Khảo sát hoạt động của thiết hị UPFC đối với sự ổn định của hệ thống điện

Và việc bù này thường sử dụng các thiết bị bù thông thường như : SVC, STACOM, SSSC …các thiết bị này nó cũng còn một số mặt hạn chế nhất định như : điều khiển luồng công suất trên đường

PHẠM TRUNG KIÊN

ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ UPFC ĐỐI VỚI SỰ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN CAO HỌC

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NĂM 2004

LỜI NÓI ĐẦU

Được nhà trường và bộ môn giao nhiệm vụ với sự hướng dẫn tận tình của

thầy TSKH Hồ Đắc Lộc Tôi đã thực hiện đề tài “ Khảo Sát Hoạt Động Của Thiết Bị UPFC Đối Với Sự Oån Định Của Hệ Thống Điện“

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài đã được sự giúp đỡ tận tình của thầy Hồ Đắc Lộc, các thầy cô trong bộ môn Hệ Thống Điện Với việc nghiên cứu thiết

bị này còn khá mới mẽ tại Việt Nam, và thiết bị đòi hỏi nhiều lý thuyết toán ứng dụng và kỹ thuật điều khiển Do vậy đề tài này còn nhiều thiếu sót, Rất mong được sự góp ý của qúi thầy cô và các bạn đồng nghiệp

Qua đây em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy Hồ Đắc Lộc, thầy Nguyễn Bội Khuê đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu qúi giá và dìu dắt em trong

suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy truyền đạt kiến thức, giúp

em trưởng thành trong nghề nghiệp và tự tin trong cuộc sống

Xin cảm ơn các anh chị học viên cao học ngành hệ thống điện khóa 11 đã đóng góp ý kiến trong quá trình thực hiện luận văn

Phạm Trung Kiên

MỤC LỤC

Trang Phần mở đầu 7

Chương I : Lý Thuyết Tổng Quan Về Ổn Định Hệ Thống Điện 1.1 Giới thiệu 9

1.2 Cơ sở tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện và các 11

đặc tính công suất

1.3 Hệ phương trình chuyển động hệ thống điện khi 15

nghiên cứu ổn định

1.4 Nâng cao ổn định hệ thống điện 19

Chương II : Bù Hệ Thống Với Thiết Bị UPFC 2.1 Truyền tải năng lượng trên đường dây 26

2.2 Thiết bị bù UPFC 33

2.2.1 Giới thiếu thiết bị bù UPFC 33

2.2.2 Nguyên lý hoạt động UPFC 34

Chương III Phân Tích Truyền Công Suất Và Mô Hình Điều Khiển Cho UPFC 3.1 Mô hình điều khiển UPFC ảnh hưởng đến ổn định hệ thống 42

3.1.1 STACOM 42

3.1.2 SSSC 46

3.1.3 UPFC 47

3.2 Phân tích truyền công suất với thiết bị UPFC 48

3.2.1 Cấu trúc và nguyên lý điều khiển UPFC 48

3.2.2 Mô hình truyền công suất UPFC 49

3.2.3 Tính toán các chế độ điều khiển cho chế độ tải 50

3.3 Thuật toán điều khiển công suất cho hệ thống 54

Chương IV Xây Dựng Mô Hình Toán Và Phân Tích Mô Hình Điều Khiển Cho UPFC 4.1 Mô hình toán học của UPFC 56

4.2 Phân tích mô hình UPFC 63

4.3 Mô hình điều khiển cho UPFC 64

Chương V Khảo Sát Hoạt Động Của Thiết Bị UPFC Với Chương Trình Mô Phỏng EMTP 5.1 Giới thiệu EMTP trong mô phỏng hệ thống điện 68

5.2 Điều khiển UPFC theo SPWM 69

5.3 Mô phỏng EMTP 72

5.4 Mô phỏng vòng điều khiển mở 82

5.5 Mô phỏng vòng điều khiển đóng 91 5.6 Kết luận 98

Chương VI Phụ Lục và Tài liệu tham khảo 100

PHẦN MỞ ĐẦU

I/ ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm vừa qua, với tốc độ phát triển không ngừng của nền kinh tế Nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng cao Do vậy, hệ thống điện tại Việt Nam phát triển không ngừng cả về số lượng lẫn chất lượng Ngày càng có nhiều nhà máy điện và các đường dây truyền tải phủ khắp cả nước Với một hệ thống điện ngày càng phức tạp và yêu cầu về chất lượng điện năng ngày càng cao, thì đòi hỏi cần phải có các thiết bị đi kèm đãm bảo tính ỗn định cũng như chất lượng điện năng phải cao Đồng thời phải đảm bảo tính kinh tế trong quá trình vận hành

Trong quá trình truyền tải điện năng để đảm bảo tính ỗn định cũng như chất lượng điện năng, hiện nay ta thường sử dụng thiết bị bù tĩnh cũng như bù có điều khiển (bừ nối tiếp, bù shunt, hoặc kết hợp cả hai ) Và việc bù này thường sử dụng các thiết bị bù thông thường như : SVC, STACOM, SSSC …các thiết bị này nó cũng còn một số mặt hạn chế nhất định như : điều khiển luồng công suất trên đường dây, thay đổi về giá trị trở kháng đường dây, điều khiển điện áp nút tải …

Ngày nay với sự phát triển của các thiết bị bán dẫn công suất lớn nó có thể thực hiện điều khiển trong thời gian rất ngắn, dòng điện lớn và chịu được điện áp cao Và hiện tại ở một số nước phát triển người ta đã chế tạo và đưa vào sử dụng thế hệ thiết bị bù thông minh UPFC ( THE UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER ) có khả năng giải quyết các các yếu điểm của các thiết bị bù trước đó và được gọi là bộ bù hợp nhất

UPFC có khả năng đảm nhận bù nối tiếp và bù shunt, điều khiển điện áp đường dây, điều khiển góc pha, điều khiển tự động luồng công suất thực và công suất phản kháng trên đường dây

II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1/ Mục Tiêu

Từ việc khảo sát hoạt động của thiết bị UPFC trong hệ thống điện giúp ta hiểu rỏ nguyên lý hoạt động và điều khiển của thiết bị trong hệ thống điện Đồng thời thấy được điểm ưu biệt của thiết bị bù UPFC trong việc đảm bảo tính ổn định của hệ thống và khả năng linh hoạt của thiết bị trong các chế độ quá độ

2/ Nhiệm Vụ Và Công Việc Nghiên Cứu

Khảo sát hoạt động của thiết bị trong hệ thống với các chế độ điều khiển khác nhau của thiết bị

Thiết lập mô hình toán và mô hình điều khiển của thiết bị khi kết nối với hệ thống

Mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng EMTP hoạt động của thiết bị trong hệ thống, trong các trường hợp sự cố cũng như chế độ làm việc bình thường Từ đó thấy được khả năng đáp ứng ưu biệt của thiết bị so với các thiết bị bù cổ điển

III CÁC THUẬT NGỮ

• UPFC ( THE UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER )

• EMTP ( THE ELECTROMAGNETIC TRANSIENTS PROGRAM )

• TACS ( TRANSIENT ANALYSIS OF CONTROL SYSTEMS )

• PWM ( PULSE WIDTH MODULATED METHOD )

• SPWM ( SINUSOIDAL PULSE WIDTH MODULATED METHOD )

CHÖÔNG 1 TOƠNG QUAN VEĂ OƠN ÑÒNH HEÔ THOÂNG ÑIEÔN

1.1 GIÔÙI THIEÔU

Tröôùc khi ñi sađu vaøo nghieđn cöùu tính oơn ñònh cụa heô thoâng ñieôn caăn nhaĩc ñeân moôt soâ vaân ñeă chung trong lyù thuyeât nghieđn cöùu oơn ñònh Ñeơ nghieđn cöùu vaø khạo saùt tính oơn ñònh cụa heô thoâng ñieôn, ngöôøi ta quan tađm ñeân tráng thaùi oơn ñònh tưnh vaø oơn ñònh ñoông Khi ñöa ra caùc khaùi nieôm ban ñaău veă tính oơn ñònh cho heô thoâng ñieôn ta phađn bieôt hai loái: oơn ñònh tónh vaø oơn ñònh ñoông trong heô thoâng ñieôn OƠn ñònh tónh ñöôïc mođ tạ nhö moôt tính chaât cụa tráng thaùi cađn baỉng, noù coùù theơ duy trì cho heô thoâng tieân veă tráng thaùi xaùc laôp, döôùi taùc ñoông cụa nhöõng taùc ñoông ngaêu nhieđn coù trò soâ beù Coøn oơn ñònh ñoông gaĩn lieăn vôùi nhöõng dao ñoông lôùn laøm maât cađn baỉng cođng suaât ñaùng keơ Quaù trình quaù ñoô (QTQÑ) dieên ra vôùi moôt kích ñoông lôùn cú theơ naøo ñoù ñöôïc coi laø oơn ñònh, neâu noù xaùc laôp ñeân moôt cheẫ ñoô xaùc laôp môùi Heô thoâng khi ñoù ñöôïc coi laø coù oơn ñònh ñoông Caùc khaùi nieôm vaø lyù thuyeât veă oơn ñònh ñoâi vôùi heô thoâng vaôt lyù noùi chung cuõng ñaõ ñöôïc nghieđn cöùu töø raât sôùm Toăn tái nhöõng ñònh nghóa theo toaùn hóc vaø caùc tieđu chuaơn ñaùnh giaù khaùc nhau xem heô thoâng coù oơn ñònh hay khođng Sau ñađy chuùng ta seõ xem xeùt moôt vaøi tieđu chuaơn vaø ñònh nghóa ñeơ tieân haønh nghieđn cöùu tính oơn ñònh ñoâi vôùi heô thoâng ñieôn

1.1.1 Khaùi Nieôm Veă OƠn Ñònh Heô Thoâng Ñieôn, Tieđu Chuaơn Naíng Löôïng

Tröôùc heât phại keơ ñeân ñònh nghóa vaø tieđu chuaơn ñaùnh giaù oơn ñònh döïa tređn khaùi nieôm cađn baỉng naíng löôïng Hoát ñoông cụa moôt heô thoâng baât kyø coù theơ mođ tạ nhö moôt quaù trình trao ñoơi naíng löôïng giöõa nguoăn phaùt vaø nôi tieđu thú Cheâ ñoô xaùc laôp töông öùng vôùi quaù trình döøng, dieên ra khi naíng löôïng nguoăn phaùt vaø naíng löôïng tieđu thú cađn baỉng Thođng soâ tráng thaùi ôû cheâ ñoô xaùc laôp laø hoaøn toaøn xaùc ñònh( neâu khođng xeùt ñeân nhöõng kích ñoông ngaêu nhieđn), khi ñoù quaù trình trao ñoơi naíng löôïng seõ khođng thay ñoơi Ngöôïc lái khi coù nhöõng kích ñoông laøm leôch thođng soâ, seõ dieên ra bieân ñoông cạ naíng löôïng nguoăn vaø naíng löôïng tieđu thú Khaùi nieôm coơ ñieơn cho raỉng, neâu bieân ñoông laøm cho naíng löôïng phaùt cụa nguoăn lôùn hôn naíng löôïng tieđu thú tính theo höôùng leôch xa theđm thođng soâ thì heô thoâng khođng oơn ñònh Ñoù laø vì naíng löôïng thöøa laøm heô thoâng chuyeơn ñoông khođng ngöøng veă moôt höôùng daên ñeân thođng soâ leôch vođ hán khoûi trò soâ ban ñaău Tröôøng hôïp ngöôïc lái heô thoâng nhanh choùng veă vò trí cađn baỉng vôùi theâ naíng nhoû nhaât, heô thoâng seõ oơn ñònh Veă toaùn hóc, coù theơ mođ tạ ñieău kieôn oơn ñònh heô thoâng theo tieđu chuaơn naíng löôïng sau :

Tráng thaùi cađn baỉng cụa heô thoâng oơn ñònh neâu : ΔW/ΔΠ < 0

Trong ñoù : ΔW = ΔWF - ΔWT laø hieôu caùc soâ gia naíng löôïng cụa nguoăn vaø tại

ΔΠ : soâ gia thođng soâ tráng thaùi

Xét với những thời gian ngắn, tương quan sẽ ứng với những số gia công suất, đồng thời biểu thức còn có thể viết dưới dạng vi phân:

Dp/dΠ < 0

Với mổi hệ thống đã cho, xét những điểm nút trao đổi công suất khác nhau có thể nhận được hàng loạt biểu thức cụ thể dạng trên Đó chính là các biểu thị cụ thể của các tiêu chuẩn năng lượng, cho phép kiểm tra tính ổn định của hệ thống Phần quan trọng trong phương pháp này là thiết lập được các quan hệ đặc tính công suất WF( Π ) và Wt(Π) Đối với hệ thống điện đó là quan hệ của P và Q với các thông số trạng thái δ và U ( gọi là các đặc tính công suất )

1.1.2 Định Nghĩa Ổn Định Theo Tiêu Chuẩn Lyapunov

Việc nghiên cứu tính ổn định của hệ thống vật lý nói chung và của hệ thống điện nói riêng theo tiêu chuẩn năng lượng tỏ ra đơn giản và khá hiệu quả, tuy nhiên chưa đặc trưng đầy đủ cho tính ổn định hệ thống Đó là vì khái niệm ổn định cổ điển và tiêu chuẩn năng lượng không xét đến yếu tố quán tính và động năng chuyển động hệ thống Sự phát triển lý thuyết ổn định hiện đại, dựa trên khái niệm hệ thống chuyển động có quán tính, đã làm thay đổi đáng kể khái niệm và nội dung ổn định Hãy xét khái niệm ổn định tĩnh và ổn định động theo Lyapunov

Trước hết cần phải hiểu khái niệm ổn định hệ thống vật lý nói chung theo Lyapunuv Để đơn giản giả thiết hệ thống cô lập, không chịu tác động của ngoại lực Hệ phương trình vi phân có thể mô tả dưới dạng sau :

x⋅ i = fi( x1, x2 xn) I = 1,2…n (1.1)

Điểm cân bằng α = (α1, α2…αn) ứng với nghiệm của hệ phương trình đại số:

fi(x1,x2 xn)=0 i = 1,2…n (1.2)

Được coi là tồn tại và hoàn toàn xác định Như vậy nếu tại t = 0 hệ thống có

xi = αi , x =⋅ 0 thì các thông số này sẽ tiếp tục không thay đổi Trong trường hợp

t = 0 nhưng xi = ξi # αi, x =⋅ 0, hệ thống sẽ chuyển động Dạng qũi đạo chuyển động diễn ra khác nhau phụ thuộc vào tính chất hệ thống Hệ thống ổn định theo Lyapunov, nếu cho trước một số ε tuỳ ý có thể tìm một số δ nhỏ tùy ý khác sao cho : khi ξi - αi < δ thì cũng có xi(t) - αi < ε với mọi i và t ξi - αi là những kích động ban đầu Định nghĩa tuy có tính chất hình thức nhưng ý nghĩa vật lý

khá rỏ ràng Một hệ thống được xem là ổn định nếu dưới tác động của kích thích ngẫu nhiên nhỏ, thông số bị lệch khỏi vị trí cân bằng sẽ không tự chuyển động ra xa vô hạn Hệ thống được coi là mất ổn định trong trường hợp ngược lại cho dù kích động là nhỏ tuỳ ý Do cách định nghĩa này nên phương pháp Lyapunov được coi là phương pháp dao động bé

Phương pháp đánh giá ổn định theo Lyapunov:

- Phương pháp trực tiếp

- Phương pháp xấp xĩ bậc nhất

1.2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT

1.2.1 Vấn Đề Tính Toán Chế Độ Xác Lập Của Hệ Thống Điện Và Các Đặc Tính Công Suất

Nghiên cứu tính ổn định của hệ thống điện thực chất là giải các bài toán về phân tích, điều khiển các quá trình quá độ Trong đó diễn ra sự biến thiên dòng điện, điện áp, công suất, tốc độ quay roto của các máy phát … theo thời gian Tuy nhiên bài toán sẽ không có nghĩa và không thể giải nếu không biết được thông tin của chế độ xác lập thời điểm đầu cũng như thời điểm kết thúc quá trình quá độ Khái niệm ổn định tĩnh phải gắn liền với một chế độ xác lập cụ thể Còn ổn định động là nghiên cứu khả năng chuyển động an toàn từ một chế độ xác lập này sang một chế độ xác lập khác Sự tồn tại của một chế độ xác lập sau sự cố được xem như điều kiện cần của ổn định động Từ đó có thể thấy rõ vai trò quan trọng việc tính toán chế độ xác lập trong các nghiên cứu ổn định hệ thống điện

Về mặt phương pháp, việc xác định thông số của chế độ xác lập đầu cũng chính là tính toán điểm xuất phát của quá trình quá độ Ngoài ra trong những điều kiện gần đúng cho phép ở mổi thời điểm quá độ của hệ thống có thể được tính toán như chế độ xác lập xấp xỉ Khi đó việc áp dụng các phương pháp đẳng trị hoá lưới, tính toán các đặc trưng công suất, kể cả phân bố dòng áp trong chế độ xác lập vẫn có ý nghiã đối với chế độ quá độ Trong phần này ta trình bày những cơ sở tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện Xác định các đặc tính công suất của các máy phát, các nút phụ tải Cách thành lập mô hình chế độ xác lập với độ chính xác khác nhau, và phạm vi ứng dụng chúng trong nghiên cứu ổn định là những vấn đề cần được quan tâm trước khi đi sâu nghiên cứu các bài toán về ổn định

1.2.2 Mô Hình Tuyến Tính Chế Độ Xác Lập Hệ Thống Điện

Mô hình chế độ xác lập của hệ thống điện (thực chất là hệ phương trình đại số mô tả trạng thái hệ thống), nói chung có tính chất phi tuyến Tuy nhiên, trong một loạt bài toán, trong đó có bài toán ổn định, với yêu cầu đủ thỏa mãn về độ chính xác có thể sử dụng mô hình tuyến tính Khi đó cần chấp nhận những giả thuyết sau :

- Thông số cấu trúc lưới điện (điện trở, điện kháng…) là những giá trị không đổi Thực chất là bỏ qua ảnh hưởng của bão hoà từ, tổn thất vầng quang vv…

- Phụ tải điện được thay thế bằng tổng trở cố định

- Các sức điện động và điện kháng máy phát không đổi

Với các điều kiện đã nêu, hệ phương trình mô tả trạng thái cân bằng của hệ thống điện sẽ là hệ phương trình đại số tuyến tính Có nhiều cách khác nhau để thiết lập phương trình này Ơû đây, liên quan đến một vài mục đích riêng, trình bày khảõ năng thiết lập hệ phương trình theo phương pháp thế nút có xắp xếp Giả thiết hệ thống điện gồm N+1 nút kể cả nút đất (với số hiệu 0) Các nút nguồn được đánh số từ 1 đế F Các nút còn lại đánh số từ F + 1 đến N Điện áp các nút ký hiệu là U1, U2… UN Trong đó điện áp các nút nguồn coi là đã biết Trị số tương ứng điện điện áp các nút nguồn sẽ được cho tuỳ theo chế độ máy phát : là điện áp đầu cực máy phát (coi điện kháng XF = 0), là sức điện động quá độ e’q(sau điện kháng quá độ x’d), hoặc sức điện động Eq( sau Xd) Cần chú

ý là phụ tải đã được thay bằng các tổng trở cố định, do đó ngoài nút nguồn (có dòng điện đi vào) các nút còn lại đều là các nút trung gian với tổng đại số dòng

đi vào nút bằng không Gọi tổng trở nhánh nối giữa hai nút i và j bất kỳ là Zij

(nếu i không nối với j coi nhánh có tổng dẫn bằng không) Tổng trở này có thể tính trong đơn vị tương đối hoặc có tên Khi tính trong đơn vị có tên, có thể qui về một cấp điện áp hoặc sử dụng sơ đồ có máy biến áp lý tưởng trên mổi nhánh Aùp dụng định luật kirchhof 1 cho mỗi nút i ta có :

N i

0 j

j ij

N 0

j ij

i U j

Z

1Z

0 U Y

U Y

U Y U Y 0

J U Y

U Y

U Y U Y

J U Y

U Y

U Y U Y J U Y

U Y

U Y U Y N NN F NF 2 2 N 1 1 N F N FN F FF 2 2 1 1 2 N N 2 F F 2 22 1 21 1 N N 1 F F 2 12 1 11 = + − − − − − = = − − − − − − = − − − − − − = − − − − − (1.8) Ở đây ta xét với tất cả các nút trừ nút đất Với một cấu trúc lưới đã cho các tổng dẩn riêng Yii và tổng dẫn tương hổ Yij là những hằng số phức hoàn toàn xác định (theo biểu thức đã nêu), hệ phương trình là tuyến tính đối với các điện áp nút Cần chú ý là , có F điện áp nút nguồn đã biết nhưng trong hệ lại chứa F dòng điện chạy trong nguồn chưa xác định, do đó ẩn số cần tìm vẫn là N Hệ phương trình nhận được có thể dùng làm cơ sở cho tính toán chế độ xác lập: tính dòng điện và công suất nguồn, biến đổi đẳng trị lưới điện, xác định ma trận tổng dẫn đẳng trị của lưới thu gọn chỉ còn các nút nguồn Hãy xét thuật toán Gauss, loại trừ liên tiếp điện áp các nút trung gian và giảm số phương trình bắt đầu từ phương trình thứ N Chia cả hai vế phương trình cuối cùng cho YNN và nhân lần lượt hệ số của số hạng cuối cùng của mỗi phương trình còn lại yiN rồi trừ vào các phương trình tương ứng ta sẽ nhận được các phương trình tương đương có ẩn số và số phương trình giãm đi 1 Có thể thấy rằng các hệ số điện dẫn bị biến đổi theo qui luật sau : Y’ij = Yij – ynj.yin/YNN (1.9) Đó cũng là điện dẫn của lưới đẳng trị, sau khi biến đổi loại trừ nút N Thuật toán có thể áp dụng liên tiếp cho đến khi loại trừ hết mọi nút trung gian Khi đó hệ phương trình tương đương nhận được tương ứng vớ F nút nguồn ( ký hiệu sđđ Ei thay cho điện áp Ui :

F F FF 2 2 ,, 1 1 ,, 2 F F 2 22 ,, 1 21 ,, 1 F F 2 12 ,, 1 11 ,, J E Y

E Y E Y

J E Y

E Y E Y J E Y

E Y E Y

= +

−

−

−

=

−

−

−

−

=

−

−

−

Ma trận điện dẫn đẳng trị Y” tương ứng với lưới đẳng trị chỉ có các nút nguồn Thuật toán cũng là cơ sở xây dựng cho nhiều chương trình xây dựng tính toán đẳng trị lưới Ơû đây ngoài việc nhận được ma trận Y” ta còn quan tâm đến một số nội dung khác

Trước hết từ hệ (1.10) có thể xác định được ngay dòng điện trong nguồn bởi tất cả các sức điện động đã biết Bây giờ đem nhân hai vế của mỗi phương trình với trị số liên hợp của điện áp nút và để ý rằng công suất phức : i

i

i

.

JE

S = ta viết được:

F F

2 F

FF ,, F

2

2 ,, F

1

1 ,,

2 2 2

F

F ,, 2 2

22 ,, 2

1

21 ,,

1 1

1

F

F 1

2

12 ,, 2 1

11

,,

jQPEY

EEYEEY

jQPEEY

EYEEY

jQPEEY

EEYEY

−

=+

−

−+

)cosj(siny90y

Y

)sinj(cosEE

E

ij ij

ij

0 ij ij

ij

i i

i i i

.

α

−α

=

−α

∠

=

δ+δ

=δ

yEEcos

y

E

Q

)sin(

yEEsin

y

E

P

ij j i ij

j n 1

j iij

j iij

−δ

−α

=

α

−δ

−δ+

) cos(

cos

) sin(

sin

1 2

1 2

ij j i ij j n j i ij

ij i i

ij j i ij j j i ij

ij i i

y U U y

U Q

y U U y

U P

αδδα

αδδα

1.3.1 Khái Niệm Chung

Các phương pháp toán phân tích ổn định đều dựa trên cơ sở các phương trình

vi phân ( PTVP ) biểu diễn chuyển động hệ thống Lý thuyết ổn định của Lyapunov đánh giá ổn định hệ thống bằng cách phân tích lời giải phương trình (phương pháp thứ nhất) hoặc thông qua hàm Lyapunov (phương pháp thứ 2) Phương pháp thực dụng nghiên cứu ổn định hệ thống điện theo lý thuyết ổn định cổ điển, tuy dựa trên cơ sở tiêu chuẩn năng lượng nhưng thực chất cũng chỉ là trường hợp riêng phân tích chuyển động hệ thống.Vì vậy việc mô tả đúng chuyển động qúa độ hệ thống điện có ý nghĩa rất quan trọng khi nghiên cứu ổn định

Giữa chế độ xác lập và chế độ quá độ của hệ thống điện có mối quan hệ nhất định Tuy nhiên, mô hình quá trình quá độ khác về cơ bản so với chế độ xác lập Sự khác biệt thể hiện ở những điểm sau :

- Trong chế độ quá độ, do mất cân bằng công suất mô men quay roto của các máy phát thay đổi, dẫn đến sự biến thiên thông số trạng thái (điện và từ) của hệ thống Góc pha và biên độ các sức điện động thay đổi theo thời gian phụ thuộc qui luật chuyển động cơ học (có quán tính) của các máy điện quay Trong khi, ở chế độ xác lập các sức điện động được coi là không đổi

- Quán tính điện từ trong các cuộn dây điện cảm của máy phát, máy kích thích, các hệ thống tự động điều chỉnh gây ra quá trình quá độ điện từ phức tạp, cần phải xét đến trong chế độ qúa độ

Do những yếu tố phức tạp kể trên, hệ phương trình vi phân đầy đủ mô tả quá trình quá độ trong hệ thống điện nói chung là phi tuyến cấp cao Cần có sự biến đổi, đơn giản hóa mô hình theo những mức độ khác nhau phù hợp với mục đích yêu cầu của bài toán Đây cũng là một đặc điểm rất đáng chú ý khi xem xét các vấn đề về ổn định hệ thống điện

1.3.2 Phương Trình Chuyển Động Của Máy Phát

Chuyển động quay roto của máy phát điện đồng bộ trong trường hợp chung có thể viết như sau :

Jd2γ/dt2= MT- ME (1.15)

Trong đó :

MT, ME - các momen quay của tua bin và máy phát

J - momen quán tính roto của tổ máy ( tuabin và máy phát )

γ - góc quay của roto máy phát

Mômen quán tính J phụ thuộc cấu tạo và khối lượng phần quay Khi roto là một hình trụ tròn đồng nhất, đường kính D (bán kính R), trọng lượng tổng là G có thể tính được :

δ = γ(t) - Ω0t (1.19) Khi đó γ = δ + Ω0t thay vào phương trình chuyển động, ta có thể viết :

Jd2δ/dt2= MT- ME ( 1.20)

Phương trình dạng (1.20 ) được gọi là phương trình chuyển động tương đối roto của máy phát Góc δ cũng là hàm của thời gian, thay đổi theo tốc độ quay Gọi tốc độ quay của máy phát trong quá trình quá độ là Ω(t) = dγ(t)/dt,

ta có tốc độ thay đổi góc lệch tương đối dδ/dt = Ω - Ω0 Như vậy, khi máy phát quay bằng tốc độ đồng bộ góc lệch δ không thay đổi

Khi ứng dụng vào tính toán thực tế phương trình (1.20 ) còn được biến đổi về nhiều dạng khác nhau tuỳ theo sự tiện lợi sử dụng Trước hết là cách biểu diển sử dụng hằng số thời gian quán tính (inertia constant) TJ hoặc H thay

cho momen quán tính J Biến đổi (1.20) bằng cách nhân và chia vế trái với 2SCBΩ2

0 :

2 22 T E

0

CB CB

2

0 M M

dt

dS2S2

J

−

=

δΩ

Ω

(1.21)

Với ký hiệu hằng số quán tính H = JΩ2

0/2SCBta có phương trình dạng :

2 CB 22 T E

0

MMdt

dSH2

0/SCB, do đó TJ = 2H và phương trình :

2 CB 22 T E

0

j M Mdt

dS

Chẳng hạn có thể tính TJ theo trị số GD2 :

TJ =

CB 6 2 2

S 10 n GD 74 , 2

Trong công thức SCBtính bằng MVA, GD2 tính bằng kg.m2

Tốc độ biến thiên của góc lệch tương đối dδ/dt trong QTQĐ có trị số nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ Ω0, do đó có thể coi xấp xỉ :

Ω= Ω0 + dδ/dt= Ω0 (1.25)

Công suất P = ΩM= Ω0M (1.26)

Kết qủa có thể áp dụng cách tính gần đúng theo công suất :

2

2

d CB T

ddt T E

CB

T S 2 P P

2 0

Trong các phương trình trên , các công suất P vẩn được tính trong hệ đơn vị có tên Nếu tính công suất trong hệ đơn vị tương đối, phương trình có dạng đơn giản hơn :

T ddt2 PT PE

2 0

Đôi khi để tiện lợi trong cách viết người ta còn tính TJ bằng đơn vị radian, nghĩa là : TJ( rad )= ω0TJ(s) Khi đó phương trình chuyển động có dạng gọn nhất:

TJd2

E T

2 P Pdt

Hệ số cản kd có dấu dương tương đương với thêm moment âm (cản) nằm bên vế phải

Khi trong hệ thống điện có nhiều máy phát điện, ở chế độ quá độ các roto chuyển động theo những tốc độ khác nhau Dạng chung của phương trình chuyển động tương đối(so với trục quay đồng bộ) không có gì thay đổi Người

ta còn ký hiệu góc lệch tương đối giữa máy phát i và máy phát j là δij = δi - δj Khi đó mỗi góc lệch δi, theo nghĩa nào đó được gọi là góc lệch tuyệt đối Ngoài

ra để phương trình có dạng chuẩn cosi bậc nhất với các đạo hàm (nằm bên trái) người ta sử dụng tốc độ chuyển động tương đối s = dδ/dt = ω - ω0 khi đó hệ phương trình chuyển động tương đối roto các máy phát trong hệ thống phức tạp có dạng :

ji

i −

ω

= i = 1,2,…,n (1.33)

1.4 NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

1.4.1 Nâng Cao Ổn Định Tĩnh Khi Thiết Kế Vận Hành Hệ Thống Điện

Ổn định tĩnh là một thuộc tính của cấu trúc hệ thống, vì vậy để đảm bảo tính ổn định mong muốn phải chú ý đến các yếu tố liên quan ngay từ giai đoạn thiết kế Thêm nữa, trong phạm vi vận hành ổn định hệ số dự trử của ổn định tĩnh thể hiện khác nhau phụ thuộc một tổ hợp các thông số chế độ (trong phạm vi có thể) đảm bảo hệ số dự trữ ổn định cao cho hệ thống tỏ ra rất cần thiết trong nhiều trướng hợp Nguyên tắc chung của các biện pháp nâng cao ổn định tĩnh là tăng cường điện dẩn liên kết giữa các nút nguồn, điều chỉnh suất điện động các máy phát, các nguồn công công suất phản kháng để giử điện áp các nút không

bị giảm thấp khi công suất truyền tải tăng cao Khi thiết kế lưới điện, Ngoài những biện pháp như : lựa chọn tiết diện, số mạch đường dây… người ta còn tính đến việc đặt bù dọc, bù ngang, bù tĩnh để nâng cao tính ổn định hệ thống

1.4.2 Điều Khiển Dung Lượng Bù Dọc Và Bù Ngang

Các đường dây dài điện áp siêu cao thường được bù thông số Mục đích chủ yếu của việc bù là nâng cao khả năng tải và san bằng điện áp dọc đường dây Giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh tăng lên do bù dọc, làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện dẫn tổng của đường dây) Một cách gián tiếp giới hạn ổn định động cũng tăng do nâng cao thêm đường cong công suất điện từ Tuy nhiên, ổn định động của hệ thống còn có thể cải thiện được đáng kể nếu đặt thiết bị bù có điều khiển Về cấu tạo, các thiết bị bù dọc và bù ngang có

điều khiển đều dựa trên nguyên lý làm việc của đường dây điện cảm có điều khiển dòng điện bằng thyristor Bằng cách thay đổi góc mở của thyristor có thể điều khiển được biên độ dòng điện tần số cơ bản chạy trong mạch cuộn dây Điện kháng tương đương của mạch X = Um/Im có trị số thay đổi được trong một phạm vi rộng, từ một giá trị Xmm nào đó (thyristor mở hoàn toàn) đến vô cùng (khi thyristor đóng hoàn toàn) Phối hợp với các cuộn dây điện cảm có đóng cắt bằng thyristor (TSR), tụ điện đóng cắt bằng thyristor (TSC) có thể tạo ra các thiết bị bù ngang, bù dọc thay đổi các trị số của mình trong phạm vi tuỳ ý Đặc điểm quan trọng của các thiết bị bù với thyristor là có tác động điều khiển (làm thay đổi điện kháng) gần như tức thời, do đó hiệu quả điều khiển rất cao Kháng bù ngang có điều khiền thường được dùng như nguồn công suất phản kháng điều chỉnh nhanh cho mục đích ổn định điện áp, nâng cao ổn định tĩnh, còn thiết bị bù dọc có điều khiển thường được dùng vào mục đích làm giảm dao động công suất và nâng cao ổn định động

Sau khi cắt đoạn đường dây bị ngắn mạch, nếu không điều khiển dung lượng bù, điện dẩn liên kết hệ thống sẽ biến đổi Như vậy, ta có thể tăng cường điện dẩn đường dây liên kết lên ymax hoặc giảm xuống ymin bằng cách điều khiển tụ bù dọc Dể nhận thấy, thời điểm đóng cắt thay đổi dung lượng bù có ý nghĩa hết sức quan trọng Tác động sai sẽ rất ít hiệu quả thậm chí có thể làm tăng thêm dao động dẩn đến mất ổn định hệ thống Trong trường hợp đang xét tác động điều khiển sẽ có hiệu quả cao nhất nếu ở chu kỳ đầu thực hiện được thời điểm đóng thêm dung lượng bù ứng với δd = δN, thời điểm cắt có δC = δmax Khả năng này không thể thực hiện bởi sai số của các thiết bị đo lường và tác động trể của các thiết bị đóng cắt Tác động điều khiển hai chiều (tăng và giảm được dung lượng bù) có hiệu quả tốt hơn khi chỉ điều khiển theo một chiều tăng hoặc giảm trị số điện dẫn so với y0 Trong hệ thống điện phức tạp việc xác định thời điểm đóng cắt tối ưu dung lượng bù để nâng cao ổn định động là bài toán không dễ tìm lời giải

1.4.3 Điều Khiển Quá Trình Quá Độ Để Đảm Bảo Ổn Định

Khi xét đến các yếu tố và các biện pháp nâng cao tính ổn định, ta cần thiết phải tính đến một bài toán tổng hợp hơn Khai thác hiệu quả tối đa các tác động trong tình huống sự cố để nâng cao tính ổn định trong hệ thống : bài toán điều khiển tối ưu quá trình quá độ Hệ thống tự động chống sự cố ( đang được áp dụng ở nhiều hệ thống điện) thực chất được hình thành xuất phát từ ý tưởng của bài toán trên Tuy nhiên, có thể nói các hệ thống tự động chống sự cố hiện nay còn ở mức thấp so với yêu cầu của bài toán điều khiển tối ưu quá trình quá độ như : hiệu qủa điều khiển chưa cao, thiếu tính thích nghi, độ tin cậy thấp Các lý do chính của các hạn chế là :

- Qúa trình điện từ diển ra qúa nhanh so với khả năng thực hiện tác động điều khiển tối ưu của các trang thiết bị Với diển biến của quá trình quá độ

sau sự cố, nếu muộn sau khoảng 0,1 sec chưa có tác động điều khiển thì sau đó dù tác động thế nào hầu như cũng không còn hiệu qủa Hệ thống bị mất ổn định thường diển ra ngay từ chu kỳ đầu

- Quá trình quá độ trong hệ thống điện nhiều máy diển ra rất phức tạp Với các kích động lớn, cần mô tả quá trình bằng hệ phương trình vi phân phi tuyến cấp cao, xác định lờiø giải tối ưu của bài toán hết sức phức tạp Nói chung không có lời giải để giải quyết một cách hoàn hảo các tác động điều khiển trong hệ thống Lời giải số, nếu nhận được cũng không đủ nhanh để thực hiện trên các bộ tự động điều khiển tối ưu

- Có những hạn chế đối với tác động điều khiển: dạng xung rời rạc (các tác động đóng cắt), dạng hàm dương hữu hạn (điện áp kích từ, độ mở cửa hơi)… phụ thuộc các thông số trạng thái hệ thống, trong đó chỉ một số ít có thể đo lường

Có thể phân chia ra làm hai loại tác động điều khiển Các tác động rời rạc bao gồm : cắt một phần máy phát, cắt một phần phụ tải, cắt đường dây liên kết (các tác động một lần), đóng cắt dung lượng bù, chuyển đổi đầu phân áp trạm, đóng cắt điện trở hãm Các tác động liên tục bao gồm : điều chỉnh động

cơ sơ cấp, điều chỉnh kích từ … Các thông tin đo lường sử dụng được phải là các thông số địa phương : dòng điện điện áp đầu cực máy phát, công suất đầu đường dây… Tác động có thể là tối ưu nhưng không có khả năng thực hiện nếu phụ thuộc quá nhiều vào thông số đo lường, nhận từ các vị trí khác nhau Ngoài ra các bài toán tổng hợp tối ưu tổng hợp các điều khiển còn đặc biệt khó khăn do các tác động lớn Vị trí thời gian tồn tại ngắn mạch, biến động sơ đồ trong quá trình vận hành… Trong khi đó yêu cầu tác động phải có hiệu quả tối ưu trong mọi tình huống Một thiết bị tự động có thể thực hiện rất hiệu quả trong nhiều trường hợp nhưng lại có những tình huống làm tính ổn định xấu đi thì thiết bị đó cũng không được chấp nhận

Các đặc điểm đó cho thấy tính khó khăn và phức tạp trong thực hiện điều khiển tối ưu quá trình quá độ trong hệ thống điện Tuy nhiên, việc nghiên cứu áp dụng các tiêu chuẩn điều khiển tối ưu, tạo ra các phương pháp tối ưu hóa các tác động điều khiển quá trình quá độ có thể đem lại hiệu quả cao, cải thiện tính ổn định hệ thống Đây là một phương hướng có nhiều triển vọng nâng cao chất lượng của hệ thống tự động chống sự cố

Bài toán và tiêu chuẩn điều khiển tối ưu qúa trình qúa độ

Theo lý thuyết toán về điều khiển tối ưu qúa trình (diển biến theo thời gian) của một hệ thống động, bài toán tìm tác động điều khiển tối ưu được mô tả như sau

Cho hệ thống phương trình vi phân quá trình quá độ hệ thống :

F(X,U)

dt

dX = ( 1.34 )

Trong đó :

X = ( x1,x2,…, xn)- véc tơ các biến trạng thái hệ thống

U = ( u1,u2,…, um)- véc tơ các biến hàm điều khiển

Cần xác định các biến hàm điều khiển u1(t) sao cho đạt cực trị hàm mục tiêu :

J(X,U) = ∫T

0

dt)U,X(

G ⇒ min (1.36)

Các hàm ϕi(X) tìm được là cơ sở để tổng hợp cấu trúc thiết bị điều khiển tối ưu Thiết bị sẽ có tính thích ứng cao với mọi tình huống diễn biến hệ thống, bởi nó liên tục kiểm tra và tác động theo các thông tin đo lường về trạng thái của hệ Đối với hệ thống điện việc áp dụng trực tiếp bài toán vừa nêu để tổng hợp cấu trúc điều khiển tối ưu quá trình quá độ đã được quan tâm từ rất sớm Người ta cố gắng mô tả quá trình quá độ điện cơ theo dạng (1.34) trong đó có chứa các hàm chưa biết ui(t) tương ứng với các tác động điều khiển cần tối ưu hóa (tìm dạng hàm đem lại hiệu quả cao nhất) Tiêu chuẩn tối ưu (1.35 ), còn gọi là hàm mục tiêu, được thiết lập trên cơ sở các yêu cầu diển biến của quá trình quá độ Cần chứng minh được là khi hàm mục tiêu đạt cực trị thì ổn định hệ thống được nâng cao, các thông số hệ thống tắt nhanh về chế độ xác lập mới Nếu tác động điều khiển ui(t) nhận được ở dạng giải tích thì đó là trường hợp thuận lợi nhất để tổng hợp (cấu trúc) bộ điều chỉnh Rỏ ràng khi có các bộ tự động điều chỉnh tác động theo qui luật như lời giải của bài toán thì quá trình quá độ sẽ diển ra tối ưu và thích ứng với mọi tình huống của hệ thống Tiếc rằng, cho đến nay những kết quả thu được theo cách đặt bài toán đã nêu vẫn hết sức hạn chế, chủ yếu nhận được cho các trường hợp riêng đối với các hệ thống điện đơn giản (với các lý do như đã nêu ở phần trên)

Do những khó khăn có tính nguyên tắc, để điều khiển quá trình quá độ trong hệ thống điện người ta thường đặt bài toán ở các dạng khác, đơn giản nhưng phù hợp hơn Đương nhiên khi đó về lý thuyết hiệu qủa điều khiển sẽ bị hạn chế Chẳng hạn giả thiết cho trước quy luật điều khiển ở dạng hàm phụ thuộc tham số:

Ui = ϕi(X,∏ ) (1.37)

Với Π = (Π1,Π2,Πn) là tập hợp các thông số cấu trúc của thiết bị điều khiển, cần tối ưu hóa Bài toán trở thành việc trị số của các thông số Π sao cho tiêu chuẩn tối ưu đạt cực trị:

J(X, Π) = ∫ ∫T ∏

0

)dt,X(

G ⇒ min( max ) (1.38)

Trong trường hợp này hiệu quả điều khiển sẽ cao nếu các dạng hàm điều khiển cho trước (1.37) là hợp lý Với các tình huống sự cố khác nhau tác động điều khiển thay đổi tương đối phù hợp và có hiệu qủa Các hàm ϕi thường được lựa chọn trên cơ sở tính toán phân tích nhiều lần quá trình quá độ và kinh nghiệm chuyên gia Cấu tạo và áp dụng các bộ điều chỉnh trong trường hợp này tương đối đơn giản

Hàng loạt những cách đặt bài toán khác cũng đã được đưa ra nhằm tổng hợp cấu trúc cho các bộ điều khiển Hiệu qủa của tác động điều khiển xác định theo những cách đặt bài toán khác nhau sẽ rất khác nhau, kể cả tính thích ứng theo tình huống sự cố hệ thống Nói chung tác động điều khiển khi đó không còn ý nghĩa tối ưu như bài toán ban đầu Chẳng hạn, với cách đặt bài toán vừa nêu, lời giải cho phép chọn được một tập các thông số của cấu trúc bộ điều khiển ứng với trị số hàm mục tiêu cực trị Thế nhưng với bộ điều khiển này quá trình quá độ có thể vẩn mất ổn định và dao động mạnh, hiệu qủa điều khiển kém Đó là vì để quá trình quá độ ổn định cần phải điều khiển theo qui luật khác chứ không phải chỉ chọn trong số các quy luật ϕi(X,Π) đã đưa ra Việc thiết lập các tiêu chuẩn điều khiển tối ưu (hàm mục tiêu) cũng mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng Trước hết, cần nói đến các yêu cầu chung của việc điều khiển quá trình quá độ và các tiêu chuẩn điều khiển Mục tiêu chung của việc thực hiện điều khiển quá trình quá độ là:

- Đảm bảo được quá trình quá độ tiến dần đến ổn định

- Quá trình quá độ tắt dần và giảm nhanh đến chế độ xác lập

- Dao động thông số chế độ hệ thống ( góc lệch điện áp, công suất…) trong phạm vi cho phép đủ hẹp

Với mổi trường hợp cụ thể, có thể còn đòi hỏi đưa vào thêm hàng loạt các chỉ tiêu phụ, như đảm bảo cho trị số công suất các nguồn và phụ tải hệ thống bị cắt

ít nhất, tổn thất do điều khiển ít nhất vv…

Dựa vào các yêu cầu chung kết hợp với các đặc điểm riêng của hệ thống cần đưa ra các biểu thức cụ thể cho tiêu chuẩn điều khiển tối ưu, sao cho thực hiện được các yêu cầu đã nêu Lựa chọn tiêu chuẩn nào để có hiệu quả điều khiển cao và giải được là những nội dung rất phong phú và hấp dẫn trong lĩnh vực điều khiển tối ưu quá trình quá độ Một số tiêu chuẩn thường áp dụng đối với hệ thống điện đơn giản :

= ∫T δ−δ ⇒

0

2 0

2 ( ) dt min

Trong đó ω, ω0, δ, δ0 là trị số của tần số và góc lệch của quá trình quá độ và nâng cao tính ổn định động Đối với hệ thống điện đơn giản người ta chứng minh được là có thể tồn tại các tiêu chuẩn hoàn toàn tương đương nhau về hiệu quả điều khiển Tuy nhiên, lời giải nhận được và các tổng hợp bộ điều chỉnh lại hoàn toàn khác nhau Hơn thế nữa, phương pháp giải bài toán cũng phụ thuộc vào dạng của hàm mục tiêu Có thể nêu thêm ví dụ một vài tiêu chuẩn khác:

- Cực tiểu trị số năng lượng toàn phần hệ thống gây ra do kích động:

min)

cos(cos

EUy)

(Ps

n 1 i

2 0 i

3 ( ) dt min

=∫ ∑ Δω ⇒

=

0 i 1

2 i Ji

n 1 i

2 i i

2 i i

5 (a b )dt min

Trong đó : ai, bi các hệ số gia trọng

Tji hằng số quán tính của máy phát thứ i

Ngoài tiêu chuẩn tích phân (còn gọi là tiêu chuẩn chất lượng) còn phải đưa vào các tiêu chuẩn giới hạn như :

- Có thể xác định nhanh trị số ở mỗi thời điểm của quá trình quá dộ

- Không đòi hỏi công suất thiết bị điều khiển lớn, không gây ra những tổn thất phụ trong quá trình điều khiển

Hình 2.1 Quan hệ điện áp hai nút của hệ thống

Cần chú ý rằng đối với đường dây truyền tải cơ bản, góc δ và độ sụt áp trên đường dây là EL là nhỏ so với điện áp hệ thống Khi đầy tải, độ sụt áp đường dây khỏang 1% đối với 10 Km khỏang cách Nếu khỏang cách là 200 Km, độ sụt áp khỏang 20% khi đầy tải và góc δ là nhỏ Nếu cho rằng độ lớn E1 và E2 là bằng nhau và giá trị X là khỏang 0.2 p.u Thì góc δ thay đổi từ khỏang 0,2 radians hoặc 11,2 độ

Thành phần dòng công suất tích cực tại điểm E1 :

I 1=(E2sinδ)/X (2.1) Và thành phần dòng công suất phản kháng :

I 1=(E1−E2cosδ)/X (2.2) Công suất tích cực tại điểm E1 :

P1=E1.E2sinδ)/X (2.3) Công suất phản kháng tại E1 :

Tương tự :

Thành phần dòng công suất tích cực tại điểm E2 :

I 2 =(E1sinδ)/X (2.5) Và thành phần dòng công suất phản kháng :

I 2 =(E2 −E1cosδ)/X (2.6) Công suất tích cực tại điểm E2 :

P2 =E1.E2sinδ)/X (2.7) Công suất phản kháng tại E2 :

Q2 =E2(E2 −E1cosδ)/X (2.8)

Với giả thiết không có tổn hao trên đường dây, công suất tích cực tại các điểm

E1 và E2 là bằng nhau

Với giả thiết biên độ điện áp là như nhau tại hai vị trí biên, đường biểu diễn quan hệ công suất truyền tải qua đường dây phụ thuộc vào góc δ với các giá trị khác nhau của trở kháng đường dây được vẽ như hình 2.2 Với cùng công suất truyền tải, thay đổi độ lớn trở kháng đường dây sẽ làm thay đổi góc lệch pha δ của hai điện áp biên

Điều khiển công suất truyền có thể thực hiện bằng cách thay đổi biên độ điện áp tại các biên Tuy nhiên, có thể suy ra rằng trong trường hợp này, sự thay đổi công suất tích cực là không đáng kể so với sự thay đổi công suất phản kháng được truyền đi

Cũng có thể điều khiển công suất truyền tải bằng cách thiết lập một điện áp nối tiếp trên đường dây với biên độ và góc pha điều khiển được

Hình 2.2 Quan hệ đặc tính công suất truyền tải theo δ ứng với các giá trị điện kháng đường dây khác nhau

2.1.1 Vấn Đề Bù Shunt

Công suất truyền tải có thể được nâng lên và điện áp dọc đường dây có thể kiễm sóat bằng cách bù song song (bù shunt)

2.1.2 Điều Chỉnh Điện Aùp Tại Trung Điểm Đường Dây Truyền Tải

Xét mô hình truyền tải gồm 2 máy phát đơn giản và một máy bù song song lý tưởng được mắc tại tâm giữa đường dây Giả thiết đường dây có trở kháng nối tiếp, máy bù được thay thế bằng nguồn áp AC dạng sin tần số cơ bản có cùng pha với điện thế đường dây tại điểm giửa đường dây và biên độ bằng với biên độ nguồn phát cũng như tải tiêu thụ ( Vm = Vs = Vr = V ) Máy bù chia thành phần đường dây thành hai phần độc lập, phần nguồn với trở kháng X/2 mang công suất từ nguồn phát đến tâm đường dây và phần tải với trở kháng X/2 mang công suất từ tâm đường dây đến đầu tiêu thụ Quan hệ Vs, Vr và Vm cũng như dòng qua các phần tử đường dây được vẽ như hình Tại điểm tâm đường dây, bộ bù công suất chỉ thực hiện trao đổi công suất phản kháng với đường dây

Giả thiết bỏ qua công suất tổn hao của hệ thống và công suất thực bằng nhau

ở đầu cuối đường dây Có thể suy ra từ đồ thị các quan hệ sau:

4 cosδ

V V

V sm = mr = ( 2.9 )

4 sin

4 δ

X

V I

I sm = mr = ( 2.10 )

Công suất truyền tải :

4

cos 4

cosδ δ

VI I

V I V I V

P= sm sm = mr mr = m sm = ( 2.11 )

Hay

2 sin 2

4 4 sin

Đối với hệ thống một đường dây như trên, tâm đường dây là vị trí tốt nhất để đặt thiết bị bù, điều này cũng phù hợp với kết qủa tính tóan cho đường dây không bù thì tâm đường dây sẽ bị giãm áp lớn nhất ( sag )

Nguyên lý mô tả trên có thể mở rộng bằng cách chia nhỏ đường dây thành nhiều đọan nhỏ với thiết bị đặt tại mỗi cuối đọan Như vậy, theo lý thuyết cứ mỗi lần chia đôi đường dây, công suất truyền tải có thể được nâng lên gấp đôi

v

Qp= 2 − δ

δ/2

và độ sụt áp giãm đi và điện áp trên đường dây có thể đạt tới lý tưởng không đổi

2.1.3 Bù Tại Điểm Cuối Đường Dây Làm Tăng Tính Ổn Định Hệ Thống

Giã sữ hệ thống có trở kháng X Ở cuối đường dây mang điện áp Vr, cung cấp cho tải có trở kháng Z Quan hệ giữa điện áp Vr với công suất tải P cho các trường hợp khác nhau của hệ số công suất tải được vẽ mô tả trên hình 2.4 Đỉnh của mỗi đồ thị tương ứng với mỗi hệ số công suất của tải cho biết giá trị điện áp tới hạn mà ở đó có thể xãy ra khả năng mất ổn định điện áp Tính ổn định điện áp suy giãm với tải cảm và tăng dần với tải dung

Tính ổn định điện áp có thể cải thiện bằng cách thiết lập mạch bù công suất cung cấp cho tải, đồng thời điện áp phụ tải cũng được điều chỉnh

Hình 2.4 đặc tính của bù song song ứng với các trường hợp tải khác nhau Bù shunt được áp dụng trong thực tiễn để điều chỉnh điện áp tại một Bus cho trước để chống sự biến động của tải hoặc tạo một điện áp vững cho tải khi nguồn phát họat động yếu hoặc thiếu điện Nếu một nguồn phát bị cắt do sự cố, hiện tượng quá tải có thể áp đặt lên các nguồn còn lại gây ra sự suy giảm nghiêm trọng, điều này có thể dẫn đến khả năng tan rã lưới điện (ultimate voltage collapse)

2.1.4 Cải Thiện Tính Ổn Định Quá Độ :

Như đã phân tích ở trên, bằng cách bù shunt công suất phản kháng, công suất truyền tải trên đường dây cực đại có thể được nâng lên Vì thế, nếu việc điều khiển bù shunt công suất phản kháng thực hiện nhanh và thích hợp, tính ổn định hệ thống có thể được nâng cao khi đang xãy ra hoặc sau khi có các sự cố quá độ và tạo điều kiện dập tắt các dao động công suất

Người ta thường sử dụng phương pháp khảo sát diện tích đẳng trị để đánh giá hiệu qủa bù shunt đối với việc nâng cao tính ổn định quá độ

2.1.5 Dập Tắt Các Dao Động Công Suất

Đối với hệ thống điện có yếu tố dập tắt các dao động, bất kỳ sự nhiễu lọan nhỏ nào cũng có thể làm góc máy điện bị dao động xung quanh giá trị xác lập với tần số dao động cộng hưởng tự nhiên của tòan bộ hệ thống điện cơ Sự dao động về góc điện dĩ nhiên sẽ kéo theo sự dao động về công suất xung quanh giá trị công suất truyền tải ở xác lập Nếu hệ thống không trang bị bộ phận dập tắt các dao động thì các sự cố lọai nêu trên có thể làm hạn chế khả năng truyền tải công suất

Do dao động năng lượng là một hiện tượng kéo dài, cần thiết phải thay đổi công suất bù shunt và điện áp tâm đường dây để tác động tương ứng với quá trình tăng và giãm swings của máy phát Điều này có nghĩa là khi máy phát dao động tăng tốc và góc δ tăng ( dδ/dt > 0 ) thì công suất truyền tải điện phải được tăng lên để bù công suất cơ học bị dôi ra Ngược lại, khi máy phát giãm tốc và góc δ giãm ( dδ/dt < 0 ), công suất điện phải giãm để cân bằng với sự thiếu hụt của công suất cơ (công suất cơ học ở đầu vào giả thiết không thay đổi trong một chu trình dao động)

Các yêu cầu về công suất phản kháng trong quá trình dao động công suất của máy phát được thể hiện bằng các đồ thị được minh họa trên hình vẽ Đồ thị trên cùng biểu diễn quá trình dao động của góc δ xung quanh giá trị xác lập δ0

và tương ứng là quá trình thay đổi công suất điện P dao động xung quanh giá trị xác lập P0 Từ đồ thị có thể thấy được sự cố thay đổi công suất điện ngay từ đầu quá trình Phía dưới minh họa đồ thị quá trình công suất bù của thiết bị bù song song Công suất bù dương – tính dung, làm tăng điện thế tại tâm đường dây và

do đó công suất truyền của hệ thống tăng lên khi dδ/dt > 0 và giãm xuống khi dδ/dt < 0 Phương pháp điều khiển dập tắt dao động trên được xem là rất hiệu quả khi biên độ dao động công suất là lớn Tuy nhiên, khi biên độ dao động công suất nhỏ, phương pháp điều khiển liên tục công suất phản kháng theo sự thay đổi của góc δ được ưa chuộng hơn

2.1.6 Các Yêu Cầu Của Hệ Thống Bù Công Suất

Để đạt được mục đích tăng công suất truyền tải, cải thiện điện áp và tính ổn định khi có sự cố và dập tắt các dao động công suất, thiết bị bù shunt công suất phản kháng cần đáp ứng các yêu cầu sau :

a Thiết bị bù phải họat động đồng bộ với hệ thống lưới AC tại điểm bù trong mọi điều kiện họat động kể cả sự cố chính Trong trường hợp điện thế đường dây bị mất trong trạng thái sự cố, thiết bị bù phải có khả năng khôi phục tính đồng bộ của nó ngay sau khi sự cố bị khử

b Thiết bị bù phải có khả năng điều chỉnh điện áp đường dây trong giới hạn cho phép và đãm bảo ỗn định điện áp quá độ hoặc điều khiển dập tắt các dao động công suất

c Đối với đường dây mắc giữa hai hệ thống, vị trí bù tốt nhất nằm giữa hai đường dây, còn trong trường hợp điện phân phối cho tải thì vị trí cuối đường dây, tại điểm công nghiệp cấp điện cho tải là thích hợp cho việc đặt thiết bị bù

Máy bù công suất thay đổi trở kháng

Các bộ bù công suất phản kháng cho hệ thống truyền tải công suất điện có thể phân biệt thành hai nhóm Nhóm thứ nhất (hình 2.5) gồm các bộ biến đổi dùng SVC, TCSC, TCVR và TCPAR, có đặc tính tương tự như hệ thống bù sử dụng công tắc cơ khí, máy biến áp, cuộn kháng nhưng chúng cho đáp ứng nhanh hơn và mạch điều khiển phức tạp hơn Nhóm thứ 2 gồm các bộ biến đổi với linh kiện có khả năng điều khiển đóng ngắt được, có cấu trúc của bộ nghịch lưu áp Nhóm này bao gồm STACOM, SSSC và SSVR và SSAR, có đặc tính tương tự như một máy điện đồng bộ, có khả năng cung cấp các dạng đặc tính điều khiển khác nhau với đáp ứng nhanh, hoạt động không phụ thuộc vào điện áp (shunt) và dòng điện ( series ) của hệ thống

Hình 2.5 nguyên lý điều khiển của các thiết bị FACT dùng thyristor Nếu phân biệt theo khả năng cung cấp công suất phản kháng và trao đổi công suất thực thì trong nhóm thứ nhất SVC và TCSC có khả năng cung cấp công suất phản kháng, tuy nhiên lại không có khả năng trao đổi công suất thực với hệ thống điện Các bộ TCVR và TCPAR có khả năng trao đổi công suất thực và công suất phản kháng, tuy nhiên chúng không thể tạo nên công suất phản kháng hoặc thực hiện bù công suất cho lưới điện

Nhóm thứ 2 hình 2.6 với khả năng trao đổi công suất thực, và tạo công suất phản kháng Tuy nhiên, công suất thực được trao đổi do chúng cung cấp hoặc bị chúng hấp thụ phải lấy tự hệ thống điện AC hoặc nguồn dự trữ năng lượng DC SSSC và STATCOM có khả năng tự phát ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng

trong mạch bù nối tiếp hoặc bù shunt Có thể thấy rằng nó có thể thực hiện trao đổi công suất thực và bù công suất phản kháng, phải thực hiện đồng thời biên độ và pha của điện áp đặt vào Điều này có thể thực hiện được nhờ hệ thống hai bộ biến đổi dạng nghịch lưu áp dùng chung tụ DC đấu đối lưng lại với nhau Phần mạch mắc nối tiếp thực hiện trao đổi công suất phản kháng theo dòng điện và điện áp đã áp đặt điện áp nối tiếp Từ tụ DC, phần mạch mắc shunt nhận công suất thực hoặc trả nó về hệ thống điện AC Như vậy, với cấu trúc hai bộ nghịch lưu áp đấu chung tụ kiểu lưng tựa lưng, thiết bị có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng thông qua điện áp nối tiếp áp đặt trên đường dây và trao đổi công suất thực nhờ mạch bù shunt

Cấu trúc mạch tạo nên một thiết bị điều khiển công suất trong 4 phần tư mặt phẳng P,Q với khả năng tự điều khiển phát ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng không phụ thuộc điều kiện điện áp và dòng điện hoạt động Trong hệ thống truyền tải, thiết bị có tên là UPFC Nếu cấu trúc lưng tựa lưng trên được thực hiện để liên kết hai đường dây truyền tải, thiết bị sẽ có tên là IPFC Một cấu trúc khác cũng dạng lưng tựa lưng, sử dụng hai bộ nghịch lưu áp đấu shunt vào hai hệ thống điện khác nhau, được gọi là back-to-back STATCOM

năng điều khiển tức thời các tham số được chọn lựa hoặc tất cả các tham số của hệ thống ảnh hưởng đến quá trình truyền công suất trên đường dây (bao gồm điện áp, trở kháng và góc pha và điều khiển luồng công suất truyền tải trên đường dây) Chính vì UPFC đảm nhận nhiều chức năng như vậy nên được gọi là “hợp nhất”(Unified)

2.2.2 Nguyên Lý Hoạt Động Của UPFC:

Thiết bị UPFC là một dạng nguồn đồng bộ, tạo nên điện áp tần số cơ bản lưới nguồn V với biên độ điều chỉnh được trong phạm vi →pq

0 ≤ Vpq ≤ Vpqmax, và góc pha trong phạm vi 0 ≤ ρ ≤ 2π, áp đặt nối tiếp lên đường dây

Thiết bị UPFC có cấu tạo gồm hai bộ biến đổi công suất dạng nghịch lưu áp, mắc theo kiểu lưng tựa lưng liên kết với tụ DC dự trữ công suất Công suất thực có thể trao đổi theo cả hai chiều tại điểm đấu vào mạng điện AC của mỗi bộ biến đổi và mỗi bộ biến đổi công suất có khả năng cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng Bộ nghịch lưu thứ hai (mắc nối tiếp trên đường dây) thực hiện chức năng chính của UPFC là đặt vào nối tiếp với đường dây một điện áp Vpq

có biên độ và pha điều chỉnh được Điện áp nêu trên và dòng điện qua nó thực hiện quá trình trao đổi công suất thực và công suất phản kháng đối với hệ thống điện AC Bộ nghịch lưu thứ nhất hỗ trợ hoạt động của bộ nghịch lưu thứ hai bằng cách thực hiện đưa vào mạch DC lượng công suất thực yêu cầu, cần cho quá trình thiết lập điện áp nối tiếp trên đường dây của bộ nghịch lưu thứ hai Ngoài chức năng trên, bộ nghịch lưu thứ nhất cũng có thể thực hiện việc trao đổi công suất phản kháng với hệ thống điện AC ( bù shunt ) một cách độc lập với chức năng thứ nhất Khác với quá trình truyền dòng công suất thực, phải thực hiện qua mạch DC, việc trao đổi dòng công suất phản kháng thực hiện một

) 0 , sin (

V P X

V V

Hình 2.7 nguyên lý điều khiển cơ bản của UPFC

cách độc lập riêng lẻ cho từng mạch nghịch lưu 1 và 2 hay nói cách khác, không có dòng công suẫt phản kháng đi qua mạch DC

Thiết bị UPFC có thể thỏa mãn yêu cầu đặt ra cho thiết bị như bù công suất phản kháng shunt , nối tiếp và điều chỉnh pha bằng cách áp đặt điện áp Vpq tại đầu phát có điện áp Vs

Điện áp Vpq thiết lập bởi UPFC có thể phân tích thành các thành phần như sau :

V→pq =Δ V→ +V→q +V→σ ( 2.14 )

Trong đó Δ V→ cùng pha với điện áp tại điểm lắp đặt, V→q vuông góc với dòng điện đường dây và điện áp V→σ kết hợp với điện áp nguồn Vs tạo nên sự dịch pha của nó một góc σ mà không có sự thay đổi về độ lớn Như vậy có thể xem tác dụng của UPFC tương đương sự tác động đồng thời của thiết

bị TCVR, SSSC, TCPAR lý tưởng

Công suất truyền tải P và công suất phản kháng cung cấp từ cuối đường dây –jQr có thể biểu diễn bởi hệ thức :

V 2

δ j s

V→ = = + (2.18 )

2sin.j2(cosVe

j r

V→ = − δ = δ− δ (2.19 )

2sin.j)ρ2{cos(

Ve

V (j2 δ ) pq

pq pq

X

V)(P)(P,

P δρ = 0 δ + pq ρ = 2 δ− pq δ+ρ ( 2.21 )

Hình 2.8 đồ thị biểu diễn giá trị công suất thực và công suất phản kháng trên

đường dây truyền tải theo giá trị δ của điều khiển UPFC

V)(Q)(Q,

Qr δρ = 0r δ + pq ρ = 2 − − pq δ+ρ ( 2.22 )

δπ

π/2 δ

ππ/2

Với P0 , Q0 là công suất thực và công suất phản kháng tương ứng góc δ cho trước khi được bù ( 0 ≤ δ ≤ π ) Do góc ρ có thể điều chỉnh trong phạm vi (0, 2π ), nên các đại lượng Ppq và Qpq có thể được điều chỉnh thay đổi trong phạm vi –V.Vpq/X và V.Vpq/X Từ đó :

X

VVP

PX

QX

Với khả năng lớn, UPFC trở thành thiết bị điều chỉnh dòng công suất tổng quát cho phép điều khiển độc lập công suất thực và công suất phản kháng của đường dây truyền tải Với khái niệm trên, các quan niệm cũ về bù nối tiếp, hoặc bù dịch pha sẽ không còn nữa UPFC điều khiển một cách đơn giản điện áp áp nối tiếp trên đường dây bằng các thay đổi biên độ hoặc góc pha của nó, qua đó thay công suất thực và công suất truyền tải, tạo điều kiện thỏa mãn các điều kiện hoạt động của hệ thống

2.2.2.1 Điều khiển độc lập công suất thực và công suất phản kháng

Trường hợp không bù :

Ứng với giá trị cho trước của góc truyền tải, công suất P và Qr tiếp nhận ở nút nhận năng lượng cho bởi hệ thức:

δ = sinδ

X

V)(

P0 2 ( 2.25 )

(1 cos )

X

V)(

Q0r δ = 2 − δ ( 2.26 )

Nếu biểu diễn P theo q0r, với giả thiết V2/X = 1 ta có :

Đồ thị biểu diển quan hệ P, Qr được vẽ trên hình 2.8

Q ( ) 1 1 P2( )

0 r

0 δ = − − − δ ( 2.27 )

Hoặc : [Q ( ) 1] [P( )]2 1

0

2 r

0

2 r 0

V.V)]

(P),(P[)]

(Q),(

−ρδ+δ

−ρ

Như vậy phạm vi điều khiển công suất P, Qr ứng với một giá trị cho trước của góc truyền tải δ sẽ nằm trên đường tròn với tâm cho bởi công suất lúc chưa bù

P0, Q0r và bán kính xác định bởi hệ thức : V.Vpqmax/X

Đồ thị biểu diễn quan hệ công suất P, Qr được điều khiển bởi UPFC tương ứng với 4 trường hợp của góc truyền tải δ = 00, 300, 600, 900 Giã sử biên độ điện áp Vpq không thay đổi, khi góc pha của điện áp Vpq thay đổi trong phạm vi ( 00, 3600 ) thì công suất truyền tải trong mặt phẳng ( P, Q ) di chuyển theo một qũi đạo đường tròn với tâm của nó bằng giá trị công suất P0, Q0r trước khi được bù và bán kính đường tròn cho bởi độ lớn điện áp Vpq đặt vào Tập hợp các điểm nằm trong đường tròn biểu diễn phạm vi mà công suất truyền tải P, Q có thể đạt được bằng cách điều khiển điện áp Vpq của UPFC Tâm của đường tròn nằm trên đường cong quan hệ P, Q khi không có tác dụng của mạch UPFC

Mổi vị trí trên đường cong này tương ứng với một giá trị của góc truyền tải

Hình 2.9 biểu diễn đồ thị phát công suất thực P0 và nhận công suất phản

kháng Q0 theo góc truyền tải δ

Ví dụ cho trường hợp δ = 00 với sự hỗ trợ của UPFC, công suất truyền tải có thể điều chỉnh trong phạm vi – 0,5 p.u đến + 0,5 p.u mà không có đòi hỏi gì về việc cung cấp công suất phản kháng, hay nói cách khác, điều khiển công suất truyền tải P thực hiện một cách độc lập với yêu cầu cung cấp công suất phản kháng Qr

Tương tự, khả năng điều khiển độc lập công suất thực và công suất phản kháng cho các trường hợp góc δ là 300, 600, 900

Khả năng điều khiển độc lập công suất thực và công suất phản kháng độc lập với nhau là một ưu điểm vượt trội của UPFC là cho nó trở thành công cụ rất mạnh trong việc điều khiển dòng công suất trên hệ thống truyền tải điện

2.2.2.2 Cấu trúc điều khiển UPFC :

Ưu điểm nổi bật của UPFC là nó có thể áp đặt một điện áp bù nối tiếp trên đường dây truyền tải với biên độ và pha điều khiển nhanh chóng và liên tục Giới hạn của khả năng bù UPFC cho bởi giới hạn của định mức các thiết bị sử dụng

Hình 2.10 Cấu trúc điều khiển UPFC

Nguyên lý điều khiển UPFC dựa vào cơ sở vecto không gian, trong đó các đại lượng tức thời của điện áp, dòng điện đối xứng 3 pha được biểu diễn bằng một đại lượng vector Đại lượng vector biến thiên theo thời gian theo một qũi đạo xác định Đối với 3 pha dạng sin, qũi đạo trên vạch một đường tròn Thông thường để khảo sát quá trình điều khiển công suất, các đại lượng vector được mô tả trong hệ toạ độ vuông góc pq, trong đó trục p luôn luôn di chuyển để đồng trục với vector điện áp tức thời V→ và trục q vuông góc với nó Trong hệ toạ độ thiết lập như vậy thành phần dòng điện ip theo trục p tác dụng lên công suất thực của hệ thống và thành phần vuông góc iq tác dụng lên độ lớn của công suất phản kháng Ở chế độ xác lập và cân bằng, các thành phần vector theo trục

pq vừa mô tả là những đại lượng không thay đổi Phương pháp biểu diễn đại lượng vector được sử dụng một cách thích hợp điều khiển công suất UPFC theo hai thành dòng điện của toạ độ pq

Khối điều khiển bên trong của UPFC có nhiệm vụ tạo nên vector điện áp đặt nối tiếp đường dây, đồng thời thiết lập công suất phản kháng bù theo yêu cầu Các đại lượng yêu cầu của khối điều khiển bên trong bao gồm ipref, iqref và

Vpqref Xem sơ đồ trên hình 2.10 Bộ nghịch lưu áp nối tiếp được mắc nối tiếp trên đường dây, được điều khiển trực tiếp và độc lập theo yêu cầu của vector điện áp Vpqref Ngược lại, bộ nghịch lưu mắc song song shunt, được điều khiển theo cấu trúc điều khiển dòng điện vòng kín, trong đó các thành phần dòng điện công suất thực và thành phần dòng điện tạo công suất phản kháng được điều khiển độc lập với nhau Công suất phản kháng mạch mắc shunt (thành phần dòng điện tạo công suất phản kháng) được điều khiển từ tín hiệu điều khiển trực tiếp, còn công suất thực mắc mạch shunt (thành phần dòng điện công suất thực) được điều khiển bởi một mạch hiệu chỉnh nhằm duy trì điện áp trên tụ liên kết dc Như vậy, mạch điều khiển vòng kín của bộ nghịch lưu mắc shunt nêu trên có tác dụng đảm bảo sự cân bằng công suất thực của hai bộ nghịch lưu và công suất phản kháng không có trao đổi qua mạch dc

2.2.2.3 Điều khiển chức năng bộ nghịch lưu shunt :

Bộ nghịch lưu mắc shunt được điều khiển để kéo dòng điện ish sao cho một thành phần của nó ishp sẽ cân bằng với công suất thực của bộ nghịch lưu nối tiếp Thành phần dòng điện còn lại ishq được thiết lập cho việc bù công suất phản kháng theo điều kiện cụ thể Việc bù công suất phản kháng của bộ nghịch lưu shunt hoạt động tương tự thiết bị STATCOM

2.2.2.4 Chế độ điều chỉnh công suất phản kháng :

Tín hiệu yêu cầu là công suất phản kháng (hoặc dung cảm) Bộ điều khiển nghịch lưu shunt sẽ tạo ra tín hiệu dòng điện yêu cầu tương ứng và điều khiển quá trình phát xung kích để đạt được dòng điện nêu trên Mạch điều khiển sử dụng các tín hiệu phản hồi đó từ dòng điện qua các pha bộ nghịch lưu để điều khiển nó theo dòng yêu cầu Tín hiệu đo từ điện áp dc có thể sử dụng để điều chỉnh duy trì điện áp cần thiết trên tụ dc

Chế độ điều chỉnh điện áp tự động thường được sử dụng Thành phần dòng điện tạo công suất phản kháng được điều chỉnh để duy trì điện áp tại một điểm xác định trên đường dây truyền tải trong phạm vi sai biệt cho phép Mạch điều khiển đòi hỏi đo điện áp trực tiếp trên đường dây và từ đó xác định biên độ dương của điện áp

2.2.2.5 Điều khiển chức năng của bộ nghịch lưu nối tiếp :

Bộ nghịch lưu nối tiếp có chức năng điều khiển biên độ và pha của vector điện áp Vpq đặt nối tiếp trên đường dây Điện áp nối tiếp này có tác dụng trên

đường dây truyền tải Vector điện áp Vpq phụ thuộc vào các chế độ vector điều khiển thiết lập bởi UPFC

2.2.2.6 Chế độ thiết lập điện áp trực tiếp

Bộ nghịch lưu nối tiếp tạo nên điện áp với biên độ và pha theo yêu cầu Phương pháp này thuận lợi khi hoạt động của UPFC và các thiết bị FACT được kết nối trong chế độ tối ưu của hệ thống truyền tải Điện áp Vpq có thể thiết lập cùng pha với điện áp đường dây nhằm điều chỉnh biên độ điện áp đường dây hoặc vuông góc với áp đường dây để tạo sự dịch pha hoặc điều khiển vector điện áp vuông góc với dòng điện để thực hiện bù công suất

2.2.2.7 Chế độ điều khiển và điều chỉnh điện áp đường dây

Vector điện áp Vpq được điều khiển cùng pha với điện áp nút V1 và điều khiển độ lớn của nó để đạt được điện áp nút ra V2 theo yêu cầu

2.2.2.8 Chế độ điều khiển bù trở kháng đường dây:

Vector điện áp Vpq được điều khiển để nó thiết lập dòng điện thiết lập với dòng điện đi qua một trở kháng nối tiếp theo yêu cầu Trường hợp đặc biệt xảy ra khi vector điện áp vuông góc với vector dòng điện

2.2.2.9 Chế độ điều khiển góc pha :

Điện áp nối tiếp Vpq được điều khiển so với điện áp V1 sao cho điện áp tạo thành tại nút ra V2 bị dịch pha so với áp V1 và duy trì điện áp không đổi

2.2.2.10 Chế độ điều khiển tự động dòng công suất :

Biên độ và góc pha của vector điện áp Vpq được điều khiển để nó kết hợp với dòng điện đường dây điều khiển công suất P,Q truyền tải Trong chế độ điều khiển tự động, quá trình điều khiển P,Q được thực hiện trong các mạch vòng kín để đảm bảo duy trì công suất truyền tải P,Q khi có sự thay đổi của hệ thống

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH TRUYỀN CÔNG SUẤT VÀ MÔ HÌNH ĐIỀU

KHIỂN CHO UPFC

3.1 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN UPFC ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỖN ĐỊNH HỆ THỐNG

Thiết bị điều khiển UPFC thực chất được xây dựng trên cơ sở hai bộ STACOM và SSSC Chúng dựa trên cơ sở phương trình cân bằng công suất

Phương trình trên cân bằng giữa công suất ac Pac và công suất một chiều Pdc

ở tần số vận hành bình thường, có tính đến công suất tiêu hao do thành phần

Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển PWM của bộ STACOM