Khảo sát ổn định điện áp và nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định điện áp

Hiện tại có nhiều phương pháp phân tích đánh giá ổn định điện áp khác nhau như phương pháp phân tích động kết hợp với phân tích phân bố công suất và mô phỏng trong miền thời gian, phương

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-o0o -

PHAN VĂN CƯỜNG

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

CHUYÊN NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH: 2.06.07

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ HỒ VĂN HIẾN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………tháng………năm………

ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tp HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: PHAN VĂN CƯỜNG Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 15 – 04 – 1974 Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN

I TÊN ĐỀ TÀI: “KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP”

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI VÀ DUNG:

1 Khảo sát ổn định điện áp

2 Nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định điện áp

3 Xây dựng chương trình đánh giá ổn định điện áp cho một hệ thống điện

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10 – 02 – 2003

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10 – 07 – 2003

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ HỒ VĂN HIẾN

VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1:………

VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2:.………

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông

qua

Ngày……tháng……năm……

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đối với Tiến

sĩ Hồ Văn Hiến, người thầy đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá

trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong bô môn Hệ Thống Điện đã nhiệt tình giảng dạy em trong suốt khóa học vừa qua

Xin chânh thành cảm ơn Ban Giám Hiệu – Trường Trung Học Điện II đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này

Xin cảm ơn các thầy, bạn bè, đồng nghiệp trong Khoa Lưới Điện – Trường Trung Học Điện II đã tạo điều kiện cũng như chia sẻ công việc cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

MỤC LỤC

-o0o -

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1

I Đặt vấn đề 1

II Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 2

III Phạm vi nghiên cứu 2

IV Giá trị thực tiễn của đề tài 2

V Nội dung luận văn 2

PHẦN II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 5

Chương I CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 6

I ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI 6

1 Đặc tính của hệ thống truyền tải 6

2 Tiêu chuẩn ổn định điện áp 12

II ĐẶC TÍNH CỦA NGUỒN PHÁT 18

III ĐẶC TÍNH CỦA TẢI 20

IV ĐẶC TÍNH CỦA CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 21

1 Tụ bù ngang 21

2 Thiết bị bù ngang có điều khiển 21

3 Tụ bù dọc 22

4 Ví dụ 22

Chương II HIỆN TƯỢNG SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP 25

I CÁC YẾU TỐ DẪN ĐẾN SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP 25

II CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA HIỆN TƯỢNG SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP 26

III PHÂN LOẠI ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 27

Chương III PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 29

I PHÂN TÍCH ĐỘNG 30

II PHÂN TÍCH TĨNH 30

1 Phương pháp phân tích độ nhạy V-Q 30

2 Phương pháp phân tích modal 40

III KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO MẠNG 30 NÚT IEEE 51

PHẦN III ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MODAL KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO MẠNG TRUYỀN TẢI 220 kV HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 63

I THÔNG SỐ MẠNG TRUYỀN TẢI 220 kV HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 64

II ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP MẠNG TRUYỀN TẢI 220 kV HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 68

1 Đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống lúc tải đỉnh 68

2 Khảo sát ổn định điện áp của lưới 220 kV khi công suất phụ tải thay đổi 69

III MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 73

1 Lắp đặt thêm tụ bù dung lượng 50MVAr tại Bạc Liêu 2 73

2 Lắp đặt thêm một đường dây song song với đường dây Rạch Giá – Bạc Liêu 2 hiện hữu 74

3 Lắp đạt máy bù đồng bộ công suất định mức 50MVAr tại Bạc Liêu 2 74

PHẦN IV KẾT LUẬN LUẬN VĂN 76

PHẦN V PHỤ LỤC VÀ CHƯƠNG TRÌNH MATLAB 79

PHỤ LỤC A MINH HỌA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MODAL TÍNH CHO MẠNG 4 NÚT 80

PHỤ LỤC B CÁC CHƯƠNG TRÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG 82

1 Chương trình vẽ các đường cong I, Vr/Es, Pr/Prmax, Qr/Prmax 82

2 Chương trình vẽ đường cong P-V với các hệ số công suất khác nhau 82

3 Chương trình vẽ các đường cong Q-V với các giá trị P khác nhau 82

4 Chương trình vẽ đường cong Pr-V, Qr-V 84

5 Chương trình vẽ đường cong QS–V, QL–V 84

6 Chương trình vẽ đặc tính P-V của nguồn phát 84

7 Chương trình vẽ đặc tính Q-V của hệ thống và tụ bù (mạng 2 nút) 86

PHỤ LỤC C CÁC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO MẠNG 30 NÚT IEEE 92

I CÁC CHƯƠNG TRÌNH TẠO ĐƯỜNG CONG P-V, Q-V 92

1 Chương trình tạo đường cong P-V ở nút 26 92

2 Chương trình tạo đường cong Q-V ở nút phụ tải 92

3 Chương trình tạo đường cong Q-V ở nút 26 với 3 mức tải khác nhau 93

II CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MODAL 94

III CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘ NHẠY V-Q 103

PHỤ LỤC D KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO MẠNG 30 NÚT IEEE 105

1 Kết quả tính toán ở mức tải bình thường 105

2 Kết quả tính toán khi tăng tải ở nút 26 đến giá trị P26=24.5 MW, Q26=16.1 MVAr 108

3 Kết quả tính toán khi tải nút 26 ở mức P26=27.25 MW, Q26=17.91 MVAr 110

4 Kết quả tính toán khi tải nút 26 ở mức P26=27.3 MW, Q26=17.94 MVAR 113

PHỤ LỤC E CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI 220 KV HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 117

PHỤ LỤC F KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI 220 KV HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 121

1 Kết quả tính toán mức tải đỉnh 121

2 Kết quả tính toán khi tải nút 19 ở mức P19=193.36MW, Q26=76.42MVAR 123

3 Kết quả tính toán khi lắp đặt tụ bù 50 MVAR tại nút 19 125

4 Kết quả tính toán khi lắp thêm đường dây song song 127

5 Kết quả tính toán khi lắp thêm máy bù công suất định mức 50MVAR tại nút 19 129

TÀI LIỆU THAM KHẢO 132

Phần I Mở đầu

PHẦN I

MỞ ĐẦU

Phần I Mở đầu

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Vấn đề điều khiển và ổn định điện áp không phải là một vấn đề mới mẻ đối với các công ty điện lực nhưng hiện này nó được đặc biệt quan tâm nghiên cứu trong nhiều hệ thống điện Đối với các hệ thống yếu và đường dây dài, vấn đề điện áp cũng được quan tâm hàng đầu khi phát triển hệ thống điện để giải quyết bài toán quá tải Trong những năm gần đây, mất ổn định điện áp là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng sụp đổ điện áp, một số ví dụ như [2]:

• Sư cố hệ thống điện New York ngày 28 tháng 10 năm 1970

• Sự cố hệ thống điện Florida ngày 28 tháng 11 năm 1982

• Sự cố hệ thống điện ở Pháp ngày 19 tháng 11 năm 1978 và ngày 12 tháng 1 năm 1987

• Sự cố hệ thống điện ở Bắc Bồ Đào Nha ngày 4 tháng 8 năm 1982

• Sự cố hệ thống điện ở Thụy Điển ngày 27 tháng 11 năm 1983

• Sự cố hệ thống điện ở Nhật ngày 23 tháng 6 năm 1987

Do đó việc phân tích, khảo sát ổn định điện áp để đánh giá, xác định giới hạn ổn định điện áp từ đó có thể đưa ra các giải pháp giúp nâng cao ổn định điện áp cũng như ngăn ngừa sụp đổ điện áp trong hệ thống điện trở thành một vấn đề đáng quan tâm Hiện tại có nhiều phương pháp phân tích đánh giá ổn định điện áp khác nhau như phương pháp phân tích động kết hợp với phân tích phân bố công suất và mô phỏng trong miền thời gian, phương pháp phân tích độ nhạy Q–V, phương pháp phân tích modal v.v…

Ở nước ta trong điều kiện kinh tế đang trên đà phát triển, phụ tải điện đang gia tăng từng ngày và nguồn phát điện còn hạn chế thì việc đánh giá ổn định điện áp là công việc cần thiết và không thể thiếu đối với Công ty điện lực Bởi vì nó giúp cho Công ty điện lực đánh giá được mức độ an toàn đối với ổn định điện áp cũng như mức độ dự trữ công suất hữu công và vô công của nguồn phát ở thời điểm hiện tại, từ đó đưa ra những giải pháp ngắn hạn cũng như chiến lượt lâu dài để phát triển nguồn điện nhằm đáp ứng cho nhu cầu phụ tải Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện tại hầu như chưa có nghiên cứu về các phương pháp đánh giá ổn định điện áp cũng như việc áp dụng nó để xây dựng các chương trình đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống điện thực tế Luận văn với đề tài “KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP” tác giả nghiên cứu các

Phần I Mở đầu

phương pháp đã được các tác giả trên thế giới đề nghị để khảo sát, đánh giá ổn định điện áp cho một hệ thống điện, từ đó lựa chọn phương pháp thích hợp để xây dựng chương trình đánh giá ổn định điện áp cho mạng truyền tải 220kV hệ thống điện miền Nam.

II MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN

1 Các mục tiêu

• Khảo sát ổn định điện áp

• Nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định điện áp

• Xây dựng chương trình đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống điện

2 Các nhiệm vụ cụ thể

• Khảo sát ổn định điện áp

• Nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định điện áp: phương pháp phân tích độ nhạy, phương pháp khảo sát đường cong Q-V, phương pháp phân tích modal

• Lập trình bằng ngôn ngữ Matlab

• Khảo sát ổn định điện áp cho mạng điện chuẩn 30 nút IEEE

• Áp dụng đánh giá ổn định điện áp cho mạng truyền tải 220kV hệ thống điện miền Nam

III PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài được nghiên cứu áp dụng để đánh giá ổn định điện áp cho mạng truyền tải 220kV hệ thống điện miền Nam Tuy nhiên đề tài có thể mở rộng áp dụng đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống điện bất kỳ

IV GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài có thể áp dụng để khảo sát, đánh giá ổn định điện áp cho một hệ thống điện thực tế

V NỘI DUNG LUẬN VĂN

Luận văn dự kiến gồm 5 phần có cấu trúc như sau:

Phần I Mở đầu

PHẦN I: MỞ ĐẦU

PHẦN II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Chương I CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

I Đặc tính của hệ thống truyền tải

II Đặc tính của nguồn phát

III Đặc tính của tải

IV Đặc tính của các thiết bị bù công suất phản kháng

Chương II HIỆN TƯỢNG SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP

I Các yếu tố dẫn đến sụp đổ điện áp

II Các đặc điểm chung của hiện tượng sụp đổ điện áp

III Phân loại ổn định điện áp

Chương III PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

I Phân tích động

II Phân tích tĩnh

3 Phân tích độ nhạy V-Q

4 Phân tích modal III Khảo sát ổn định điện áp cho mạng 30 nút IEEE

PHẦN III ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MODAL KHẢO SÁT,

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO MẠNG TRUYỀN TẢI 220 kV HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM

IV Thông số mạng truyền tải 220 kV hệ thống điện miền nam

V Đánh giá ổn định điện áp mạng truyền tải 220 kV hệ thống điện

miền Nam

VI Một số giải pháp nâng cao ổn định điện áp

PHẦN IV KẾT LUẬN LUẬN VĂN

PHẦN V PHỤ LỤC VÀ CHƯƠNG TRÌNH MATLAB

Phần II

PHẦN II

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Phần II Chương I

CHƯƠNG I

CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Ổn định điện áp là khả năng của hệ thống điện giữ được điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong giới hạn cho phép trong các điều kiện vận hành bình thường cũng như khi có nhiễu xảy ra Ta nói hệ thống điện rơi vào trạng thái mất ổn định điện áp nếu như khi có nhiễu xảy ra, sự gia tăng phụ tải, hoặc khi có sự thay đổi về điều kiện vận hành hệ thống gây ra sự giảm nhanh và mất khả năng điều khiển điện áp Nguyên nhân chính gây ra mất ổn định điện áp là do hệ thống không thể đáp ứng được nhu cầu công suất phản kháng của tải [2]

Trong chương này tác giả trình bày một số khái niệm liên quan đến vấn đề ổn định điện áp

I ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI

1 Đặc tính của hệ thống truyền tải

Đặc tính cần quan tâm là quan hệ giữa công suất truyền tải được (PR điện áp đầu nhận (VR) và công suất phản kháng bơm vào nút (Qi)-điện áp nút (VR)

)-a Đường cong P-V

Chúng ta xét một sơ đồ đơn giản như hình 1, gồm một nguồn có điện áp hằng ES cung cấp cho phụ tải ZLD qua một tổng trở nối tiếp ZLN (ZLN có thể bao gồm tổng trở của nguồn, đường dây truyền tải và cả máy biến áp)

Phần II Chương I

Dòng điện I :

LD LN

S

Z Z

Z

Z 2 Z

Z 1

F

LN

LD LN

LD 2

Biên độ điệp áp đầu nhận là:

S LN

LD LD

Z F I Z

Z

E F

Z cos I V

P

LN

S LD R

Z

E F

Z sin I V

LN

S LD R

R

2

(4) Khi ZLD=ZLN giá trị công suất tới hạn:

( ) [ + θ − φ ] φ

Z

E cos

1 2

1 P

LN

S max

R

R

Z

Z F

cos 1

2 P

− θ +

− θ +

Z

Z F

cos 1

2 P

Q

LD

LN max

R R

−1

Z

Z F

1 E

Z ) Đồ thị của I, VR, PR và QR được cho ở hình 2 khi cho tải tăng dần (tức

ZLD giảm dần), với tanθ=10.0 (θ=84.30) và cosφ=0.95 (φ=18.190) trễ pha (xem chương trình ở phụ lục B.1)

Hình 2 Điện áp V R , dòng điện I và công suất P R , Q R ứng với φ=18.2 0 , θ=84.3 0

Từ hình 2 chúng ta có nhận xét, khi nhu cầu của phụ tải tăng lên (tức tổng trở tải

ZLD giảm xuống), lúc đầu công suất PR tăng nhanh và sau đó tăng chậm dần đến khi đạt giá trị cực đại, sau đó giảm xuống Như vậy, với một nguồn điện áp không đổi chúng ta có thể truyền được một lượng công suất cực đại thông qua một tổng trở Công suất truyền cực đại khi 1

ZLDLN =

Z hay ZLD=ZLN Giá trị của VR

Cũng từ hình 2 ta thấy rằng khi phụ tải tăng lên lớn hơn giá trị công suất cực đại (điểm làm việc nằm bên phải điểm tới hạn), việc điều khiển công suất bằng cách thay đổi tải sẽ đưa đến mất ổn định, ví dụ như khi tăng thêm phụ tải (tức giảm ZLD) từ đường cong Pr/Prmax ta thấy khi đó công suất nguồn cấp đến cho tải sẽ không tăng lên mà lại giảm xuống do đó không thể đáp ứng cho tải Trong miền này, điện áp của tải có giảm nhanh hay không phụ thuộc vào đặc tính tải Với tải có đặc tính tổng trở không đổi, thì hệ thống sẽ đạt ổn định ở mức điện áp làm việc thấp hơn bình thường Mặt khác nếu tải được cung cấp bởi máy biến áp có điều áp dưới tải, việc điều chỉnh đầu phân áp để tăng áp sẽ làm giảm tổng trở tải ZLD Điều này làm cho điện áp tiếp tục giảm và có thể dẫn đến mất ổn định điện áp [2]

Từ phân tích trên ta thấy hệ thống ổn định điện áp khi điểm làm việc nằm bên trái điểm tới hạn

Đặc tuyến người ta thường quan tâm khi xét đến ổn định điện áp đó là đường cong P-V

Khi hệ số công suất cosφ =1 thì công suất tới hạn:

[ ] LN

S 1

Z

E cos 1 2

1

PRmax

θ +

cos cos 1 2 P

P

max R

R

Z

Z F

1 E

Phần II Chương I

Hình 3 vẽ các đường cong P-V của mạch ở hình 1 với các hệ số công suất cosφ khác nhau (với θ=84.30) Ứng với mỗi đường cong điểm làm việc ổn định là những điểm nằm phía trên điểm tới hạn (xem chương trình ở phụ lục B.2)

Từ hình 3 ta có nhận xét khi hệ số công suất sớm pha (dòng vượt trước áp) càng nhiều thì giá trị công suất tới hạn càng lớn và giá trị điện áp tới hạn cũng càng lớn Điều này rất quan trọng đối với ổn định điện áp Chúng ta có thể làm cho hệ số công suất sớm pha bằng cách thực hiện bù ngang ở nút phụ tải [1]

Để có được đường cong này, ta thực hiện chương trình giải phân bố công suất Khi muốn vẽ đường cong Q-V tại một nút nào đó người ta giả sử đặt tại đó một máy bù đồng bộ, và nút này được coi là nút P-V (nút điều khiển điện áp), sau đó giải phân bố công suất ứng với các giá trị điện áp tại nút cho trước để tìm Q tương ứng, cuối cùng vẽ được đường cong quan hệ Q-V Trên đồ thị Q-V, trục

Phần II Chương I

tung (trục Q) với chiều dương biểu thị cho công suất kháng bơm vào nút (máy bù phát công suất kháng vào hệ thống) và chiều âm biểu thị cho công suất kháng lấy ra khỏi nút (máy bù tiêu thụ công suất pháng từ hệ thống)

Hình 4 được tạo ra từ mạng hai nút ở phần IV.4 bằng cách giải phân bố công suất ứng với các giá trị công suất P2 khác nhau, đặt tại nút 2 một máy bù đồng bộ (nút điều khiển điện áp) Sau đó ứng với mỗi giá trị P2, cho V2 thay đổi (từ 0

÷1.6) và giải phân bố công suất để tìm Qi tương ứng, cuối cùng ta được các đường cong Qi-V2 (xem chương trình ở phụ lục B.3)

0 0.2 0.4 0 6 0.8 1 1 2 1.4 1 6 -1

-0.5 0 0.5 1 1.5 2

DIEN A P NUT (pu)

0.25

1.5

P /P rm ax = 1.5

Hình 4 Đường cong Q-V với các giá trị P khác nhau, trong đó P rmax là giá trị công suất tới hạn

Một số đặc điểm của đường cong Q-V [1,2] :

• Các điểm làm việc nằm ở nhánh bên phải (kể từ đáy) của đường cong Q-V (hình 4) sẽ tương ứng với nhánh bên trái khi xét đường cong P-V (hình 2)

• Do đó kết hợp hình 2 và hình 4 ta rút ra nhận xét: hệ thống ổn định điện áp khi điểm làm việc nằm ở nhánh bên phải (kể từ đáy) của đường cong Q-V, tức nằm trong miền làm việc có đạo hàm 0

dV >

dQ Tại điểm đáy của đường

• Đặc tính của thiết bị bù ngang tại nút xét (tụ điện, thiết bị bù tĩnh SVC, máy bù đồng bộ) có thể được vẽ cùng với đường cong V-Q Điểm làm việc bình thường là giao điểm của đường đặc tính V-Q của hệ thống và đường đặc tính của thiết bị bù (hình 5.b) Điều này rất hữu ích vì thiết bị bù thường được dùng để giải quyết vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống điện

Q

Điểm làm việc

V

)Hình 5 Giới hạn công suất phản kháng

2 Tiêu chuẩn ổn định điện áp

Từ các đồ thị ở hình 2, chúng ta có thể vẽ lại đồ thị PR và QR theo VR

trong hình 6 với tanθ=10.0 và cosφ=0.95 (PR, QR là công suất tác dụng và phản kháng từ nguồn truyền tải qua đường dây đến tải)

Phần II Chương I

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Mặc khác, nếu nối trực tiếp một tổng trở không đổi ZLD với nguồn điện áp V, thay đổi biên độ điện áp, công suất tác dụng và phản kháng của tải cũng thay đổi theo quan hệ sau:

φ

= φ

= φ

Z

V cos Z

V V cos VI

P

LD LD

= φ

Z

V sin Z

V V sin VI

Q

LD LD

ta đổi tên đồ thị PR(V), QR(V) trong hình 6 thành PS(V), QS(V)

Điện áp phía nhận điện VR được xác định bởi giao điểm của hai đường đặc tính

QS(V) và QL(V) (hình 7)

Phần II Chương I

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0

0.05

0.1 0.15

0.2 0.25

Sụt áp trên đường dây truyền tải:

R

R R

Phần II Chương I

• Tại điểm cân bằng S, giả sử có một nhiễu nhỏ ΔV<0, điều này làm cho công suất nguồn cấp QS(V) lớn hơn công suất tải QL(V) Do đó điện áp tăng lên và điểm làm việc trở về S

• Ngược lại, nếu có một nhiễu nhỏ ΔV>0, suất nguồn cấp QS(V) nhỏ hơn công suất tải QL(V) Do đó điện áp giảm xuống và điểm làm việc trở về S

• Chúng ta kết luận điểm S là điểm làm việc ổn định

Từ phân tích trên, chúng ta rút ra được tiêu chuẩn ổn định điện áp ở điểm cân bằng là:

(11) hay khi ΔV→0 thì:

(b)

Hình 8 Sơ đồ hình tia đơn giản và giản đồ véctơ

Phần II Chương I

Ta có:

( ) = ( ) = ϕ = ϕ = sin δ

X X

V cos I V V P V

R R

EV X

sin IX V sin I V V

R R

Do đó:

( ) [ ] ( ) 2

2

⎝

2 R S

2 L

R

X

V V Q V

P X

EV V

L

2 R

• Khi PL=0 đường cong parabol cắt trục VR tại hai điểm VR=0 và VR=E và có giá trị cực đại

X 4

X V P 2

QL(V) S

Ngược lại, nếu có một nhiễu nhỏ ΔV>0, suất nguồn cấp QS(V) nhỏ hơn công suất tải QL(V) Do đó điện áp giảm xuống và điểm làm việc trở về S Chúng ta kết luận điểm S là điểm làm việc ổn định

• Tại điểm cân bằng U, giả sử có một nhiễu nhỏ ΔV<0, điều này làm cho công suất nguồn cấp QS(V) nhỏ hơn công suất tải QL(V), do đó điện áp tiếp tục giảm xuống lên và điểm làm việc không thể trở về điểm cân bằng

U

Ngược lại, nếu có một nhiễu nhỏ ΔV>0, suất nguồn cấp QS(V) lớn hơn công suất tải QL(V), do đó điện áp tiếp tục tăng lên và điểm làm việc không thể trở về điểm cân bằng U

Chúng ta kết luận điểm U là điểm làm việc không ổn định

• Như vậy điểm làm việc ổn định nằm bên phải của đường cong QS(V)

b Tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp đối với các hệ thống lớn:

Đối với các hệ thống lớn có rất nhiều nút, việc so sánh đặc tính của tải

QL(V) và đặc tính của nguồn cung cấp QS(V) để đánh giá ổn định điện áp sẽ gặp rất nhiều khó khăn Do đó để đánh giá ổn định điện áp trong các hệ thống lớn người ta thường dựa vào đường cong Q-V được tạo ra như trình bày ở phần 1.b (hình 4), tức là dựa trên quan hệ giữa độ thay đổi công suất bơm vào nút và độ thay đổi điện áp nút Từ các nhận xét trên (1.b) chúng ta đưa ra tiêu chuẩn ổn định điện áp đối với các hệ thống lớn như sau:

• Hệ thống ổn định điện áp trong điều kiện vận hành đã cho nếu như đối với tất cả các nút trong hệ thống biên độ điện áp nút tăng lên khi công suất phản kháng bơm vào nút đó tăng lên Ngược lại, hệ thống mất ổn định điện áp nếu như có ít nhất một nút trong hệ thống mà điện áp tại nút đó giảm xuống khi công suất phản kháng bơm vào nút tăng lên Nói cách khác, hệ thống ổn định

V là tức của tất cả các nút trong hệ thống là dương và hệ thống mất ổn định điện áp nếu độ nhạy V-Q của ít nhất một nút trong hệ thống là âm

II ĐẶC TÍNH CỦA NGUỒN PHÁT

Máy phát có trang bị bộ tự động điều chỉnh điện áp (AVR) là một phương pháp rất quan trọng để điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện Trong điều kiện làm việc bình thường điện áp của tất cả các máy phát được giữ cố định Khi nhu cầu công suất phản kháng trong hệ thống tăng cao làm cho điện áp hệ thống giảm, dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng của máy phát có thể đạt đến giới hạn tối đa Khi đó điện áp đầu cực máy phát sẽ không còn giữ được cố định nữa

Phần II Chương I

Để thấy rõ vai trò của máy phát trong việc điều chỉnh điện áp của hệ thống điện, chúng ta xét ví dụ hình 11.a gồm một tải được cung cấp từ thanh cái có công suất vô hạn (nút 1), với máy phát đặt tại nút trung gian (nút 2) cấp một phần công suất cho tải (nút 3) và điều chỉnh điện áp tại nút trung gian Thông số đường dây cho trong hệ đơn vị tương đối

Đ ie åm tơ ùi h a ïn

Đ ư ơ øn g c o n g P - V ta ïi n u ùt 3 k h i đ ie än a ùp

ta ïi n u ùt tr u n g g ia n đ ư ơ ïc g iư õ c o á đ ịn h

Đ ư ơ øn g c o n g P - V ta ïi n u ùt 3 k h i m a ùy p h a ùt ta ïi

n u ùt tr u n g g ia n đ a õ đ a ït g iơ ùi h a ïn k íc h tư ø to ái đ a

Đ ie åm la øm v ie äc

Hình 11.b Đường cong P-V tại nút 3 (1) Điện áp nút 2 được giữ cố định (máy phát còn khả năng điều chỉnh điện áp)

(2) Điện áp nút 2 không còn được giữ cố định (máy phát đạt đến giới hạn kích từ tối đa)

Ta xét hai trường hợp:

Phần II Chương I

• Máy phát 2 có giới hạn công suất kháng Qmin=– 200, Qmax=320 MVAr Trong trường hợp này máy phát 2 chưa đạt đến giới hạn kích từ tối đa, điện áp tại nút trung gian 2 được giữ cố định, đặc tính P-V của nút 3 là đường cong (1) trên hình 11.b

• Máy phát 2 có giới hạn công suất kháng Qmin=– 8, Qmax=12 MVAr Trong trường hợp này máy phát tại nút 2 sớm đạt đến giới hạn kích từ tối đa, điện áp tại nút này không còn được giữ cố định nữa và đặc tính P-V của nút 3 là đường cong (2) (xem chương trình ở phụ lục B.6)

Bây giờ ta xét điểm làm việc bình thường A, S3=40+j20 MVA, khi làm việc với đường cong (1) giới hạn công suất từ điểm A đến điểm tới hạn B là 131MW, khi làm việc với đường cong (2) giới hạn công suất từ điểm A đến điểm tới hạn C là 81MW Rõ ràng khi làm việc với đường cong (1) thì điểm A sẽ ở xa điểm tới hạn hơn khi làm việc với đường cong (2) Do đó khi hệ thống làm việc với đường cong (1) thì sẽ có độ ổn định cao hơn so với đường cong (2)

Từ kết quả phân tích trên ta thấy rằng khả năng điều chỉnh điện áp của máy phát ảnh hưởng rất nhiều đối với ổn định điện áp của hệ thống điện Mặt khác việc đánh giá ổn định điện áp tại một nút không chỉ dựa vào việc xem xét điện áp tại nút đó gần hay xa mức làm việc bình thường mà còn phải xét đến đặc tính của nguồn phát (tức là xét đến giới hạn công suất kháng của các máy phát)

III ĐẶC TÍNH CỦA TẢI [2]

Đặc tính của tải và các thiết bị điều chỉnh điện áp hệ thống phân phối là những yếu tố chính ảnh hưởng đến ổn định điện áp

Công suất tác dụng và phản kháng của tải thay đổi phụ thuộc vào điện áp và đặc tính của hệ thống Điện áp của hệ thống thiết lập ở giá trị được xác định bởi sự kết hợp giữa đặc tính của hệ thống và đặc tính của tải

Bộ điều chỉnh điện áp hệ thống phân phối và các máy biến áp có bộ điều áp dưới tải sẽ giữ điện áp không đổi ở điểm làm việc Trong phạm vi điều khiển bình thường, công suất phụ tải xem như không đổi

Khi bộ điều áp dưới tải đạt đến nấc điều chỉnh cuối cùng, điện áp hệ thống phân phối bắt đầu sụt giảm Công suất của phụ tải dân dụng giảm theo điện áp Điều này làm giảm tải và giảm tổn thất công suất phản kháng trên đường dây Phụ tải công nghiệp có rất nhiều động cơ cảm ứng sẽ thay đổi ít Tuy nhiên các tụ điện trong phụ tải công nghiệp cung cấp một phần công suất phản kháng do đó làm tăng phụ tải kháng

Phần II Chương I

Khi điện áp phân phối vẫn còn giảm thấp trong khoảng vài phút, bộ điều chỉnh nhiệt độ và các thiết bị điều chỉnh khác cũng như các thiết bị điều khiển bằng tay sẽ khôi phục lại tải Ví dụ, các phụ tải nhiệt sẽ làm việc lâu hơn để đưa nhiệt độ về giá trị theo điều chỉnh bởi bộ ổn định nhiệt Điều này làm cho điện áp tiếp tục giảm thấp hơn

Khi điện áp giảm dưới 85÷90% giá trị định mức, một số động cơ sẽ ngưng làm việc và tiêu thụ dòng điện phản kháng cao Điều này làm cho điện áp tiếp tục giảm thấp hơn Các động cơ ở các phụ tải công nghiệp và thương mại thường được điều khiển bởi các công tắc tơ điện từ vì thế khi điện áp giảm thấp sẽ làm cho nhiều động cơ bị cắt ra, do đó điện áp phục hồi trở lại Sau một thời gian, các động cơ trở lại làm việc Điều này làm cho điện áp tiếp tục giảm trở lại nếu như nguyên nhân gây giảm điện áp ban đầu vẫn còn tồn tại

IV ĐẶC TÍNH CỦA CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

1 Tụ bù ngang

Một phương pháp rẽ và hữu hiệu nhất trong việc cung cấp công suất phản kháng và nâng cao điện áp là việc sử dụng các tụ bù ngang Các tụ bù ngang có thể được sử dụng để mở rộng giới hạn ổn định điện áp và điều chỉnh hệ số công suất ở đầu cuối, nhờ đó giảm bớt việc phát công suất phản kháng ở các máy phát và ngăn ngừa sụp đổ điện áp

Tuy nhiên, tụ bù ngang có một số hạn chế về phương diện ổn định và điều khiển điện áp [2]:

• Trong các hệ thống có số lượng bù ngang lớn việc điều chỉnh điện áp sẽ trở nên khó khăn hơn

• Khi đặt đến một mức nào đó, việc bù ngang sẽ không thiết lập được trạng thái làm việc ổn định của hệ thống (sẽ minh họa trong ví dụ ở phần 4)

• Công suất phản kháng phát ra từ tụ bù tỉ lệ với bình phương điện áp, do đó trong trường hợp điện áp của hệ thống bị giảm thấp (do nhu cầu công suất phản kháng tăng cao) thì việc cung cấp công suất phản kháng của tụ

bị giảm đáng kể

2 Thiết bị bù ngang có điều khiển

Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh (SVC) có thể điều chỉnh dung lượng đầu ra đến giá trị tối đa Trong phạm vi giới hạn khả năng của nó việc

3 Tụ bù dọc

Công suất phản kháng cung cấp bởi tụ bù dọc tỉ lệ với bình phương dòng điện và không phụ thuộc vào điện áp Điều này ảnh hưởng rất tốt đối với ổn định điện áp

Ngoài ra tụ bù dọc có tác dụng làm giảm chiều dài (góc θ) và tổng trở sóng của đường dây Điều này giúp cải thiện việc điều chỉnh và ổn định điện áp

4 Ví dụ

Hình 12.a) và 12.b) mô tả hệ thống khảo sát gồm đường dây truyền tải 500KV dài 322km cấp cho tải, đầu đường dây (V1) nối với hệ thống lớn Thông số đường dây cho trong hệ đơn vị tương đối với cơ bản 100MVA và 500KV

Phần II Chương I

đặc tính của tụ bù ngang với dung lượng định mức lần lượt là 300, 450, 675 và

950 MVAR

Đường đặc Qi-V2 tính của hệ thống được tạo ra như sau: cho nút 2 là nút điều

khiển điện áp và giả sử đặt tại nút 2 một máy bù đồng bộ Ứng với mỗi mức tải P2, thực hiện chương trình giải phân bố công suất với các giá trị điện áp tại nút 2 cho trước (V2=0.6÷1.2 đơn vị tương đối) ta tìm được công suất bơm vào nút 2 tương ứng Qi Tập hợp các giá trị Qi-V2 cho ta đường đặc tính của hệ thống

2 đm bù Q V

của tụ bù

P h a ïm v i

c h o p h e ùp

Hình 12c Đặc tính của hệ thống và tụ bù với các mức tải khác nhauĐường đặc tính của đường dây truyền tải là các đường cong liền nét Những đường cong này mô tả mối quan hệ giữa điện áp đầu nhận và công suất phản kháng bơm vào tại đó

Các đường đứt khúc mô tả đặc tính quan hệ giữa điện áp và công suất phản kháng tạo ra bởi tụ bù ngang Giao điểm của hai đường trên chính là điểm

dQ lớn hơn của tụ bù, do đó đây là điểm làm việc ổn định Khi có dao động bởi một tín hiệu nhiễu nhỏ xảy ra thì hệ thống sẽ trở về điểm làm việc A

Xét điểm làm việc B, với công suất đầu nhận là 1900MW và công suất phản kháng của tụ bù là 950MVAR, ta thấy độ dốc đường đặc tính của hệ thống

dV

dQ nhỏ hơn của tụ, do đó đây là điểm làm việc không ổn định

Vì vậy chúng ta thấy rằng ở mức bù ngang cao, hệ thống sẽ không đạt được trạng thái làm việc ổn định Mức công suất tải giới hạn khoảng 1700 MW với dung lượng bù ngang 675MVAR Ở mức này, độ dốc đường đặc tính của hệ thống gần xấp xỉ với độ dốc đường đặc tính của tụ bù

Phần II Chương I

b Hình 12.d) vẽ đường đặc tính của thiết bị bù tĩnh (SVC) với công suất bù giới hạn của SVC là 950 MVAr SVC giữ điện áp V2 không đổi bằng 1.0 pu cho đến khi công suất đầu ra của nó đạt đến giới hạn 950 MVAr Khi

P2<1900MW, SVC giữ điện áp V2=1.0 pu Khi P2=1900MW, SVC đạt đến giới hạn và đường đặc tính của nó giống như một tụ bù Điều này dẫn đến mất ổn định điện áp

Phần II Chương II

CHƯƠNG II

HIỆN TƯỢNG SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP

I CÁC YẾU TỐ DẪN ĐẾN SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP [2]

Khi nhu cầu công suất phản kháng trong hệ thống gia tăng đột ngột do tình trạng khẩn cấp nào đó, các máy phát và các thiết bị bù trong hệ thống sẽ cung cấp phần công suất phản kháng tăng thêm này Nói chung các nguồn công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống có thể đáp ứng được và hệ thống sẽ thiết lập lại mức điện áp ổn định Tuy nhiên trong một số trường hợp có thể do một số điều kiện nào đó, hệ thống không thể đáp ứng được nhu cầu công suất phản kháng tăng thêm và điều này dẫn đến sụp đổ điện áp, làm rã lưới một phần hoặc toàn bộ hệ thống

Sau đây là một số trường hợp thường dẫn đến sụp đổ điện áp:

• Hệ thống làm việc trong điều kiện bất thường khi mà các máy phát công suất lớn gần trung tâm phụ tải tách khỏi vận hành Điều này làm cho các đường dây truyền tải cao áp bị quá tải và nguồn công suất phản kháng giảm đến mức tối thiểu

• Việc cắt một số đường dây đang mang tải sẽ dẫn đến phụ tải tăng cao ở các đường dây lân cận Điều này làm tăng tổn thất công suất kháng trên đường dây (tổn thất công suất phản kháng trên đường dây tăng nhanh khi tải trên đường dây lớn hơn tải sóng), do đó làm cho nhu cầu công suất phản kháng trong hệ thống tăng mạnh

• Khi đường dây truyền tải cao áp bị cắt ra, điện áp ở gần trung tâm phụ tải sẽ giảm xuống do nhu cầu công suất phản kháng tăng lên Điều này làm cho công suất tiêu thụ của tải giảm xuống và công suất truyền trên đường dây cao áp cũng giảm, do đó giúp hệ thống ổn định trở lại Tuy nhiên, bộ

Phần II Chương II

tự động điều chỉnh điện áp của máy phát sẽ nhanh chóng phụt hồi lại điện áp đầu cực máy phát bằng cách tăng dòng kích từ Do đó công suất phản kháng truyền qua máy biến áp và đường dây tăng lên làm cho sụt áp qua các phần tử này tăng lên

• Việc sụt áp trên đường dây truyền tải cao áp sẽ ảnh hưởng đến hệ thống phân phối Máy biến áp có điều áp dưới tải sẽ phục hồi lại điện áp phân phối và tải trở về giá trị ban đầu trong thời gian 2 đến 4 phút Mỗi lần chuyển đầu phân áp, tải trên đường dây cao áp tăng lên làm tăng tổn thất trên đường dây XI2 và RI2, điều này làm cho điện áp trên đường dây cao áp tiếp tục giảm mạnh hơn Nếu như đường dây cao áp mang tải lớn hơn tải sóng SIL, mỗi MVA truyền tải tăng thêm trên đường dây sẽ gây ra vài MVAr tổn thất công suất phản kháng

• Với mỗi nấc chuyển đầu phân áp công suất phản kháng phát ra từ máy phát truyền tải qua hệ thống sẽ tăng lên, dần dần các máy phát sẽ lần lượt đạt đến giới hạn khả năng phát công suất phản kháng (đặc trưng bởi dòng điện kích từ cực đại) Khi máy phát đầu tiên đạt đến kích từ giới hạn, điện áp đầu cực của nó sẽ giảm xuống Khi điện áp đầu cực máy phát giảm xuống việc giữ cố định công suất tác dụng đầu ra sẽ làm cho dòng điện phần ứng tăng lên Điều này làm giới hạn công suất phản kháng của máy phát giảm xuống để giữ dòng điện phần ứng trong giới hạn cho phép Do đó tải kháng sẽ được chuyển sang máy phát khác làm cho nhiều máy phát khác nhanh chóng bị quá tải Nếu có ít máy phát có bộ tự động điều chỉnh kích từ, hệ thống sẽ dễ mất ổn định điện áp

II CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA HIỆN TƯỢNG SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP:

Hiện tượng sụp đổ điện áp có một số các đặc điểm chung như sau:

1 Có nhiều nguyên nhân ban đầu dẫn đến sụp đổ điện áp: sự gia tăng dần của phụ tải trong hệ thống hoặc có nhiễu lớn xuất hiện đột ngột như máy phát hay đường dây đang mang tải nặng tách khỏi vận hành

2 Hệ thống không có khả năng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng của tải Đôi khi hiện tượng sụp đổ điện áp xảy ra khi hệ thống làm việc trong điều kiện có một số đường dây đang mang tải nặng Khi việc truyền tải công suất phản kháng giữa các vùng lân cận trong hệ thống gặp khó khăn, nếu có sự thay đổi nào đó làm cho nhu cầu công suất phản kháng tăng lên sẽ dễ dàng dẫn đến sụp đổ điện áp

Phần II Chương II

3 Hiện tượng sụp đổ điện áp chịu ảnh hưởng bởi điều kiện vận hành cũng như đặc tính của hệ thống Sau đây là những yếu tố góp phần làm mất ổn định cũng như sụp đổ điện áp:

• Khoảng cách giữa máy phát và phụ tải quá xa

• Việc thay đổi đầu phân áp của máy biến áp có điều áp dưới tải trong lúc điện áp đang giảm thấp

• Đặc tính tải không phù hợp (độ dốc đường đặc tính của tải nhỏ hơn độ dốc đường đặc tính của nguồn phát – xem chương 1 phần I)

• Sự phối hợp không tốt giữa hệ thống điều khiển và bảo vệ

4 Vấn đề sụp đổ điện áp có thể trở nên nghiêm trọng hơn nếu như việc bù ngang trong hệ thống quá cao (xem ví dụ khảo sát trong chương I phần IV) Việc bù công suất phản kháng chỉ đạt hiệu quả cao trong việc giải quyết bài toán ổn định điện áp chỉ khi nào chúng ta lựa chọn và phối hợp một cách hợp lý giữa các phương án tụ bù ngang, hệ thống bù tĩnh và máy bù đồng bộ

III PHÂN LOẠI ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP [1, 2]

Trong phân tích ổn định điện áp người ta thường chia ổn định điện áp làm hai loại đó là: ổn định điện áp tín hiệu lớn và ổn định điện áp tín hiệu nhỏ

• Ổn định điện áp tín hiệu lớn là khả năng điều khiển và giữ điện áp ở mức cho phép của hệ thống khi có nhiễu lớn xảy ra như sự cố ngắn mạch trong hệ thống, mất tải hoặc máy phát tách khỏi vận hành Việc xác định dạng ổn định này đòi hỏi đòi hỏi chúng ta phải khảo sát chế độ vận hành thực (động) của hệ thống trong một khoảng thời gian đủ lớn để có thể biết được sự tác động lẫn nhau giữa các thiết bị như máy biến áp có điều áp dưới tải và bộ giới hạn dòng kích từ của máy phát Chúng ta có thể nghiên cứu ổn định điện áp tín hiệu lớn bằng cách sử dụng mô hình mô phỏng phi tuyến trong miền thời gian

• Ổn định điện áp tín hiệu nhỏ là khả năng điều khiển và giữ điện áp ở mức cho phép của hệ thống khi có tín hiệu nhiễu nhỏ xảy ra, ví dụ như sự tăng dần của tải Chúng ta có thể xác định dạng ổn định này bằng cách nghiên cứu hệ thống trạng thái xác lập với việc sử dụng các phương trình động của hệ thống đã được tuyến tính hóa ở trạng thái làm việc nào đó

Phần II Chương II

Trong luận văn này tác giả giới hạn trong phạm vi nghiên cứu ổn định điện áp tín hiệu nhỏ, tức là khảo sát, đánh giá ổn định điện áp khi tải thay đổi khác nhau

Sau khi có nhiễu xảy ra (bất kỳ nhiễu lớn hay nhỏ), thông thường điện áp của hệ thống không trở về mức ban đầu mà nó đạt đến một giá trị xác lập mới Do đó, chúng ta phải xác định phạm vi dao động điện áp cho phép Vì vậy hệ thống chỉ được xem là ổn định hữu hạn trong phạm vi dao động điện áp cho phép

Phần II Chương III

CHƯƠNG III

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Khi hệ thống điện ngày nay vận hành dưới điều kiện phụ tải gia tăng hàng ngày thì việc giữ ổn định điện áp ngày càng được quan tâm nhiều hơn Trong việc lên kế hoạch và vận hành hệ thống điện, việc phân tích ổn định điện áp đối với một hệ thống điện bao gồm việc khảo sát hai vấn đề sau [5]:

a Khoảng cách đến mất ổn định điện áp

Được đo lường bởi các đại lượng vật lý như mức tải, trào lưu công suất thực và nguồn dự trữ công suất phản kháng Việc giải bài toán này nhằm có được số đo về độ an toàn đối với ổn định điện áp

b Cơ chế mất ổn định điện áp

Nhằm trả lời các câu hỏi sau: mất ổn định điện áp xảy ra như thế nào và

do những nguyên nhân nào? Những yếu tố chính góp phần làm mất ổn định điện áp? Những thông số hiệu quả nhất giúp cải thiện ổn định điện áp? Giải bài toán này để có được thông tin hữu ích trong việc xác định các thông số nhằm cải thiện hệ thống hoặc xác định chiến lược vận hành hệ thống nhằm ngăn ngừa mất ổn định điện áp

Hiện tại có nhiều phương pháp phân tích đánh giá ổn định điện áp như phương pháp phân tích động kết hợp với phân tích phân bố công suất và mô phỏng trong miền thời gian [8], phương pháp phân tích dựa trên việc khảo sát đặc tuyến Q-V, phương pháp phân tích độ nhạy Q-V, phương pháp phân tích modal Q-V [5],… Trong chương này tác giả tìm hiểu một số phương pháp nêu trên từ đó lựa chọn một phương pháp tối ưu nhất để phân tích, đánh giá ổn định điện áp cho mạng điện truyền tải 220KV hệ thống điện miền Nam

Phần II Chương III

I PHÂN TÍCH ĐỘNG

Cấu trúc tổng quát của mô hình hệ thống đối với phân tích ổn định điện áp cũng giống như trong phân tích ổn định động Mô hình toán học cho việc phân tích động gồm tập các phương trình vi phân và phương trình đại số có dạng tổng quát như sau [1,8]:

với điều kiện ban đầu (x0, V0), trong đó:

x : véctơ trạng thái của hệ thống

V : véctơ điện áp nút

I : véctơ dòng điện bơm vào nút

YN : ma trận tổng dẫn nút của mạng

Trong phương pháp phân tích động chúng ta phải giải phương trình trên bằng phương pháp tích phân số và phân tích phân bố công suất mạng điện sau đó mô phỏng trong miền thời gian Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải biết nhiều thông số về máy phát, về hệ thống… đồng thời kết quả cũng không cung cấp được thông tin về độ nhạy hay mức độ ổn định, và mất nhiều thời gian Vì vậy, việc áp dụng phương pháp phân tích động để đánh giá ổn định điện áp bị hạn chế nhất là khi cần đánh giá nhanh trạng thái sụp đổ điện áp của hệ thống và phối hợp bảo vệ và điều khiển [5,8] Chính vì vậy trong luận văn này tác giả không tìm hiểu, nghiên cứu về phương pháp này

II PHÂN TÍCH TĨNH

1 Phương pháp phân tích độ nhạy V-Q

a Ma trận Jacobi rút gọn

Như đã trình bày trong chương I, hệ thống ổn định điện áp trong điều kiện vận hành đã cho nếu như đối với tất cả các nút trong hệ thống biên độ điện áp nút tăng lên khi công suất phản kháng bơm vào nút đó tăng lên Ngược lại, hệ thống mất ổn định điện áp nếu như có ít nhất một nút trong hệ thống mà điện áp tại nút đó giảm xuống khi công suất phản kháng bơm vào nút tăng lên Nói cách khác, hệ thống ổn định điện áp nếu độ nhạy V-Q của tất cả các nút trong hệ

Phần II Chương III

thống là dương và hệ thống mất ổn định điện áp nếu độ nhạy V-Q của ít nhất một nút trong hệ thống là âm

Do đó trong phương pháp phân tích độ nhạy V-Q người ta dựa vào đặc điểm này để phân tích đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống điện

Phương trình điện áp - công suất hệ thống trạng thái xác lập ở dạng tuyến tính hóa được cho như sau:

θ Δ

Δ

θ

θ

V J

J

J J Q

P

QV Q

PV P

trong đó

ΔP : độ thay đổi công suất thực tại nút

ΔQ : độ thay đổi công suất phản kháng bơm vào nút

Δθ : độ thay đổi góc pha của điện áp nút

ΔV : độ thay đổi biên độ điện áp nút

PV P

J J

J J

là ma trận Jacobi gồm bốn ma trận con: JPθ , JPV, JQθ, JQV

Ở đây chúng ta sử dụng mô hình phân bố công suất truyền thống để phân tích ổn định điện áp, do đó ma trận Jacobi trong phương trình (23) cũng giống như ma trận Jacobi được sử dụng trong phương pháp lập Newton-Raphson để giải phân bố công suất

Các phần tử của ma trận con Jacobi được xác định như sau:

• Công suất bơm vào nút i:

=

i

n 1

n i n in in n iii

2 i

2 i

i V B V V Y sin

• Ma trận con JPθ: