Cải thiện ổn định điện áp cho lưới điện phân phối dùng thiết bị bù ngang

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

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

Trang 3

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)

Trang 4

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp HCM, ngày tháng năm 20

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phạm Thanh Hưng Giới tính: Nam

I- Tên đề tài:

Cải thiện ổn định điện áp cho lưới điện phân phối dùng thiết bị bù ngang

II- Nhiệm vụ và nội dung:

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

- Nghiên cứu lý thuyết về SVC và STATCOM và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chấ điện áp

- Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK

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

- Ứng dụng vào lưới điện phân phối huyện U Minh để cải thiện chất lượng điện áp trong chế độ xác lập

- Nhận xét, đánh giá kết quả

III- Ngày giao nhiệm vụ:

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

V- Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hùng

CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

Trang 5

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

Học viên thực hiện Luận văn

Phạm Thanh Hưng

Trang 6

Đầu tiên, Em xin chân thành cám ơn Trường Đại học Công nghệ TP HCM, Viện đào tạo sau đại học, Viện Kỹ thuật HUTECH đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa học và đề tài luận văn

Đặc biệt em xin chân thành cám ơn Thầy, PGS TS Nguyễn Hùng đã tận

tình giúp đỡ, đóng góp những ý kiến quý báo và hướng dẫn em thực hiện hoàn thiện luận văn này

Cuối cùng, xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ12, đồng nghiệp và gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Phạm Thanh Hưng

Trang 7

Đề tài "Cải thiện ổn định điện áp cho lưới phân phối dùng thiết bị

bù ngang" đã giải quyết các vấn đề sau:

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

- Nghiên cứu lý thuyết về SVC và STATCOM và ứng dụng của nó vào

hệ thống điện để cải thiện ổn định điện áp

- Mô hình mô phỏng ứng dụng SVC & STATCOM vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/ SIMULINK nhằm cải thiện ổn định điện áp

- Ứng dụng vào lưới điện phân phối huyện U Minh để cải thiệnổn định điện áp trong chế độ xác lập

- Nhận xét và đánh giá kết quả

Trang 8

The thesis "Voltage stability improvement for delivery power systems

by using parallel compensators" has solved the following issues:

- Review the voltage stability of power systems

- Review the SVC and STATCOM; and their applications for power systems to improve voltage stability

- Research how to use MATLAB/SIMULINK software

- Simulations for SVC and STATCOM applications to power systems

by using MATLAB/SIMULINK software to improve voltage stability

- Apply the proposal for the delivery power system of U Minh District

to improve voltage stability in the steady state

- Comment and evaluate the simulation results

Trang 9

MỤC LỤC

Mục lục i

Danh sách hình vẽ iii

Danh sách bảng .vi

Chương 1 - Giới thiệu chung 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu 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

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết ổn định điện áp của hệ thống điện 4

2.1 Giới thiệu 4

2.2 Các chế độ làm việc của hệ thống điện 5

2.3 Tổng quan về ổn định hệ thống điện 8

2.4 Ổn định điện áp trong hệ thống điện 16

Chương 3 - Ứng dụng SVC và STATCOM để cải thiện ổn định điện áp của hệ thống điện 24

3.1 Bù công suất phản kháng 24

3.2 Thiết bị FACTS 29

3.3 Thiết bị bù SVC 30

3.4 Thiết bị bù STATCOM 47

3.5 Bộ điều khiển công suất trên các thiết bị bán dẫn 52

3.6 Hệ thống điều khiển STATCOM 62

3.7 Đặc tính bù của STATCOM 64

Trang 10

3.8 Ứng dụng của STATCOM 65

Chương 4 - Mô phỏng ứng dụng SVC và STATCOM để cải thiện ổn định điện áp của hệ thống điện 68

4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink 68

4.2 Mạng điện phân phối Huyện U Minh - Cà Mau 69

4.3 Kết quả mô phỏng 70

4.3.1 Lưới điện hiện hữu với tụ bù được lắp đặt 70

4.3.2 Lưới điện với đề xuất lắp đặt thiết bị bù SVC 77

4.3.3 Lưới điện với đề xuất lắp đặt thiết bị bù STATCOM 85

Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai 100

5.1 Kết luận 100

5.2 Hướng phát triển tương lai 100

Tài liệu tham khảo 101

Trang 11

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2.1 Sự ổn định của hệ cơ học 9

Hình 2.2 Phân loại ổn định hệ thống điện 11

Hình 2.3 Hệ thống điện 2 nguồn và 2 đường dây song song 13

Hình 2.4 Đường cong công suất - góc 14

Hình 2.5 Sự thay đổi góc công suất của hệ thống ổn định quá độ (a) và hệ thống mất ổn định (b) 15

Hình 2.6 Sự thay đổi góc công suất của hệ thống ổn định dao động bé (a), hệ thống ổn định dao động (b), hệ thống mất ổn định (c) 15

Hình 2.7 Đặc tuyến P-V điển hình 23

Hình 2.8 Đặc tuyến Q-V điển hình 23

Hình 3.1 Hệ thống truyền tải điện: (a) mô hình đơn giản, (b) giản đồ pha, (c) đường công suất – góc 25

Hình 3.2 Nguyên lý bù công suất phản kháng 26

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 27

Hình 3.5 Sơ đồ tương đương của SVC 31

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý bộ Thyristor 31

Hình 3.7 Đồ thị dòng điện tải 32

Hình 3.8 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR 34

Hình 3.9 Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR 35

Hình 3.10 Ảnh hưởng của giá trị góc cắt đến dòng điện của TCR 36

Hình 3.11 Dạng sóng của tín hiệu dòng điện của TCR 37

Hình 3.12 Đặc tính điều chỉnh dòng điện TCR theo góc cắt 40

Hình 3.13 Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR 41

Hình 3.14 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC 42

Hình 3.15 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR 43

Trang 12

Hình 3.16 Hệ thống điều khiển các van trong SVC 44

Hình 3.17 Đặc tính U-I của SVC 45

Hình 3.18 Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp 46

Hình 3.19 Mạch điện tương đương của STATCOM 48

Hình 3.20 Cấu trúc cơ bản của STATCOM 49

Hình 3.21 Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM 49

Hình 3.22 Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 51

Hình 3.23 Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 52

Hình 3.24 Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 52

Hình 3.25 Thiết bị bán dẫn 53

Hình 3.26 Cấu trúc liên kết của một VSC ba pha haicấp sử dụng IGBT55 Hình 3.27 Hoạt động của PWM 57

Hình 3.28 Chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) “một chân” 59

Hình 3.29 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu PWM 59

Hình 3.30 Sơ đồ thay thế một pha chỉnh lưu PWM 60

Hình 3.31 Giản đồ vectơ chỉnh lưu PWM 61

Hình 3.32 Giản đồ vectơ chỉnh lưu PWM 61

Hình 3.33 Hoạt động của VSC 62

Hình 3.34 Hệ thống điều khiển của STATCOM 64

Hình 3.35 Đặc tuyến V – I của STATCOM 65

Hình 3.36 Đặc tuyến V – Q của STATCOM 66

Hình 4.1 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện hiện hữu lắp tụ bù 70

Hình 4.2 Sơ đồ mô phỏng của lưới điện hiện hữu lắp tụ bù 71

Hình 4.3 Đường điện áp V (bus B1) trước và sau lắp tụ bù 73

Hình 4.9 Sơ đồ đơn tuyến khi lắp SVC 77

Trang 13

Hình 4.10 Sơ đồ mô phỏng khi lắp SVC 78

Hình 4.11 Hệ thống điều khiển của SVC 81

Hình 4.12 Đường điện áp V (bus B1) trước và sau lắp SVC 81

Hình 4.18 Sơ đồ đơn tuyến khi lắp STATCOM 85

Hình 4.19 Sơ đồ mô phỏng khi lắp STATCOM 85

Hình 4.20 Cấu tạo D - STATCOM 88

Hình 4.21 Hệ thống điều khiển D – STATCOM 89

Hình 4.22 Đường điện áp B1 trước và sau lắp đặt STATCOM 90

Hình 4.28 Đường điện áp B1 lắp TỤ BÙ, SVC, STATCOM 94

Trang 14

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

Trang 15

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 “Cải thiện ổn định điện áp cho lưới điện phân phối dùng thiết bị bù ngang” nhằm nghiên cứu lý thuyết ổn định áp và nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS như SVC và STATCOM vào hệ thống điện để nâng cao chất lượng điện áp mà bao gồm ổn định biên độ điện áp; và giảm các hiện tượng chập chờn và nhấp nháy trong lưới điện

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ

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

- Nghiên cứu lý thuyết về SVC và STATCOM và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện ổn định điện áp

- Mô hình mô phỏng ứng dụng SVC và STATCOM vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/SIMULINK để cải thiện ổn định điện áp

- Ứng dụng vào lưới điện phân phối huyện U Minh để cải thiện ổn định điện áp trong chế độ xác lập

1.3 Phương pháp nghiên cứu

- 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 SVC và STATCOM và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện ổn định điện áp

Trang 16

- Nghiên cứu ứng dụng SVC và STATCOM trên mô hình lưới điện phân phối huyện U Minh

- Nhận xét và đánh giá kết quả

1.4 Giới hạn đề tài

Xét một hệ thống điện làm việc ở chế độ xác lập

1.5 Điểm mới của luận văn

Ứng dụng SVC và STATCOM vào mạng điện thực cho các khảo sát liên quan đến ổn định biên độ điện áp và giảm thấp dao động (nhấp nháy) của lưới điện tại nút đặt SVC và STATCOM Hệ thống điện được mô phỏng trên phần mềm MATLAB/SIMULINK

1.6 Phạm vi ứng dụng

- Ứng dụng cho một 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 chung

Chương 2: Cơ sở lý thuyết ổn định điện áp của hệ thống điện

Chương 3: Ứng dụng SVC và STATCOM để cải thiện ổn định điện áp của hệ thống điện

Chương 4: Mô phỏng ứng dụng SVC và STATCOM để cải thiện ổn định điện

áp của hệ thống điện

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai

Trang 17

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 ởnhiều 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

Trang 18

2.2 Các chế độ làm việc của hệ thống điện

2.2.1 Các chế độ

Tập hợp các quá trình điện xảy ra trong một thời điểm hoặc một khoảng thời gian vận hành gọi là chế độ của hệ thống điện Đặc trưng của chế độ là các thông số U, I, P, Q, f, δ, Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian, là hàm số của thời gian Tùy theo sự biến đổi của các thông số chế độ, ta có các chế độ làm việc của hệ thống điện như sau:

+ 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 hộdùng 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 bảoan toàn điện: phả đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện và thiết bịphân phối điện

- Chế độ xác lập sau sự cố: chếđộ đã được tính trước vì sựcốlà không thểtránh khỏi trong vận hành hệ thống điện, các chỉtiêu nhưchếđộ xác lập bình thường nhưng giảm đi

- Chếđộ 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

Trang 19

- 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

2.2.2 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

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 ở các nút phụ tải, cho nên chế

Trang 20

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

a 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

b 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

Trang 21

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]

2.3 Tổng quan về ổn định hệ thống điện

2.3.1 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 theothời 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

Trang 22

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

2.3.2 Ổn định hệ thống điện

Ổn định hệ thống điện là khảnăng 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:

Trang 23

Sự ổn định của banh được định nghĩa nhưlà khảnăng của banh trởlại trạng thái nghỉlâu dài A (điểm vận hành bình thường trong hệ thống kỹ thuật) sau các dao động nhỏhoặc lớn Hệthống là bền nếu banh trởlại 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

Trong đó, chất lượng tần số được đánh giá bằng:

- Độ lệch tần số so với tần số định mức:

(2.3)

- Độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn cho phép:

(2.4) Cũng có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn cho phép:

(2.5) Trong đó:

- 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

Trang 24

* Điều chỉnh tần số:

Việc điều chỉnh tần số bao gồm 3 giai đoạn như sau

- 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

2.3.3 Phân loại ổn định hệ thống điện

Hình 2.2 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 như Hình 2.2

Trang 25

2.3.4 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

a 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 khôngđủ 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 hỗtrợ 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 đủđể hỗ trợ điện áp

b 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 côngsuất 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

Trang 26

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 điệncó thể được quá tải cho phép, chú ý giới hạn quá tải và thời gian quá tải

c 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 thểhiện 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 2 đường dây song song với nhau như Hình 2.3:

Hình 2.3 Hệ thống điện 2 nguồn và 2 đường dây song song

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 Hệthống 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 đườngdây tăng lên, góc δ=δ0, hệ thống bảo vệ rơle cắt nhanh sựcốtại 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

Trang 27

Vậy giới hạn ổn định của hệthống điện là phần diện tích Sttphải nhỏhơn phần diện tích hãm tốc Sht

Phân tích góc ổn định công suất hệthống 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, gócvà 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 sựđồng 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 hệthống ổn định, khi bất ngờxảy ramột nhiễu loạn lớn, giá trị góc hệ thốngbắt 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 phứctạp của góc rotor máy phát Ổn định phụ thuộc vào trạng thái vận hành ban đầucủa hệ thống và độ lớn của nhiễu loạn

Trang 28

Hình 2.5 Sự thay đổi góc công suất của hệ thống ổn định quá độ (a) và hệ

+ Ổn định dao động bé

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

thống ổn định dao động (b), hệ thống mất ổn định (c)

Trang 29

Ổn định dao động bé là khả năng của của hệthống điện trở lại ổn định sau khi chịu tác động từ các nhiễu loạn bé Ổn định dao động là đặc tính liên quan đến biên độ và độ dài của các nhiễu loạn hệthống điện.Nhiễu loạn điện

áp, tần số, góc và dòng công suất có thể bị tác động từ nhiều yếu tố khác nhau

Các nhiễu loạn bé có thể phát triển thành lớn làm hệ thống điện mất ổn định

2.4 Ổn định điện áp trong hệ thống điện

2.4.1 Khái niệm

Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động

2.4.2 Các tiêu chuẩn ổn định điện áp

Các tiêu chuẩn ổn định điện áp được thể hiện như sau

- Độ lệch điện áp so với điện áp định mức của lưới điện:

Trong đó:

U là điện áp thực tế trên cực các thiết bị dùng điện,

phải thỏa mãn điều kiện:

, 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

Trang 30

- 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

Chẳng hạn:

- Tiêu chuẩn Nga quy định dao động điện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng như sau:

Trong đó:

n số dao động trong 1 giờ;

thời gian trung bình giữa 2 dao động (phút)

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 đối xứng

Phụ tải các pha không đối xứng dẫn đến điện áp các pha không đối xứng, sự không đối xứng này được đặc trưng bởi thành phần thứ tự nghịch U2của điện áp

Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu quả công tác và tuổi thọ của thiết

bị dùng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và tăng tổn thất điện năng

Trang 31

- 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]

2.4.3 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 độngnhỏ trong hệ thống xuất hiện như do yêu cầu công suất phụ tải thay đổi hay thay đổiđầu 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

2.4.4 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

Trang 32

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 phụtải 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]

2.4.5 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 nơitrong 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

Trang 33

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

2.4.5.1 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:

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

2.4.5.2 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

Trang 34

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

2.4.5.3 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 SVC, STATCOM,… hoặc tụ bù + Điều chỉnh ngoài tải đầu phân áp ở các máy biến áp chỉ có đầu phân

áp cố định, điều chỉnh theo mùa

2.4.5.4 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

Trang 35

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]

2.4.6 Đánh giá ổn định áp qua đường cong P-V và Q-V

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 P-V và đặc tuyến Q-V

2.4.6.1 Đặc tuyến P-V

Hình 2.7 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

Trang 36

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

Hình 2.7 Đặc tuyến P-V điển hình

2.4.6.2 Đặc tuyến QV

Hình 2.8 Đặc tuyến Q-V 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

Trang 37

Công suất phản kháng Q: Không sinh công mà chỉ chạy trong lưới điện Vì vậy còn gọi là công suất vôcông, tuy nhiên công suất phản kháng cần thiết để tạo từ trường phục vụ thực hiện quá trình biến đổi năng lượng

Do đó, trong vận hành người ta mong muốn sử dụng CSPK của lưới điện càng

ít càng tốt miễn sao thiết bị vẫn hoạt động bình thường Một vấn đề khác là trong quá trình truyền tải điện năng từ nơi sản xuất điện (các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, ) thì có tổn hao trên đường dây truyền tải làm điện áp tại các điểm cách xa nguồn bị suy giảm, do đó để đảm bảo cho điện áp không bị suy giảm lớn thì cần bù CSPK CSPK cung cấp cho tải tiêu thụ không nhất thiết phải lấy từ nguồn vì vậy để tránh truyền tải một lượng CSPK lớn người ta đặt gần các tải tiêu thụ các thiết bị sinh CSPK như SVC, STATCOM,…để cung cấp trực tiếp cho tải Việc thực hiện như vậy gọi là bù CSPK [4]

3.1.2 Nguyên lý bù công suất phản kháng

Xét việc truyền công suất của mô hình đơn giản hệ thống truyền tải điện 2 bus được kết nối bằng một đường dây truyền tải

Giả định rằng: Có tổn thất và được thể hiện bằng điện kháng XL

Điện áp của hai nút là V1∠δ1 và V2∠δ2

Góc lệnh pha điện áp giữa 2 nút là:

Trang 38

Công suất tại các nút:

δsin

Trang 39

Từ các phường trình phân tích trên ta thấy rằng dòng điện, công suất tác dụng

và công suất phản kháng có thể được điều chỉnh bằng cách điều khiển điện áp, góc pha

và tổng trở của hệ thống truyền tải [12]

Hình 3.2 Nguyên lý bù công suất phản kháng

Trang 40

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

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

Ta thấy khi bù công suất phản kháng thì góc φ giảm và cos φ tăng Vì vậy, việc

bù công suất phản kháng thực chất là nâng cao hệ số công suất

Khả năng truyền tải công suất của đường dây được cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phía phụ tải, bù công suất phản kháng trong hệ thống điện có 2 cách:

+ Bù song song (bù ngang): thông dụng nhất là bù kháng song song được sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền tải điện để điềuchỉnh biên độ điện áp, cải thiện chất lượng điện áp và nâng cao ổn định hệ thống Cuộn kháng đấu nốisong song sử dụng để giảm quá điện áp đường dây bằng cách hấp thụ công suất phản kháng Trong khi đó,tụ bù kết nối song song sử dụng để duy trì mức điện áp bằng cách bù công suất phảnkhángđến đường dây truyền tải

+ Bù nối tiếp (bù dọc): mục đích của bù nối tiếp để điều khiển trực tiếp tổng trở nối tiếp của cả đường dây truyền tải điện Bù nối tiếp có thể giảm được tổng trở nối tiếp đường dây Gia tăng điện áp chống lại sụt áp của đường dây truyền tải

3.1.3 Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng

Giảm được tổn thất công suất trên mạng điện do giảm được CSPK truyền tải trên đường dây

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	2,61 MB