suất lớn, là mức độ mà hiệu suất của các yếu tố của hệ thống dẫn đến kết quả là công suất được phân phối cho người tiêu dùng trong tiêu chuẩn được chấp nhận và trong số tiền mong muốn Mức độ tin cậy có thể được đo bằng tần số, thời gian, và độ lớn của ảnh hưởng xấu đến dịch vụ tiêu dùng.

Độ tin cậy có thể được giải quyết bằng cách xem xét hai khía cạnh chức năng

cơ bản của hệ thống điện:

- Sự thích hợp - khả năng của hệ thống điện để cung cấp toàn bộ năng lượng vàcông suất điện yêu cầu của khách hàng tại mọi thời điểm, có tính đến dự trữ và

sự ngắt đột xuất của các thành phần hệ thống

- Sự an toàn - khả năng của hệ thống điện để đứng vững trước các nhiễu loạn độtngột như ngắn mạch hoặc mất mát không mong đợi của các thành phần hệthống

Những định nghĩa trên cũng xuất hiện trong một số tài liệu IEEE và các vănbản CIGRE Working Group / Task Force [37], [38]

Hình thức thay thế khác của định nghĩa về sự an toàn hệ thống điện đã được đềxuất trong văn học Ví dụ, trong tài liệu tham khảo [39], sự an toàn được quy định tạicác điều khoản của sự thỏa mãn một tập hợp các ràng buộc bất bình đẳng trên một tậphợp con của các nhiễu loạn có thể được gọi là "sự ngẫu nhiên tiếp theo"

C Phân tích về sự an toàn hệ thống điện

Việc phân tích sự an toàn liên quan đến việc xác định sự bền vững của hệ thốngđiện tương đối so với các nhiễu loạn sắp xảy ra Có hai thành phần quan trọng củaviệc phân tích sự an toàn Đối với một hệ thống điện có mục tiêu thay đổi (lớn haynhỏ), điều quan trọng là khi các thay đổi được hoàn tất, hệ thống ổn định ở các điềukiện hoạt động mới như vậy mà không có ràng buộc vật lý nào bị vi phạm Điều nàyngụ ý rằng, ngoài các điều kiện hoạt động tiếp theo là có thể chấp nhận được, hệ thốngphải tồn tại qua quá trình chuyển đổi để đến các điều kiện đó

Các đặc điểm nêu trên của sự an toàn hệ thống làm nổi bật hai khía cạnh củaviệc phân tích của nó:

• Phân tích sự an toàn tĩnh – nó bao gồm việc phân tích trạng thái xác lập củacác điều kiện hệ thống sau nhiễu loạn để xác minh rằng không có định mức thiết bị vàràng buộc điện áp bị vi phạm

• Phân tích sự an toàn động – nó bao gồm việc kiểm tra các loại khác nhau của

sự ổn định hệ thống đã được mô tả ở mục III

Do đó phân tích sự ổn định là một phần không thể thiếu của việc đánh giá độtin cậy và sự an toàn hệ thống

Trong thực tế ngành công nghiệp nói chung, việc đánh giá sự an toàn đã được

sử dụng một cách tiếp cận tất định Hệ thống điện được thiết kế và vận hành để chịuđược một sự ngẫu nhiên gọi là "những sự ngẫu nhiên bình thường" được lựa chọn trên

cơ sở đó họ có một khả năng đáng kể xảy ra Trong thực tế, chúng thường được địnhnghĩa như là sự tổn thất của bất kỳ phần tử đơn lẻ nào trong một hệ thống điện hoặc tựphát hoặc đi trước bởi một sự cố một, hai hay ba pha Điều này thường liên quan đếncái gọi là tiêu chuẩn N - 1 bởi vì nó kiểm soát hành vi của một lưới gồm N phần tử sau

sự tổn thất của bất kỳ một trong những phần tử chính của nó Ngoài ra, mất tải hoặc sựmất điện theo tầng có thể không được phép cho sự mất điện liên quan nhiều như mấtmột đường dây lộ kép Các xem xét có thể được đưa ra để các sự ngẫn nhiên cực độ

mà vượt quá mức độ nghiêm trọng trong các thiết kế ngẫu nhiên bình thường Điềukhiển khẩn cấp, chẳng hạn như việc cắt máy phát, thả rơi tải, và kiểm soát islanding,

có thể được sử dụng để đối phó với các sự kiện như vậy và ngăn ngừa mất điện trêndiện rộng

Phương pháp tiệm cận tất định đã phục vụ ngành công nghiệp hợp lý tốt trongquá khứ - nó đã dẫn đến mức độ bảo mật cao và các nỗ lực nghiên cứu được giảmthiểu Hạn chế chính của nó, tuy nhiên, là nó xử lý tất cả các tình huống giới hạn sự antoàn như là có rủi ro tương tự Nó cũng không đưa ra việc xem xét đầy đủ như thế nàođối với các tình huống khác nhau có khả năng hoặc không có

Trong môi trường tiện ích hiện nay, với sự đa dạng của người tham gia với lợiích kinh doanh khác nhau, phương pháp tiệm cận tất định có thể không được chấpnhận Cần thiết có một sự tính toán cho bản chất xác suất các sự kiện và điều kiện hệthống, để xác định số lượng và quản lý rủi ro Xu hướng này sẽ được mở rộng việc sửdụng các đánh giá sự an toàn dựa trên rủi ro Trong phương pháp này, xác suất của hệthống trở nên không ổn định và hậu quả của nó được kiểm tra, và mức độ lộ diện đến

sự cố hệ thống được ước tính Cách tiếp cận này là tính toán chuyên sâu nhưng có thểthực hiện được với công cụ tính toán và phân tích ngày nay

V Hệ thống cơ sở lý thuyết của ổn định hệ thống

điện

A Mở đầu

Ở phần này, chúng tôi đề cập đến những vấn đề cơ bản liênquan đến định nghĩa ổn định hệ thống điện từ quan điểm hệ thống lýthuyết Chúng tôi giả định rằng mô hình hệ thống điện được đưa radưới dạng một phương trình vi phân tường minh bậc nhất (miêu tảkhông gian trạng thái) Trong khi điều này khá phổ biến trong hệthống động lực học, nó không phải luôn luôn là bản chất trọn vẹncủa các hệ thống vật lý như hệ thống điện Mô hình nguyên lý đầutiên thường được sử dụng để miêu tả hệ thống điện ít khi ở dạng

này, và sự biến đổi là cần thiết để đưa ra dạng tường minh bậc nhất,nói chung, đưa ra giải pháp không xác thực [40].

Quan trọng hơn, thường tồn tại nhiều phương trình đại số (ẩn),điều này ràng buộc các đại lượng khác, và một tập hợp các phươngtrình đại số (DAE) thường được sử dụng trong mô phỏng quá độ hệthống điện Phần đại số thường xuất phát từ lý luận dạng nhiễu suybiến, nó thường tách biệt thời gian giữa các tập hợp con của biến đểgiải thiết rằng các biến cố định đã đạt tới trạng thái ổn định trongmóc thời gian đáng quan tâm [41], [42]

Nói chung, chứng minh sự tồn tại của các giải pháp của DAE làmột vấn đề khó khăn Trong khi các kết quả cục bộ bắt nguồn từ cácđịnh lý hàm ẩn mà điều kiện bậc cụ thể cho Jacobian của thành phầnđại số, kết quả không cục bộ khó tìm được Một phương pháp chung

để tìm hiểu không cục bộ của ổn định hệ thống DAE, đó là dựa trênhình học vi phân được trình bày trong [43] (điều kiện đủ xem [41]).Các bề mặt nơi điều kiện bậc cho Jacobian của thành phần đại sốkhông cố định thường được kí hiệu như bề mặt bế tắc, và trong phântích các mô hình của hệ thống điện, nó thường được giả định rằng bộcân bằng trong phân tích ổn định thường tách biệt với các bề mặtnhư vậy [41], [45]

Một sự xấp xỉ nhanh năng lượng thường hữu ích, dựa trên kháiniệm pha năng lượng (biến động thời gian) và các thành phần đốixứng năng lượng Nó cũng thường được giả định rằng bản chất phântán của một số phần tử trong hệ thống điện (như đường dây truyềntải) có thể tính xấp xỉ với các mô hình tham số khối mà không haohụt quá lớn so với mô hình chính xác Nó hầu như được quyết địnhbởi sự bất biến cơ bản của mô hình bao gồm các phương trình viphân từng phần và bởi trạng thái thích hợp của mô hình tham sốkhối (khi đánh giá về cấp của phần tử đơn, ví dụ như việc sử dụngnhiều “ “ mô hình bộ phận cho đường dây truyền tải dài) Một vàiảnh hưởng chất lượng của sự lan truyền sự cố trong hệ thống điện

mở rộng không gian có thể, tuy nhiên, được nghiên cứu có hiệu quảvới mô hình phân phối [48]

Hệ thống điện cũng là một ví dụ của hệ thống động ràng buộc,như quỹ đạo pha của chúng được giới hạn trong một tập hợp conđặc biệt trong không gian trạng thái (không gian pha trong cáchdiễn đạt của hệ thống động) đánh dấu vùng hoạt động khả thi (hoặc

kỹ thuật khả thi hoặc cho phép) [45] Các quỹ đạo mà nằm ngoài

vùng mong muốn này có thể hoặc dẫn đến sự thay đổi cấu trúc (nhưcầu dao ngắt trong hệ thống điện), hoặc dẫn đến hoạt động không

an toàn Đây là loại hình được xem xét đưa vào khu vực ổn địnhtrong hệ thống điện

Một số vấn đề khác được nêu ra bởi thực tế hệ thống điệntương tác với môi trường (thường không theo mô hình), làm cho các

mô hình hệ thống điện không tự xử lý được (hoặc biến động thờigian) Các ví dụ bao gồm sự thay đổi tải và địa hình học thay đổi dođiều chỉnh trong trạm biến áp Tương tác bổ sung với môi trường baogồm các nhiễu, mô tả vật lý, bao gồm các phần tử hệ thống ngừnghoạt động, trong khi một mô tả toán học bao gồm các biến trongtrình tự hệ thống, hoặc các biến đáng quan tâm

Cuối cùng, một hệ thống điện là hệ thống điều khiển (hoặc bắtbuộc) với nhiều vòng lặp điều khiển, và cần thiết để bao gồm các tácđộng của đầu vào điều khiển (kể cả độ bão hòa của chúng), đặc biệt

là ở mốc thời gian dài hơn

Các vấn đề về mô hình phác thảo thường được đề cập trongmột khuôn khổ phân tích hệ thống điện trong các cách sau:

1 Vấn đề xác định sự ổn định của hệ thống không tự động là rấtkhó khăn ngay cả trong lĩnh vực lý thuyết [40], và một cáchtiếp cận có thể được nói đến trong hệ thống điện mà môitrường cung cấp tín hiệu hình vuông khả tích như đầu vàotrong một khoảng thời gian là ổn định nếu biến đáng quan tâm(như đầu ra) cũng là hình vuông khả tích Trong một số thiếtlập tổng quát, chúng tôi có thể xem xét các tín hiệu xén theothời gian và kí hiệu hệ thống như đặt nếu nó ánh xạ tín hiệuvuông xén khả tích thành các tín hiệu có cùng đặc tính Trongmột thiết lập hệ thống điện, người ta thường giả định rằng cácbiến tại mặt phân cách với môi trường được biết (hoặc dựđoán), ví dụ, các đầu vào cơ cho tất cả máy phát là không đổi,hoặc nó thay đổi tùy theo đáp ứng của bộ điều chỉnh tuabin

2 Các nhiễu loạn đáng quan tâm sẽ rơi vào hai loại chính: kiểugiai đoạn (thường được mô ta như cúp điện một phần cụ thểcủa thiết bị) và kiểu quy chuẩn (mô tả bởi kích thước, ví dụ nhưcác định mức khác nhau của tín hiệu), chúng tôi sẽ trao đổi vềvấn đề này một cách vắn tắt Chúng tôi cũng quan sát thấyrằng trong trường hợp khi nhiễu kiểu giai đoạn (như chuyểnđổi) xảy ra nhiều lần, một cơ chế phân tích riêng biệt của hệthống hybrid (cho một đánh giá gần đây, xem [49]), các nhiễuloạn kiểu giai đoạn có thể bắt nguồn từ hoạt động của conngười Chúng tôi tập trung vào các mốc thời gian theo trình tự

từ vài giây đến vài phút, trong một quy mô thời gian dài, ảnhhưởng của cấu trúc có thể đáng chú ý Trong trường hợp đó,các khái niệm về ổn định cần được xem xét lại, một số dây dẫnđiện với việc quyết định phân bố có thể căn cứ vào [50].

3 Nhấn mạnh việc phân tích ổn định, chúng tôi giả định rằnghoạt động của tất cả các bộ điều khiển hoàn toàn có thể dựđoán trong điều kiện biết rõ các định lượng của hệ thống (tìnhtrạng), hoặc như chức năng của thời gian, vấn đề kép của thiết

kế điều khiển ổn định cho hệ thống phi tuyến là rất khó khăn,xem ví dụ [8], [51]

Một nghiên cứu sự ổn định hệ thống điện bao gồm các bước sau:

1 Hãy giả định mô hình và xây dựng một mô hình toán học thíchhợp cho quy mô thời gian và hiện tượng được nghiên cứu

và có thể trả lời một cách hiệu quả trong thời gian đa thức[52].Trong trường hợp hệ thống phi tuyến, các thuật toán có sẵn vốnkém hiệu quả Ví dụ, một vấn đề liên quan đến tất cả quỹ đạo của

hệ thống với một phi tuyến vô hướng đơn hội tụ về điểm khởi đầucần có sự hỗ trợ đắc lực của máy tính (nghĩa là NP-khó) và nó không

rõ ràng nếu nó có tính quyết định tất cả [52] Với kích thước lớn của

hệ thống điện và sự cần thiết xem xét sự rối loạn kiểu giai đoạn màchắc chắn dẫn đến các mô hình phi tuyến, rõ ràng là việc xác định

sự ổn định của hệ thống điện sẽ là một thử thách Nó chỉ ra, tuynhiên, các công cụ chính của chúng tôi trong việc làm giảm sự phứctạp tính toán sẽ là khả năng của chúng tôi dùng để tính toán gầnđúng và các tính chất đặc biệt của nhiễu loạn kiểu giai đoạn màchúng tôi đang phân tích

Chúng tôi cũng muốn chỉ ra rằng một sự thay đổi có thể cótrong sự nhấn mạnh về các hiện tượng khác nhau trong hệ thốngđiện (ví dụ như các dạng hybrid) sẽ cần thiết đánh giá lại các kháiniệm về sự ổn định Đối với một đánh giá gần đây về khái niệm của