Xây dựng mô hình phụ tải động trong hệ thống điện

1.2 Phương pháp giải quyết Các giới hạn về truyền tải và phương pháp dòng công suất cực đại chỉ liên quan đến một số các vấn đề trong hệ thống điện, nó phụ thuộc vào điều các điều kiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-D E -

NGUYỄN TRUNG NGHĨA

XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHỤ TẢI ĐỘNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Sau thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

em đã được các thầy cô trang bị và truyền đạt những kiến thức có nội dung nắm bắt được tình hình thực tế và những kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu Vì vậy, trong suốt thời gian học tập nghiên cứu tại trường, em đã được được củng cố và nâng cao kiến thức của mình

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trong Khoa Điện-Điện Tử, Phòng Quản Lý Khoa Học Sau Đại Học đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường

Cảm ơn Ban Giám Đốc và các đồng nghiệp trong Xí Nghiệp Điện Cao Thế Công ty Điện lực Tp HCM đã giúp đỡ và tạo điều kiện để hoàn thành luận văn

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TSKH Hồ Đắc Lộc đã trực tiếp hướng dẫn và nhiệt tình giúp đỡ em thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Với kiến thức chuyên môn còn hạn chế và thời gian thực hiện có hạn, đề tài chắc chắn có nhiều thiếu xót Kính mong quý thầy cô xem xét và có những đóng góp quý báu

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 7 năm 2005

Người thực hiện

Nguyễn Trung Nghĩa

Tóm tắt nội dung

Nền kinh tế và các vấn đề tác động đến môi trường đã dẫn đến vấn đề hạn chế việc mở rộng các hệ thống truyền tải năng lượng, cũng như việc xây dựng thêm các nhà máy phát điện mới đối với một số nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam Do đó cần phải điều tiết nguồn năng lượng hiện có một cách hiệu quả, vấn

đề này đã dẫn đến một phương pháp tính toán phân bố công suất mới trong một

hệ thống lớn Và kết quả là hệ thống có thể vận hành gần các biên giới hạn truyền tải

Đối với một hệ thống điện lớn thì sự sụp đổ điện áp quyết định các giới hạn truyền tải Vì vậy, việc xác định chính xác các giới hạn truyền tải đóng vai trò rất quan trọng để duy trì hệ thống có thể vận hành đảm bảo an toàn, đồng thời cần phải vận hành có tính hiệu quả kinh tế Hiện tại, có rất nhiều các nghiên cứu của các nước cho thấy tầm quan trọng của phụ tải liên quan đến vấn đề ổn định điện áp Vì vậy, các mô hình phụ tải tĩnh không đủ độ chính xác để bắt kịp tính chất động học của hệ thống điện Do đó, vấn đề là cần phải nghiên cứu đưa ra được các mô hình phụ tải động để đáp ứng được yêu cầu đặt ra trong vận hành

Vì phần lớn các phụ tải trọng hệ thống điện có dạng chuyển hóa nhiệt lượng và

có tác động đến ổn định điện áp Dựa trên một số các tài liệu nghiên cứu về mô hình phụ tải, đề tài đã sử dụng mô hình phụ tải có tính chất phục hồi theo hàm

mũ Mô hình gồm nhiều phương trình phi tuyến trong đó công suất thực và công suất kháng phụ thuộc phi tuyến với điện áp Mô hình phụ tải động mô tả công suất thực được đặc trưng bằng ba tham số : tham số phụ thuộc điện áp xét ở trạng thái ổn định, tham số phụ thuộc điện áp xét ở trạng thái quá độ Đối với công suất kháng, mô hình được áp dụng tương tự Tiếp theo việc mô hình hóa

hình dựa trên các số liệu thu thập được trong vận hành Để thực hiện việc tính toán các tham số trong mô hình của các phương trình phi tuyến, đề tài đã thực hiện đơn giản hóa bằng cách đưa mô hình về dạng tuyến tính hóa từng khoảng

so với giá trị điện áp vận hành

Hơn nữa, để thấy được sự khác nhau giữa các mô hình phụ tải truyền thống và

mô hình phụ tải động, đề tài đã thực hiện một số các mô phỏng Trong các mô phỏng đưa ra, đại lượng điện áp thay đổi dạng chuyển nấc Dưới sự thay đổi điện

áp chúng ta có thể quan sát được các đáp ứng công suất P, Q theo thời gian của phụ tải Dựa trên kết quả mô phỏng, dàng nhận thấy được sự đáp ứng công suất P,Q theo thời gian của mô hình phụ tải động tốt hơn các mô hình truyền thống

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU

Sự phát triển không ngừng trên thế giới, đặc biệt là sự phát triển một cách nhanh chóng mạnh mẽ trong lĩnh vực ứng dụng khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin liên lạc đã mở ra một kỷ nguyên mới : “Kỷ nguyên toàn cầu hóa” Kỷ nguyên này đã tác động mạnh đến lối sống và cách suy nghĩ của con người Đồng thời các vấn đề về thông tin liên lạc cũng như các sản phẩm hàng hóa và dịch vụ được sản xuất và phân phối tại khắp nơi trên thế giới, mọi người trên thế giới được xích lại gần nhau hơn so với trước kia nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của nên công nghệ thông tin viễn thông

Bên cạnh đó, các nhu cầu của xã hội chúng ta ngày càng tăng lên một cách nhanh chóng Vì vậy, các vấn đề liên quan về kỹ thuật cũng phát triển không ngừng nhằm thỏa mãn các yêu cầu mới này Và nhìn chung làm cho thế giới càng ngày càng chú ý đến các vấn đề về hiệu quả kinh tế một cách cụ thể và chi tiết hơn

Sự phát triển nhanh chóng này đã dẫn đến sự mất cân bằng giữa nhu cầu sử dụng năng lượng và nguồn năng lượng cần cung cấp Do đó, vấn đề đặt ra cho chúng ta là cần phải sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng hiện hữu và cũng như hoạch định nguồn năng lượng trong tương lai trên toàn thế giới Hơn nữa,

sự mất cân bằng này sẽ tác động đến giá thành sử dụng năng lượng để phù hợp với tốc độ phát triển và việc các nước đang phát triển luôn có nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng trong quá trình phát triển dân số

Các yêu cầu về điện nói chung trong những năm tới sẽ phụ thuộc rất lớn vào tốc độ phát triển của nền công nghiệp trong tương lai và vấn đề sử dụng nguồn năng lượng ở hiện tại theo một cách thức hiệu quả nhất Vì vậy, các yêu cầu đặt ra đối với ngành kỹ thuật năng lượng gồm có các vấn đề cần phải

tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng hiện hữu, nhưng đồng thời phải bảo đảm độ tin cậy cao trong các điều kiện vận hành Điều này có nghĩa là phải thực hiện giải pháp thu nhỏ các giới hạn biên dự trữ trong vận hành hệ thống mà vẫn đáp ứng được các yêu cầu về phụ tải đỉnh trong vận hành bình thường

Cấu trúc của chương 1 được trình bày như sau : phần 1.1 trình bày xu hướng phát triển hiện nay trong lĩnh vực cung cấp điện, phần này nhấn mạnh đến tầm quan trọng trong vấn đề sử dụng tối ưu các nguồn năng lượng hiện tại, sự kết hợp các phương pháp kỹ thuật mới với việc sử dụng công nghệ điều khiển

và giám sát theo thời gian thực Phần 1.2 và 1.3 trình bày những vấn đề cơ bản, sự phát triển và mục đích chính của luận văn và những kết quả đạt được trong quá trình thực hiện Phần 1.4 giới thiệu sơ lược nội dung chính của các chương

hệ thống điện tại các cấp điện áp phát điện và truyền tải

Hơn nữa, các biên giới hạn ổn định dự trữ độ an toàn trong vận hành đều có thể được giảm xuống một cách đáng kể so với các hệ thống điện theo kiểu truyền thống Một số các thay đổi đã nêu ở trên có thể liệt kê một cách chi tiết, cụ thể như sau :

ƒ Việc hoạch định hệ thống phải đảm bảo được vấn đề điều khiển công suất phát nhằm mục đích ổn định tần số và điện áp Trong đó, việc ổn định tần số được thực hiện bằng cách điều khiển nguồn công suất thực

ở ngõ ra, còn ổn định điện áp được thực hiện bằng công suất kháng ở ngõ ra Đồng thời, vấn đề này phải có sự điều chỉnh và tác động tích cực đến thị trường giá điện, đảm bảo khả năng đóng vai trò nguồn dự trữ trong vận hành khi cần thiết Do đó, vấn đề tối ưu và kết hợp các nguồn năng lượng hiện có cũng như vấn đề xây dựng các nhà máy phát điện mới là rất cần thiết

ƒ Vấn đề mở rộng hệ thống truyền tải yêu cầu phải có đầy đủ mặt bằng cũng như hành lang an toàn để đảm bảo đầy đủ các vị trí dự phòng cho việc lắp đặt các thiết bị phát điện mới nhằm mục đích đáp ứng được các nhu cầu về sự thay đổi của phụ tải Nhưng việc này thường gặp nhiều khó khăn trở ngại vì lý do yếu tố môi trường cũng như các nguyên nhân kinh tết và mức đầu tư (trang thiết bị, đền bù giải tỏa…), điều này sẽ làm hạn chế khả năng mở rộng của nó Vì vậy, dẫn đến việc cần phải tối ưu sử dụng các hệ thống truyền tải hiện có một cách có hiệu quả nhằm giải quyết các yêu cầu đặt ra trong vận hành và vì nguồn nguồn năng lượng chưa thể đáp ứng kịp thời với tốc độ phát triển nền kinh tế

ƒ Sự phối hợp giữa việc cung cấp điện và nguồn năng lượng dự trữ sẽ làm cho nó có khả năng có thể đáp ứng được độ tin cậy của hệ thống trong những trường hợp mang tính chất khẩn cấp

ƒ Vấn đề sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để chuyển thể từ một lưới điện tĩnh sang một dạng cấu trúc mạng thông minh, liên tục giám sát theo dõi và điều khiển các thiết bị trên hệ thống theo thời gian thực

ƒ Sự điều chỉnh tổng quát sẽ đưa đến hai vấn đề mới, đó là vấn đề kinh tế

và cách thức tổ chức Các giới hạn trong vận hành hầu hết trong mọi

trường hợp đều được thu nhỏ Ở cùng một thời điểm, các nhà cung cấp điện thực hiện phân phối một cách phù hợp trong lưới điện hiện hữu Điều này rất quan trọng, thể hiện qua kết quả điều khiển và vận hành hệ thống

Hệ thống phân phối năng lượng, đặc biệt là những thiết bị dựa trên các kỹ thuật hiện đại (như các bản pin năng lượng mặt trời, năng lượng gió, máy phát chạy dầu, các tua bin khí, …) hoặc đối với hệ thống hỗn hợp đóng vai trò rất quan trong trong tương lai, đáp ứng được công suất hiện hữu tại các giá trị công suất đỉnh

Như đã nói ở trên, việc sử dụng các công nghệ hiện đại sẽ chuyển hệ thống điện hiện tại thành một hệ thống thông minh hơn, trong đó tất cả các thông tin yêu cầu cần thiết đều được phản hồi về trung tâm theo thời gian thực giúp hệ thống mang tính cạnh tranh hơn và thành công hơn trong thị trường điện Trong tương lai gần, các trung tâm điều tiết năng lượng sẽ trở thành các trung tâm kỹ thuật thông tin nhằm mục đích liên tục giám sát và điều khiển nhiều tín hiệu và các thiết bị khác nhau trở thành một hệ thống có tính năng mạnh

mẽ trong việc tự động hóa, do đó sẽ nâng cao độ tin cậy của các trạm biến áp truyền tải Các thông tin về lĩnh vực công nghiệp cũng như các loại thông tin khác của khác hàng, chẳng hạn như dự báo tình hình phụ tải, và vấn đề quản trị đo đếm năng lượng hệ thống trong thương mại

Hơn nữa, trong thiết kế các nhà máy điện mới người ta thường xem xét đến việc tác động đến môi trường xung quanh, nên nó liên quan trực tiếp đến việc thiết lập và xác định các vị trí lắp đặt nhà máy phát điện mới Do vậy, nó sẽ là

một yêu cầu làm hạn chế việc xây dựng các nhà máy điện mới và việc mở rộng hệ thống mạng truyền tải

1.2 Phương pháp giải quyết

Các giới hạn về truyền tải và phương pháp dòng công suất cực đại chỉ liên quan đến một số các vấn đề trong hệ thống điện, nó phụ thuộc vào điều các điều kiện vận hành của hệ thống điện, do đó phụ thuộc rất nhiều vào các tham

số, chẳng hạn như sơ đồ cấu trúc của hệ thống, các điều kiện về công suất phát và phụ tải … và việc này sẽ dẫn đến có nhiều kết quả khác nhau trong vấn đề giải các bài toán phân bố công suất

Để đơn giản hóa các vấn đề tính toán này, một số các phương pháp gần đúng được sử dụng, và phương pháp này có thể giải quyết được việc xác định các giới hạn truyền tải dựa trên các giả định Qua đó có được kết quả đáng tin cậy trong việc đưa hệ thống đến các giá trị có thể chấp nhận được trong các điều kiện nguy hiểm và do đó làm tăng khả năng vận hành an toàn của hệ thống Đồng thời giải pháp này đảm bảo khả năng xấu nhất có thể xảy ra và tránh được sự nguy hiểm so với khi vận hành với điều kiện các giới hạn về an toàn

có biên độ lớn hơn, sẽ làm cho hệ thống không tận dụng được hết các nguồn năng lượng hiện có và các thiết bị trên lưới điện Như đã nói trong phần trước,

sự phát triển liên tục trong ngành công nghiệp cung cấp điện sẽ tác động đến công suất của hệ thống truyền tải Do đó, để tránh việc tăng cường mở rộng không cần thiết này thì vấn đề đặt ra là cần phải tận dụng triệt để công suất truyền tải của các đường dây và máy biến áp hiện có trong hệ thống Việc xác định độ chính xác của các giới hạn truyền tải sẽ đóng vai trò rất quan trọng trong việc duy trì khả năng tính an toàn và tính vận hành kinh tế của hệ thống điện

Các mô hình của hệ thống điện chính xác rất cần thiết nhằm mục đích làm giảm khoảng dự trữ trong vận hành Các mô hình phức tạp của máy phát điện, đường dây và máy biến áp đều đã được nói nhiều trong các tài liệu, trong khi

đó các mô hình phụ tải lại được đơn giản hóa Vì vậy, các nghiên cứu (Taylor

1994, IEEELoad 1993) cho thấy tầm quan trọng của phụ tải đối với việc phân

tích ổn định điện áp Do đó, các mô hình phụ tải tĩnh không còn đủ độ chính xác để bắt kịp tính động học của hệ thống

Vì vậy, các mô hình phụ tải động rất cần thiết do trong một số trường hợp khi

có hiện tượng suy giảm điện áp, do phần lớn các hiện tượng này thường xảy

ra với tốc chậm và có thời gian khoảng vài giây Ví dụ, hiện tượng này

thường xuất hiện trên hệ thống điện của Thụy Điển (theo tài liệu nghiên cứu

của Johanson, Sjogren năm 1995 và Arnborg năm 1997), trong đó giới hạn

thường là độ ổn định điện áp và sự thay đổi của phụ tải là do sự vận hành của các bộ đổi nấc máy biến áp, và phụ tải được xét ở đây có dạng chuyển hóa điện thành nhiệt lượng

Vấn đề đặt ra ở đây là việc cần thiết phải tìm ra được các mô hình phụ tải động mang tính chính xác hơn Các kết quả trong quá trình nghiên cứu sẽ làm chúng ta hiểu rõ hơn về tính động học của phụ tải và các đặc tính của chúng nhằm đạt được kết quả cuối cùng là thu nhỏ khoảng cách biên dự phòng an toàn để mang lại tính kinh tế và độ tin cậy cao hơn trong vận hành hệ thống điện

1.3 Các đối tượng nghiên cứu và công tác xây dựng

Đề tài nghiên cứu chủ yếu chỉ tập trung vào vấn đề mô hình hóa phụ tải và mô

tả các đặc tính động học phụ tải dựa trên các nghiên cứu về độ ổn định của

điện áp trong thời gian dài Vấn đề chính ở đây là xác định và làm sáng tỏ các tham số liên quan trong các mô hình phụ tải động chuẩn của công suất thực và kháng Do đó, đối tượng chủ yếu là việc chọn được cấu trúc mô hình phụ tải thích hợp và đưa ra được phương pháp tính toán xác định các tham số của mô hình dựa trên dữ liệu được cung cấp liên tục trong quá trình vận hành

Công việc được tiến hành dựa trên kết quả tới hạn trong đó đặc điểm của phụ tải lại liên quan đến các nghiên cứu về ổn định điện áp Vấn đề này chỉ ra rằng trong cùng các điều kiện vận hành giống nhau thì công suất truyền tải phụ thuộc vào đặc tính của phụ tải Hơn nữa, trong một số các trường hợp nguy hiểm khi có xảy ra sụp đổ điện áp thì theo lý thuyết hệ thống ổn định nhưng

có thể phản ứng giống như trạng thái mất ổn định Vì vậy, việc nghiên cứu chứng tỏ tầm quan trọng phải tìm các mô hình phụ tải chính xác để miêu tả được đặc tính của phụ tải, đồng thời nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện và giảm thu ngắn biên dự trữ an toàn trong vận hành

1.4 Sơ lược về nội dung chính của các chương

Giới thiệu (Chương 1)

Giới thiệu về việc cần thiết phải thực hiện xây dựng mô hình tải động để nâng cao độ tin cậy trong vận hành hệ thống

Sự tương quan giữa phụ tải và điện áp (Chương 2)

Trình bày một số vấn đề về ổn định điện áp, các vấn đề giới hạn trong truyền tải công suất và công suất đáp ứng lớn nhất mà hệ thống có thể truyền tải được

Phân tích sự ảnh hưởng của mô hình phụ tải động (Chương 3)

Phân tích sự ảnh hưởng của phụ tải trong vận hành hệ thống và nghiên cứu một số trường hợp điển hình trong vận hành khi xảy ra dao động trên hệ thống

Xây dựng mô hình phụ tải động (Chương 4)

Phân loại phụ tải phổ biến trong thực tế

Xây dựng một số mô hình phụ tải chuẩn

Phương pháp xác định các tham số trong mô hình (Chương 5)

Xây dựng phương pháp xác định các tham số trong mô hình phụ tải

Thực hiện mô phỏng các loại phụ tải khác nhau (Chương 6)

Thực hiện mô phỏng một số các trường hợp để thấy rõ sự khác biệt giữa mô hình phụ tải truyền thống và mô hình phụ tải động có các tham số thay đổi theo giá trị điện áp

Kết luận

Kết luân một số vấn đề về mô hình phụ tải động và công việc cần thiết phải thực hiện trong tương lai đối với hệ thống điện tại Việt Nam

CHƯƠNG 2

CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN

ÁP VÀ PHỤ TẢI

Sự thay đổi liên tục trong lĩnh vực công nghiệp điện, bằng chứng là có nhiều vấn đề đã được ứng dụng trong lãnh vực hệ thống điện-chúng có đặc điểm là

có các quan hệ với nhau rất phức tạp, và sự sử dụng một số lượng lớn các bộ điều khiển cho việc tối ưu vận hành hệ thống điện và việc sử dụng các nguồn tài nguyên hiện hữu

Hơn nữa, với quá trình tự điều chỉnh của các thiết bị cung cấp năng lượng, thì mạng điện được ví như là các kênh truyền dẫn để vận chuyển điện từ các nơi sản xuất đến các nơi tiêu thụ, phụ thuộc rất nhiều vào một hệ thống cạnh tranh dựa trên giá điện thay đổi liên tục Sự phức tạp của hệ thống, tính tự nhiên của động học tác động lên nó và các tham số bên ngoài tác động thường xuyên đã dẫn đến việc cần phải nghiên cứu kỹ vấn đề này, nhằm mục đích đưa ra một

hệ thống được thiết kế và vận hành chính xác

Hệ thống phải có độ tin cậy cao trong cung cấp điện nhưng đồng thời phải có giá tiền thấp và đảm bảo không tác động lên môi trường tự nhiên Để tránh các vấn đề phiền phức tác động đến khách hàng và các vấn đề kỹ thuật có thể làm tăng giá điện, thì hệ thống phải đáp ứng việc thay đổi thường xuyên của các phụ tải dạng cảm kháng và thuần trở Mức độ an toàn cao, chất lượng cao trong việc thiết kế các phần tử của hệ thống và có nhiều đường khác nhau để cung năng lượng đến khách hàng là một số các hệ số giúp cho việc đảm bảo

độ tin cậy của hệ thống Cuối cùng thì vấn đề chất lượng cao trong việc cung cấp điện theo các tiêu chuẩn cực tiểu tương ứng với tần số hằng số, điện áp hằng số, họa tần thấp

Hiện tượng ổn định điện áp và tác động của phụ tải trong vấn đề ổn định được miêu tả chi tiết trong phần sau Tiếp theo đó là việc phân loại tổng quan vấn

đề ổn định trong hệ thống điện Trong phần này cũng nói về các vấn đề sự ổn định và mất ổn định của điện áp Ở phần kế tiếp sẽ nghiên cứu về vấn đề công suất truyền tải và các hệ số liên quan đến giới hạn truyền tải Các đặc tuyến P-

V cũng được giới thiệu để xác định giới hạn truyền tải lớn nhất của hệ thống

Sự ảnh hưởng của phụ tải đối với vấn đề ổn định điện áp cũng được miêu tả

và việc sử dụng các mô hình động học để miêu tả phụ tải cũng được xem xét

Chương 2 sẽ trình bày một số vấn đề liên quan trong truyền tải điện và nêu các giới hạn về truyền tải Phần 2.2 nói về các khía cạnh trong lĩnh vực ổn định hệ thống điện và đặc tính vận hành của hệ thống khi cố sự cố xảy ra Qua

đó, xem xét đến các đường cong mũi nhọn có sự liên quan chặt chẽ đến điểm vận hành

2.1 Sự tương quan giữa ổn định điện áp và phụ tải

Độ ổn định điện áp tuân theo tiêu chuẩn Kundur (năm 1994), được phát biểu như sau: “Độ ổn định điện áp là khả năng của hệ thống điện có thể duy trì độ

ổn định về giá trị điện áp trong khoảng chấp nhận được tại các nút trong hệ thống ở điều kiện vận hành bình thường, cũng như sau khi có nhiễu loạn” Đây là đặc điểm của hệ thống điện để duy trì sự cân bằng dưới các điều kiện vận hành bình thường, và phản ứng, phục hồi lại trạng thái của hệ thống dưới điều kiện chấp nhận được sau khi có nhiễu loạn, có nghĩa là điện áp sau khi sự

cố thoáng qua sẽ được phục hồi về giá trị trước khi có sự cố thoáng qua Khi điện áp của hệ thống không thể điều khiển được và tiếp tục giảm do sai xót trong quá trình thiết kế, do các yếu tố bên ngoài tác động, do sự thay đổi của phụ tải hoặc do các thiết bị điều khiển điện áp không đúng, hệ thống sẽ trở nên mất ổn định và sẽ rơi vào trạng thái mất ổn định điện áp

Theo định nghĩa của CIGRE : “trạng thái mất ổn định điện áp là vấn đề không còn ổn định điện áp, kết quả là xuất hiện quá trình sụp đổ điện áp (hoặc tăng điện áp) Lý do chính dẫn hệ thống đến trạng thái mất ổn định là vì công suất không đáp ứng đủ đối với phụ tải dạng cảm kháng dưới các điều kiện tác động mạnh của thời tiết Sụp đổ điện áp theo sau việc mất ổn định về điện áp,

và nó thường là kết quả do hoạt động của bộ điều khiển điện áp, bộ đổi nấc dưới tải, điện áp độc lập với đặc tuyến của phụ tải, giới hạn truyền công suất kháng của máy phát và vấn đề trong việc kết nối các máy phát điện này Sự sụp đổ điện áp làm cho hệ thống có giá trị điện áp thấp trong một khu vực rộng lớn, do đó dẫn đến việc sụp đổ cục bộ hay sụp đổ hoàn toàn Theo định

nghĩa của IEEE (IEEE, 1990) “sự sụp đổ điện áp là quá trình mất ổn định điện

áp và dẫn đến việc mất điện áp trong toàn hệ thống”

Ổn định điện áp thường được xem như là ổn định phụ tải; đặc tính của phụ tải

và tính động học của chúng chỉ ra rằng có sự quan hệ giữa điện áp và phụ tải,

và do đó nó cũng liên quan đến hiện tượng ổn định điện áp Khi có điện áp thay đổi có thể dẫn đến hiện tượng sa thải phụ tải, nhưng chỉ sau một vài giây thì quá trình phục hồi phụ tải lại được bắt đầu Sự phục hồi phụ tải có thể làm cho các điều kiện tải trở nên nặng nề hơn dẫn đến mất ổn định điện áp, và có thể sụp đổ điện áp dưới các điều kiện này, các quyết định điều khiển tương ứng không được thực hiện hoặc hệ thống không thể đáp ứng được nhu cầu phụ tải

Vì vậy, vấn đề ổn định điện áp được phân thành hai loại chính là ổn định góc

pha và ổn định giá trị điện áp (theo Kundur 1994) như được mô tả trong hình

2.1

Ổn định hệ thống điện

Ổn định với

tín hiệu dao

động nhỏ

Ổn định sau quá trình quá độ

Ổn định điện áp khi có dao động nhỏ

Ổn định điện áp khi có dao động lớn

Hình 2.1: Phân loại ổn định trong hệ thống điện

Khả năng mà hệ thống cĩ thể đáp ứng đồng bộ với các máy điện được gọi là

ổn định gĩc pha Các dao động nhỏ xuất hiện do cĩ sự dao động điện cơ gây

ra các mơment cản được gọi là ổn định dao động tín hiệu nhỏ Trong khi đĩ, các dao động cĩ biên độ lớn hơn cĩ thể dẫn đến hiện tượng mất đồng bộ với mơment cơ Khoảng thời gian đối với ổn định gĩc pha thường cĩ khoảng thời gian tương đối nhỏ, thơng thường khoảng vài giây

Đối với ổn định điện áp được phân thành hai loại : ổn định điện áp trong khoảng thời gian ngắn và ổn định điện áp trong thời gian dài Ổn định điện áp trong khoảng thời gian ngắn tương ứng với khoảng thời gian vài giây Thơng thường ổn định cĩ thời gian ngắn mơ tả các đặc tính động của các thiết bị, chẳng hạn như các động cơ khơng đồng bộ, các thiết bị bù tĩnh và hệ thống kích từ của máy phát đồng bộ Khi đặc tính động của hệ thống cĩ khoảng thời gian lớn hơn, khoảng vài phút thì được gọi là ổn định trong thời gian dài Cĩ hai vấn đề thường xuất hiện trong ổn định thời gian dài, đĩ là vấn đề ổn định tần số và vấn đề ổn định điện áp Vấn đề ổn định tần số liên quan đến sự mất cân bằng cơng suất giữa các máy phát và các phụ tải sau khi xảy ra dao động

lớn trên hệ thống, dẫn đến hệ thống bị cô lập Ổn định điện áp trong thời gian dài diễn ra trong khoảng thời gian khoảng vài phút và có các hiện tượng xảy

ra như sự phục hồi của phụ tải nhiệt sau khi có thay đổi nấc điện áp, điều chỉnh dòng điện của các máy phát, điều chỉnh bù công suất kháng và sa thải phụ tải, các hoạt động điều khiển của nhân viên vận hành …

2.2 Các giới hạn truyền tải

Trong mục này, chúng tôi trình bày sơ qua nội dung về ổn định điện áp và các giới hạn thông thường đối với tình trạng khi xảy ra sụp đổ điện áp Đồng thời xác định đường đặc tính hoạt động P-V của hệ thống (có dạng đường cong mũi nhọn) Và điều này cho thấy đặc tính của phụ tải phụ thuộc rất nhiều vào việc tính toán ổn định điện áp

2.2.1 Giới thiệu

Hệ thống điện thông thường vận hành dưới một giới hạn an toàn cho phép Do

đó, giới hạn này được tính toán thật chính xác nhằm có thể tận dụng được tối

đa công suất hiện hữu của hệ thống

Khi xảy ra các dao động lớn thường đưa hệ thống vào tình trạng nguy hiểm, điều này có nghĩa là hệ thống sẽ lâm vào tình trạng mang tải lớn hơn mức cho phép, làm cho hệ thống vận hành gần các giới hạn về truyền tải công suất Vấn đề này là một bài toán lớn trong vận hành hệ thống nhằm tăng khả năng truyền tải và điều này liên quan rất lớn đến các giới hạn truyền tải và việc quản trị nguồn năng lượng

Như ví dụ trong hình 2.2 trình bày các vấn đề liên quan đến các giới hạn ổn định Các giới hạn này thường rất khó xác định với độ chính xác cao và độ tin

cậy của chúng vì chúng phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố bên trong và bên ngồi Do đĩ, tiêu chuẩn bảo tồn được áp dụng trong việc xác định chúng kết quả là khoảng vận hành an tồn sẽ nhỏ đi

Giới hạn ổn định điện áp Giới hạn nhiệt độ

Giới hạn ổn định góc pha Giới hạn vận

hành an toàn trong điều kiện không chắc chắn

Công suất truyền tải

(MW)

Phu tải (MW)

Giới hạn Biên vận hành

Hình 2.2: Giới hạn truyền tải cơng suất vận hành với các giới hạn biên khơng xác định chính xác

Các giới hạn về nhiệt độ, giới hạn ổn định điện áp, các giới hạn ổn định quá

độ và các giới hạn ổn định tín hiệu dao động nhỏ làm giảm dung lượng cơng suất truyền tải giữa các khu vực khác nhau trên hệ thống Vùng vận hành đảm bảo an tồn được xác định bởi các giới hạn này Thơng thường giới hạn nhiệt

độ gần với giá trị hằng số, trong khi giới hạn ổn định điện áp phụ thuộc rất lớn vào phụ tải của hệ thống và dự trữ cơng suất Giới hạn ổn định gĩc pha được xét theo một hình thức khác nhưng luơn tồn tại giới hạn của phụ tải

2.2.2 Đặc tính tĩnh của ổn định điện áp

Việc xác định dung lượng cơng suất lớn nhất mà hệ thống cĩ thể đáp ứng cho phụ tải dẫn đến việc cần phải xác định các giới hạn về ổn định điện áp của hệ

thống Chúng sẽ bị ảnh hưởng như thế nào nếu xảy ra trường hợp khi cung cấp và khi gián đoạn cung cấp, cũng như trong trường hợp phụ tải thay đổi Đường đặc tính mũi nhọn P-V trên hình vẽ tương ứng với hàm cơng suất-điện

áp của một nút phụ tải (theo Taylor 1994) – hình 2.3

P phụ tải [p.u]

Điểm vận hành công suất max (P max , V max )

Hình 2.3: Đường cong mũi nhọn biểu diễn quan hệ cơng suất

theo điện áp của hệ thống ở hình 2.4

Đường cong P-V cĩ đặc điểm giống đường cong Parabol, nhằm biểu diễn tại một giá trị cơng suất P cĩ thể được truyền tải ở hai cấp điện áp khác nhau, giá trị điện áp cao và giá trị điện áp thấp hơn Điểm vận hành thường được thiết

kế ở cấp điện áp cao nhằm mục đích giảm thiểu tổn thất cơng suất truyền tải,

vì khi vận hành ở giá trị điện áp thấp thì sẽ cĩ dịng điện lớn, điều này đồng nghĩa với việc gây nên tổn thất lớn khi truyền tải Trục nằm ngang trên hình

vẽ cho thấy cơng suất lớn nhất cĩ thể truyền trên hệ thống và vị trí này được gọi là điểm cơng suất max hay cịn gọi là điểm sụp đổ điện áp

Giả sử cho hệ thống như hình 2.4 Sử dụng hệ thống này phân tích mối quan

hệ giữa công suất và điện áp và đặc tính dạng đường cong P-V như ở hình 2.3 Giả sử máy phát có điện áp có giá trị không đổi là Vg = 1p.u Máy biến thế có điện kháng quy đổi tương đương là XT=0.01p.u, liên kết với 2 đường dây song song tại thanh cái số 2 Điện kháng của 2 đường dây song song là 0.1p.u còn điện trở xem như bằng 0 Phụ tải được nối vào thanh cái số 3 phía bên kia của 2 đường dây song song Phụ tải được biểu diễn bằng giá trị công suất thực P không đáng kể, công suất kháng Q có giá trị 0 và hệ số công suất cosΦ=1

GVg

Phương trình 2.1 và 2.2 xác định công suất thực và công suất kháng được truyền từ nguồn đến thanh cái số 3:

eq X

2 l

V l

eq X l V g V l

Áp dụng công thức sin2x + cos2x =1 vào hai phương trình 2.1 và 2.2 ta được phương trình 2.3 như sau :

2

eq X l V g V 2

eq X

2 l

V l Q

2 l

Và phương trình hệ số công suất truyền tải :

l P l

Q l

2 g V

2 l tan 1 1 l

tan 2 l tan 1 eq X

2 l

V l

Đỉnh của hình parabol thường được gọi là điểm sụp đổ điện áp, nhưng hiện tượng này sẽ không đúng khi phụ tải có đặc tính công suất khác hằng số Chúng ta sẽ thấy rõ vấn đề này hơn trong chương tiếp theo, đặc tính phụ thuộc điện áp của phụ tải liên quan đến độ ổn định điện áp và do đó cũng liên quan đến vị trí của điểm sụp đổ điện áp Điểm vận tương ứng với giá trị phụ tải cực đại được tính toán dựa trên việc xác định giá trị lớn nhất của hàm được xác định theo phương trình 2.5, điều này có nghĩa là đạo hàm của Pl theo Vl bằng 0 Điểm này được xác định bằng các phương trình 2.6 và 2.7 như sau :

2 l sin 1 l cos g V max

θ

(1 sin ll

cos eq X 2

2 g V max

θ

Khi đạt được đến đỉnh sụp đổ điện áp, thì hệ thống sẽ trở nên mất ổn định và giá trị điện áp sẽ suy giảm nhanh chĩng trong trường hợp cơng suất kháng khơng đủ cung cấp cho hệ thống trong điều kiện mang tải nặng Hình 2.5 cho thấy mối quan hệ của P theo V với các giá trị tanΦ khác nhau

1 0.8 0.6 0.4 0.2

V phụ tải [p.u]

P phụ tải [p.u]

l P l Q l tan θ =

-0.1 0 0.1 0.2

Hình 2.5: Đường cong P-V trong các trường hợp tan khác nhau θl

Bằng cách thực hiện bù cơng suất kháng tại chỗ chúng ta cĩ thể tăng khả năng truyền tải của hệ thống, nhưng đồng thời hệ thống vẫn vận hành gần với biên

an tồn và điểm sụp đổ điện áp gần với giá trị chấp nhận được

`

CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI ĐỐI VỚI VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Thực tế, việc giải các bài toán phân bố công suất dưới dạng truyền thống không đáp ứng được tính chất động học rất phức tạp luôn biến đổi trên hệ thống Việc giải các bài toán này thông thường dựa trên tổng trở các nút trên

hệ thống và dựa và các phương pháp truyền thống như Gauss Seidel, Newton Raphson … Các kết quả có được chỉ áp dụng vào các vấn đề đối việc phân tích trong thời gian khá lớn, không đáp ứng được theo sự thay đổi trong thời gian thực Hơn nữa, công suất tại tại các nút thường được giả sử là hằng số (P,

Q không đổi) trong quá trình giải bài toán phân bố công suất Trong thực tế, các giá trị này đều thay đổi theo thời gian

Vì vậy có thể nhận thấy rằng, các phụ tải nói chung đều phụ thuộc vào giá trị điện áp đặt vào phụ tải, và vì vậy khi giải bài toán phân bố công suất, ta có thể xem xét đến quá trình quá độ diễn ra trên hệ thống Cụ thể là có thể giải các phương trình vi phân liên quan đến điện áp, và xem như điện áp là biến số thay đổi Biến số này thay đổi phức tạp có thể phụ thuộc vào thời gian, phụ thuộc vào loại sự cố, phụ thuộc vào trạng thái vận hành của hệ thống

Trong quá trình vận hành thì giá trị điện áp luôn luôn thay đổi, ở đây ta chỉ xem xét đến trạng thái vận hành bình thường Điện áp thay đổi vì một số lý do khách quan đó là do tác động từ phía phụ tải, sự thay đổi này khác với sự biến đổi đột ngột khi có sự cố xảy ra trên hệ thống

Sự thay đổi giá trị điện áp trong quá trình vận hành bình thường chủ yếu là do tác động của phụ tải gây ra Do vậy nên sự thay đổi có biên độ nhỏ, nếu không có sự điều chỉnh thích hợp thì có thể dẫn tới hậu quả nghiêm trọng

Còn sự thay đổi điện áp khi có sự cố thường xảy ra nhanh, thời gian quá độ nhỏ, khoảng thay đổi điện áp có biên độ rộng hơn nhiều so với sự thay đổi trong vận hành bình thường Nói chung khi xảy ra sự cố người ta ít khi áp dụng mô hình tải động vào trong tính toán sự cố, vì khi đó vì khi đó giá trị của phụ tải nói chung thường được bỏ qua, và không cần thiết trong việc xác định dòng điện ngắn mạch xảy ra trên thiết bị, đường dây…

3.1 Ảnh hưởng của đặc tính tải đến vấn đề ổn định điện áp

Trong chương này sẽ thực hiện nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng của phụ tải đối với ổn định điện áp Vấn đề chính ở đây là cần làm sáng tỏ dưới các điều kiện giống nhau trong hệ thống thì phụ tải sẽ tác động đến vị trí điểm vận hành trên đường cong P-V, và làm hệ thống gần hơn hoặc xa hơn điểm sụp đổ điện

áp Thiết kế theo kiểu tương đối tối ưu có thể làm cho hệ thống gặp phải tình trạng sụp đổ điện áp khi vận hành trong các điều kiện nguy hiểm, trong khi đó thiết kế theo quan điểm bảo toàn có thể đảm bảo việc cung cấp điện liên tục nên có các khoảng cách giới hạn vận hành an toàn lớn hơn

Vấn đề quan trọng của việc sử dụng các mô hình phụ tải động thay thế cho các mô hình phụ tải tĩnh trước đây trong nghiên cứu ổn định điện áp sẽ được nói một cách cụ thể trong chương này Việc sử dụng các mô hình động nhằm thực hiện việc mô tả chính xác hơn đặc tính của phụ tải, và do đó có thể giảm đáng kể các giới hạn biên, đồng thời vẫn duy trì được độ tin cậy cao trong vận hành hệ thống

Đặc ổn định và quá độ của phụ tải

Để phân tích ảnh hưởng của phụ tải đến vấn đề ổn định điện áp thì cần phải nghiên cứu cả hai vấn đề về đặc tính tĩnh và đặc tính động của phụ tải

Phương trình 3.1 biểu diễn độ nhạy điện áp theo tham số , mô hình này có dạng hàm mũ

V 0 P s

t 0 U

U 0 P S 0 U

U 0 P r

P dt r

dP P T

U 0 P r P l P

= (3.3)

Hình 3.1 trình bày đáp ứng của phụ tải khi có dao động xảy ra trên hệ thống Trong trường hợp này xuất hiện điều chỉnh điện áp Và do đó đáp ứng của phụ tải có thể chia thành 2 phần như sau: phần quá độ Pt(V) xuất hiện sau khi

có dao động và phần ổn định Ps(V) sau khi phụ tải được phục hồi

Công suất

thực

Po Pt

Ps

Tp P=0,63(Ps-Pt)

Ps Pl Pt Thời gian (s) 0

Hình 3.1: Đáp ứng của phụ tải khi cĩ chuyển nấc điện áp

Các phương trình biểu diễn hai đặc tính ổn định và quá độ nĩi trên được xác định tương ứng bằng 2 phương trình sau:

s 0 V

V 0 P ) V ( s P

V 0 P ) V ( t P

Các khía cạnh động học đối với vấn đề ổn định điện áp

Chúng ta sẽ nghiên cứu sự ổn định của một hệ thống được cho ở hình 2.4 trong chương 2 Khi xảy ra trường hợp cĩ dao động tác động và hệ thống này thì hệ thống rơ le bảo vệ sẽ tác động cơ lập một trong hai đường dây

Hình 3.2 biểu diễn sơ đồ hệ thống sau khi các rơ le tác động cô lập một trong hai đường dây song song

Hình 3.2: Tách vận hành đường dây của hệ thống 3 thanh cái

Hình 3.3 biểu diễn mối quan hệ giữa P-V trước khi có dao động tác động vào

hệ thống (đường số 1) và sau khi dao động công suất xảy ra (đường số 2) Việc tách vận hành một trong 2 đường dây song song sẽ làm giảm công suất truyền tải max trên hệ thống Tổng công suất truyền tải sẽ cao hơn và điện áp tại nút phụ tải sẽ giảm xuống Đặc tính ổn định của phụ tải ứng với nhiều giá trị khác nhau của và độ nhạy điện áp được biểu diễn trên hình vẽ Các phương trình (3.4) và (3.5) đều có chung một dạng giống nhau và chúng ta sẽ xem xét hệ số mũ biểu diễn mối quan hệ điện áp-công suất qua hệ số

α

α này Khi tham số nhận giá trị âm thì tường ứng với quá trình phục tải phục hồi và hiện tượng chuyển nấc điện áp

Trong trường hợp điện áp không tác động đến công suất của phụ tải, lúc này phụ tải có công suất hằng số và tham số α có giá trị 0 Khi tham số nhận các giá trị khác lớn hơn 0 thì phụ tải sẽ chịu tác động của điện áp Như miêu tả trên hình vẽ, nếu tham số có giá trị càng lớn thì điểm vận hành càng xa điểm sụp đổ điện áp của đường đặc tính P-V mới Trong trường hợp ổn định, tham

số này biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa phụ tải và điện áp Đối với đặc

tính động, hệ số mũ tương ứng với đặc tính thời gian dài của phụ tải Nếu các giá trị này lớn hơn giá trị 0 thì phụ tải sẽ được phục hồi một phần so với trước lúc xảy ra dao động công suất

Khi tham số nhận giá trị âm thì phụ tải được phục hồi theo thời gian dài, và

do tác động của thay đổi nấc điện áp Điều này có nghĩa là khi bộ đổi nấc thay đổi thì điện áp ở phía sau bộ đổi nấc của máy biến áp sẽ nằm trong giá trị cho phép Khi phụ tải phụ thuộc vào độ nhạy điện áp, thì giá trị công suất phụ tải

sẽ tăng lên khi điện áp tăng Nếu việc thực hiện điều chỉnh điện áp được thực hiện không liên tục thì có thể xảy ra khả năng vọt lố điện áp nên giá trị công suất của phụ tải cung thay đổi theo Điều này có nghĩa là giá trị ổn định của phụ tải có thể sẽ cao hơn giá trị trước khi xảy ra dao động trên lưới

Nếu tham số có giá trị âm lớn hơn thì độ vọt lố công suất sẽ lớn hơn, điều này chứng tỏ rằng hệ thống càng gần giới hạn ổn định điện áp Hình 3.3 cho thấy trường hợp mất ổn định khi tham số α nhận giá trị -0.5

1 0.8 0.6 0.4 0.2

V phụ tải

[p.u]

P phụ tải [p.u]

Đặc tính ổn định của phụ tải theo các giá trị của tham số α

V

V P P

Đường cong trước khi xảy ra sự cố (1)

Đường cong sau sự cố (2)

2

= α

1

= α

0

=

α α=−0.1 α=−0.4

5 0

−

= α

10

Hình 3.3: Sự ảnh hưởng của đặc tính phụ tải trên đường cong P-V

khi cắt một nhánh đường dây song song Đặc tính của phụ tải trong

trường hợp tham số α nhận các giá trị khác nhau

Hình 3.2 cho thấy đặc tính của phụ tải tác động như thế nào đến độ ổn định điện áp và tạo ra một số vị trí điểm vận hành mới trên đường cong P-V, điểm vận hành này cĩ thể xa hoặc gần hơn điểm sụp đổ điện áp của đường cong P-

V sau khi mất một nhánh đường dây song song Từ quan điểm dự báo và quan điểm vận hành thì sự khác nhau giữa các điểm vận hành này rất quan trọng

Theo phương pháp truyền thống, cách thể hiện cơng suất của phụ tải đối với vấn đề ổn định điện áp thường sử dụng mơ hình phụ tải tĩnh, và trong nhiều trường hợp thường chọn mơ hình phụ tải cĩ cơng suất khơng đổi do việc sử dụng bộ điều áp để thực hiện điều chỉnh điện áp Thực tế cho thấy sự phụ

thuộc của phụ tải đối với điện áp là một vấn đề rất quan trọng trong nghiên cứu ổn định điện áp

Hình 3.4 trình bày trường hợp độ nhạy điện áp đối với phụ tải cĩ tác dụng tích cực đối với ổn định hệ thống bằng cách đưa ra một số biện pháp như đĩng các máy phát cơng suất nhỏ, đĩng các tụ bù tại chỗ … Hình 3.4 tương ứng với trường hợp như đã được miêu tả trong hình 3.2 khi cắt một nhánh đường dây song song

1 0.8 0.6 0.4 0.2

V phụ tải [p.u]

P phụ tải [p.u]

Đường cong trước khi xảy ra sự cố (1) Đường cong

sau sự cố (2)

6 0

= α

0

= α

10

Điểm mất ổn định Điểm mấtổn định

A B

C

D D

Hình 3.4: Ảnh hưởng của đặc tính phụ tải đối với đường cong P-V, trong trường hợp phụ thuộc điện áp α=0.6, và trong trường hợp khơng phụ thuộc điện áp α=0 khi cắt một trong hai đường dây song song

Bằng cách sử dụng cơng suất hằng số trong tính tốn phân bố cơng suất, giá trị điện áp sẽ thay đổi từ điểm A đến điểm B Tuy nhiên, phần lớn các phụ tải đều phụ thuộc vào giá trị điện áp, ví dụ trong trường hợp α=0.6 Với giá trị α này thì kết quả giá trị điện áp sẽ tương ứng với điểm D Sự khác nhau giữa điểm B và D rất quan trọng Tại vị trí D tương ứng với trường hợp tổng cơng

suất phụ tải sẽ nhỏ hơn và giá trị điện áp sẽ cao hơn so với trường hợp giải bằng phương pháp phân bố công suất Trong trường hợp này, khi giả sử công suất là hằng số, sự tác động của phụ tải vào hệ thống là khá rõ ràng và công suất truyền tải theo lý thuyết sẽ giảm xuống mặc dù tăng các giới hạn biên an toàn và cuối cùng sẽ làm cho hệ thống không tận dụng được hết khả năng sử dụng công suất

Phụ tải nhiệt độ là một loại phụ tải đặc biệt do có đặc tính nhiệt nên luôn được đưa vào tính toán Khi có dao động xảy ra trên hệ thống và giá trị điện áp sẽ giảm xuống, sự suy giảm công suất của từng phụ tải thành phần sẽ tác động đến các máy điều nhiệt nhằm mục đích giữ cho các phụ tải kết nối với hệ thống lâu hơn, có nghĩa là dựa trên quy tắc chung có nhiều phụ tải kết nối vào lưới cùng một thời điểm sẽ làm tăng công suất phụ tải Sự tác động toàn cục của phụ tải có thể dẫn đến là tăng công suất và vận hành gần giá trị điện áp sau khi xảy ra dao động, và nếu xảy ra lần dao động tiếp thì sẽ gây ra sụp đổ điện áp Đối với trường hợp phụ tải có dạng nhiệt thì vấn đề này rất quan trọng và thường xảy ra vào mùa mưa hơn là nắng Các sự thay đổi này được

mô tả rất có hiệu quả theo các phương trình (3.2) và (3.3) Sự ảnh hưởng của đặc tính nhiệt độ rất quan trọng và đã được xem xét trong các mô phỏng sau thời gian quá độ, và đối với tất cả các khu vực cũng như đối với một số bộ điều chỉnh dưới tải máy biến thế Khi các bộ đổi nấc đạt đến giới hạn điều áp sau khi có dao động xảy ra trên hệ thống, sự tác động của việc phục hồi phụ tải rất quan trọng đối với vấn đề ổn định điện áp

Tính động học của loại phụ tải này có đặc điểm được chia thành 2 phần: thành phần quá độ và thành phần dài hạn Sự thay đổi đặc tính, và thời gian phục hồi từ trạng thái quá độ sang trạng thái ổn định rất quan trọng đối với ổn định

điện áp Khi nắm bắt rõ được các vấn đề và hiện tượng này thì có thể đưa ra được các quyết định nhanh chóng như sa thải phụ tải, đóng cắt các tụ bù, sử dụng các máy phát điện dự phòng nhằm mục đích đưa hệ thống trở lại trạng thái ổn định Hình 3.4 trình bày khi xảy ra chuyển nấc điện áp tại các khu vực

có phụ tải nhiệt tập trung và kết quả đáp ứng của các mô hình : A) mô hình động có thành phần phục hồi về dòng điện hằng số và B) mô hình tĩnh với đặc tính dòng điện hằng số

Khi sử dụng mô hình tĩnh thường giả sử rằng phụ tải có dòng điện hằng số Nhưng trong thực tế khi điện áp giảm xuống sẽ làm giảm công suất của phụ tải Sự suy giảm này sẽ kích hoạt đặc tính nhiệt độ với thời gian lâu hơn và điều này sẽ làm tăng tổng công suất chung và sẽ dẫn đến giá trị tới hạn trên đường cong P-V Do đó, điểm vận hành sẽ nguy hiểm hơn so với trường hợp

dự báo bằng mô hình tĩnh do nhu cầu phụ tải tăng lên, điều này sẽ đưa hệ thống tới tình trạng nguy hiểm Tuy nhiên, trong suốt thời gian phục hồi Tp,

có quá trình sa thải phụ tải và một số các tác động nhanh sẽ duy trì được sự ổn định của hệ thống

Điện áp

Uo

U sau khi thay đổi

Thời gian (s) 0

) 1 ( ) V (

Ps = αs=

B)

) 1 (

Pt = αt=

tải động Trường hợp B : phụ tải cĩ dịng điện hằng số

Hình 3.6 trình bày lại trường hợp trong hình 3.2, trong đĩ phụ tải chủ yếu là thành phần cĩ đặc tính nhiệt Hệ thống vận hành tại điểm giao A của đường đặc tính tải và đường cong P-V trước khi xảy ra dao động, và cĩ điện áp là 0.92pu và cơng suất truyền tải là 5.3pu Sau khi xảy ra dao động, hệ thống dịch chuyển đến trạng thái B cĩ điện áp là 0.85pu và cơng suất truyền tải là 4.2pu Do đĩ tại điểm vận hành này thì điện áp đã suy giảm đồng thời cơng suất tải cũng giảm theo do độ nhạy điện áp theo phụ tải đã tác động đến sa thải phụ tải Tuy nhiên, đặc tính nhiệt độ của phụ tải nhiệt sẽ làm tăng giá trị phụ tải Đặc tính của phụ tải sẽ chuyển qua trạng thái cĩ dạng cơng suất hằng

sơ (tham số tiến về giá trị 0) Phần giao của các đường cong mới với đường

P-V sau sự cố sẽ làm cho hệ thống vận hành tại giá trị cĩ điện áp thấp (điểm C)

và cĩ thể xảy ra sụp đổ điện áp

Trong quá trình xảy ra sự thay đổi, chúng ta cĩ thể cĩ nhiều tác động hiệu quả

để đưa điểm vận hành về trạng thái ổn định thuộc phần trên của đường cong P-V mới (điểm D) Một số các tác động như bù cơng suất kháng tại chỗ của phụ tải, sa thải phụ tải, khởi động một số các máy phát dự phịng

P phụ tải [p.u]

Đường cong trước khi xảy ra sự cố (1)

Đường cong sau sự cố (2)

1

s = α

10

A B C D

Đường cong sau khi bù

Đặc tính phụ tải

2

t = α

7 0

s = α

Hình 3.6 : Ảnh hưởng của đặc tính ổn định nhiệt lượng của các

phụ tải đối với điện áp Đường cong số 1 và số 2 tương ứng với trường hợp trước và sau sự cố Đường số 3 là đường cong sau khi thực hiện

một số biện pháp bù cơng suất tại chỗ

3.2 Kết luận

Chúng ta đã tìm hiểu sự tác động của phụ tải đối vấn đề ổn định điện áp Trong các điều kiện vận hành như nhau thì phụ tải sẽ tác động đến điểm vận hành trên các đường cong P-V làm cho hệ thống cĩ thể vận hành gần hơn

hoặc xa hơn điểm sụp đổ điện áp Do đặc điểm của phụ tải rất quan trọng đối với vấn đề ổn định hệ thống nên cần phải có các mô hình chính xác Vì các

mô hình phụ tải truyền thống không có khả năng để thể hiện được tính động học của phụ tải nên đã được thay thế bằng các mô hình phụ tải động

Hơn nữa, hơn nữa một số loại phụ tải dạng nhiệt lượng có tác động rất lớn đến vấn đề ổn định do tính chất ổn định nhiệt độ Sau khi xảy ra dao động trên

hệ thống (thông thường thì điện áp và công suất sẽ suy giảm), do ảnh hưởng

của tính chất ổn định nhiệt sẽ làm cho tổng công suất tải sẽ tăng lên trở về giá trị ban đầu trước khi xảy ra sự cố tại giá trị điện áp thấp hơn Điều này sẽ làm cho hệ thống vận hành trong điều kiện nguy hiểm Tuy nhiên, trong suốt thời gian phục hồi, có thể thực hiện một số các tác động kịp thời như bù công suất kháng, sa thải phụ tải, khởi động các máy phát dự phòng để đưa hệ thống về điểm vận hành ổn định

CHƯƠNG 4

XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH PHỤ TẢI ĐỘNG