Tài liệu Mô phỏng quá trình mất ổn định điện áp trong hệ thống điện

TRẦN HỒNG CƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- TRẦN HỒNG CƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỆN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MẤT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN KHOÁ 2012B Hà Nội – Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------TRẦN HỒNG CƯƠNG MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MẤT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS.NGUYỄN XUÂN HOÀNG VIỆT Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này do Tôi tổng hợp và thực hiện. Các kết quả phân tích hoàn toàn trung thực, nội dung bản thuyết minh chưa được công bố. Luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Tác giả luận văn Trần Hồng Cương 1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được bản luận văn này, Tôi xin chân thành cám ơn đến TS Nguyễn Xuân Hoàng Việtđã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo cặn kẽ để có thể hoàn thành luận văn này. Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô giáo Viện Điện, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn. Nam Định, ngày 15 tháng 09 năm 2014 Tác giả luận văn Trần Hồng Cương 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. 1 LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 2 MỤC LỤC............................................................................................................... i CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT............................................................................ v CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG.................................................................... 6 1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. ................................................................... 6 1.2 MỤC tiêu VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN ............................................. 9 1.1.1 Mục đích nghiên cứu của luận văn .......................................................... 9 1.1.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn ......................................................... 9 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ........................................................................ 9 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................... 10 CHƯƠNG 2. ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN ..................................... 10 2.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP ..................................................... 10 2.1.1 Định nghĩa ............................................................................................ 10 2.1.2 Các dạng ổn định điện áp ...................................................................... 10 2.2 XÉT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN ......... 12 2.2.1 Đặc tính quan hệ P - V ......................................................................... 14 2.2.2 Đường cong QV ................................................................................... 16 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP .............................. 17 2.3.1 Hướng tiếp cận dựa trên mô phỏng động .............................................. 19 2.3.2 Hướng tiếp cận tĩnh .............................................................................. 20 2.4 MỘT SỐ KỊCH BẢN XẢY RA MẤT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DẪN ĐẾN TAN Rà HỆ THỐNG ĐIỆN...................................................................................... 21 2.4.1 Kịch bản 1: Mất các phần tử trong HTĐ (do quá trình quá độ). ............ 21 2.4.2 Kịch bản 2: Tải tăng từ từ (trong khoảng thời gian dài hạn) .................. 21 2.4.3 Kịch bản 3: Hiện tượng bên trong các phụ tải ....................................... 22 2.4.4 Kịch bản 4: Sụt áp và sự mất đồng bộ ................................................... 22 i 2.5 NHỮNG SỰ CỐ TAN Rà HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY ........................ 23 CHƯƠNG 3. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E. .... 31 3.1 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E................................ 31 3.1.1 Tổng quan ............................................................................................ 31 3.1.2 Mô hình các thiết bị điện trong PSS/E để nghiên cứu ổn định điện áp... 34 3.2 KẾT LUẬN ................................................................................................ 48 CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MẤT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN. ............................................................................................. 50 4.1 sƠ ĐỒ LƯỚI ĐIỆN MÔ PHỎNG .............................................................. 50 4.1.1 Trường hợp tách máy phát 3 ra khỏi hệ thống. ...................................... 53 4.1.2 Trường hợp tách máy phát G5 ra khỏi hệ thống. ................................... 55 4.1.3 Trường hợp tách máy phát G9 ra khỏi hệ thống. ................................... 57 4.1.4 Trường hợp tách máy phát G1 ra khỏi hệ thống. ................................... 59 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ...................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 63 Phụ lục - Trường hợp tách máy phát G2 ra khỏi hệ thống. ............................ 65 Phụ lục - Trường hợp tách máy phát G4 ra khỏi hệ thống. ............................ 67 Phụ lục - Trường hợp tách máy phát G6 ra khỏi hệ thống. ............................ 68 Phụ lục - Trường hợp tách máy phát G7 ra khỏi hệ thống. ............................ 70 Phụ lục - Trường hợp tách máy phát G8 ra khỏi hệ thống. ............................ 71 Phụ lục - Trường hợp tách máy phát G10 ra khỏi hệ thống............................ 73 ii DANH MỤC HÌNH VẼ. Hình vẽ 2.1 Sơ đồ thay thế Hệ thống điện đơn giản ............................................... 12 Hình vẽ 2.2 Đồ thị đường cong P-V ...................................................................... 15 Hình vẽ 2-4 Các phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp [2]............................... 19 Hình vẽ 2-5 Sụp đổ điện áp ngày 12/1/1987 trong HTĐ Pháp................................ 25 Hình vẽ 2-6 Đồ thị sụp đổ điện áp trên hệ thống 500kV ........................................ 26 Hình vẽ 2-7 Các thông số về điện áp, công suất, dòng điện ................................... 29 tại ĐZ Đắc Nông - Phú Lâm .................................................................................. 29 Hình vẽ 2-8 Các thông số về điện áp, công suất, dòng điện tại ĐZ Đắc Nông Pleiku ................................................................................................................ 29 Hình vẽ 2-9 Sụp đổ điện áp tại trạm Tân Định ....................................................... 30 Hình vẽ 3-1 Sơ đồ khối chương trình PSS/E .......................................................... 33 Hình vẽ 3-2 Mô hình thay thế tải động cơ .............................................................. 37 Hình vẽ 3-3 Mô hình thay thế đường dây ngắn và trung bình ................................ 41 Hình vẽ 3-4 Sơ đồ thay thế MBA có điều chỉnh phân áp ....................................... 42 Hình vẽ 3-5 Sơ đồ khối đầu vào, ra của máy phát điện cực ẩn GENROU .............. 43 Hình vẽ 3-6 Sơ đồ khối đầu vào, ra của máy phát điện cổ điển GEN CLS ............. 43 Hình vẽ 3-7 Sơ đồ bộ kích từ SEXS ...................................................................... 44 Hình vẽ 3-8 Sơ đồ bộ kích từ ESDC1A ................................................................. 44 Hình vẽ 3-9 Mô hình bộ OXL................................................................................ 45 Hình vẽ 4-2 Phản ứng của điện áp khi tách máy 3. ................................................ 53 Hình vẽ 4-3 Phản ứng tốc độ tuabin khi tách máy 3. .............................................. 54 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1 Hệ số mũ α , β ứng với các loại tải ......................................................... 35 Bảng 3-2 Các đại lượng và giá trị của máy phát điện cực ẩn GENROU ................. 43 Bảng 3-3 Các đại lượng và giá trị của máy phát điện cổ điển GENCLS ................. 43 Bảng 3-4 Thông số động của bộ kích từ SEXS ...................................................... 44 Bảng 4-1. Thông số máy phát điện ........................................................................ 51 Bảng 4-2. Thông số phụ tải.................................................................................... 51 Bảng 4-3. Thông số bảo vệ kích từ MAXEX ......................................................... 52 iv CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CIGRE International Council on Large Electric systems (Hiệp hội các hệ thống điện lớn) EPRI Electric Power Research Institute (Viện nghiên cứu điện lực Mỹ) FACTS Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt HTĐ Hệ thống điện HVDC Đường dây tải điện một chiều MPĐ Máy phát điện OXL Bộ giới hạn kích từ máy phát điện PSS Bộ ổn định công suất SVC Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh TCSC Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor OLTC Bộ phận tự động điều chỉnh điện áp dưới tải CĐXL Chế độ xác lập CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng v CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. Trong những năm qua, cùng với sự phát triển về kinh tế, nhu cầu về điện năng cũng gia tăng mạnh mẽ cả về công suất, quy mô và tính chất vì thế Hệ thống điện có một vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế, xã hội, chính trị của mỗi quốc gia, là yếu tố chi phối hầu như toàn bộ nền kinh tế. Do đó các hệ thống điện phải được đầu tư, mở rộng để đáp ứng được những nhu cầu của xã hội. Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang gặp phải với những vướng mắc và tồn tại như: - Thứ nhất, là khó khăn trong việc đầu tư nguồn điện, hệ thống truyền tải: Hiện nay, việc đầu tư đồng bộ hóa giữa nguồn điện và lưới điện truyền tải đang rất khó khăn. Theo Tổng công ty truyền tải điện Quốc Gia thì nhu cầu vốn để phát triển lưới điện truyền tải giai đoạn 2011 - 2020 là hơn 200 nghìn tỷ đồng, chiếm 34% tổng vốn đầu tư phát triển điện lực; giai đoạn 2021 - 2030 là gần 500 nghìn tỷ đồng, chiếm 35%. Hiện tại mới có một vài cá nhân trong nước đầu tư một số thủy điện nhỏ có công suất không đáng kể, các nhà đầu tư nước ngoài thời điểm hiện tại chưa quan tâm nhiều đến đầu tư vào ngành điện. - Thứ hai, là sự tăng trưởng nhanh chóng của phụ tải: Theo số liệu của Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia, tốc độ tăng trưởng phụ tải từ năm 2009 trở lại đây luôn cao hơn 10% (Năm 2009: 12,5%; Năm 2010: 14%; Năm 2011: 15%; Năm 2012: 16,8%). Dự kiến các năm tiếp theo từ 2013 đến 2020 thì tốc độ tăng trưởng phụ tải khoảng 12% - 16%. - Vần đề thứ ba là tài nguyên thiên nhiên để sản xuất ra điện ngày càng khan hiếm: Ở nước ta, nguồn tài nguyên thiên nhiên dùng để sản xuất ra điện cung cấp cho phụ tải chủ yếu hồ thủy điện (nhà máy thủy điện), từ khí đốt (nhà máy nhiệt điện khí), than (nhà máy nhiệt điện than). Theo EVN, nếu phương án tăng trưởng điện 13% thì nhu cầu khí cho điện phải đạt 8,2 tỷ m3/năm, than 6 cho điện sẽ tăng từ 5,85 triệu tấn (năm 2011) lên 24,75 triệu tấn (năm 2015). Tuy nhiên, với yêu cầu về trữ lượng nói trên thì nguồn tài nguyên về than khí không đáp ứng được lâu dài cho việc phát triển nguồn điện. Tại Việt Nam thời gian vừa qua phát triển nhiều thủy điện tuy nhiên nguồn năng lượng này thì phụ thuộc vào khí hậu, thời tiết vì việc tích nước hồ hàng năm phải trông vào các trận lũ. - Thứ tư đó là xu hướng thị trường hóa ngành điện, hiện tại EVN đã nỗ lực hình thành công ty mua bán điện là bước đầu tiên cho việc hình thành thị trường điện lực. Như vậy ngành điện sẽ được đối xử như những ngành khác và công tác quản lý cần phải nâng thêm một bước nữa, nó làm thay đổi hoàn toàn khái niệm về một HTĐ truyền thống, phần nguồn, phần phân phối hoàn toàn mở cho các doanh nghiệp có thể tham gia xây dựng nhà máy điện, kinh doanh điện. Và đặc biệt là xu hướng kết nối các HTĐ với nhau, điều này đã làm cho HTĐ ngày càng phức tạp về quy mô, tính chất, khó khăn trong việc quản lý, vận hành, điều khiển giám sát. - Vấn đề thứ cuối cùng đó là môi trường: Vấn đề môi trường biến đổi khí hậu đang là ưu tiên quan tâm hàng đầu trên thế giới nói chung cũng như Việt Nam nói riêng. Gần đây đã xuất hiện một số hệ lụy cho vấn đề này như vấn đề xả tràn hồ thủy điện, việc phá rừng làm thủy điện, hoặc việc sử dụng các thiết bị công nghệ lạc hậu của nhà máy nhiệt điện đã gây dư luận không tốt trong xã hội. Do đó, việc xây dựng các nhà máy điện cần phải được xem xét một cách khoa học và kỹ lưỡng. Với các lý do kể trên, có thể thấy hệ thống điện đang vận hành rất gần với các giới hạn về Ổn định.Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy, khi hệ thống vận hành trong tình trạng nặng tải, các sự cố hư hỏng một vài phần tử của lưới điện có thể dẫn đến quá tải các phần tử còn lại, kéo theo cắt điện lan truyền và gây ra các sự cố diện rộng. Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây trên thế giới, cũng như tại nước ta đã gây ra tan rã hệ thống điện: 7 - Sự cố sụp đổ điện áp tại Hoa Kỳ / Canada ngày 14 tháng 08 năm 2003 trong thời gian 05 phút đã làm mất 61800MW cấp cho Ohio, Michigan, Pennsylvania, New York, Vermont, Massachusetts, Connecticut, New Jersey, and Ontario (Canada). Ảnh hưởng tới sinh hoạt, làm việc của hơn 50 triệu người. - Sự cố sụp đổ điện áp và tần số tại Thụy Điển / Đan Mạch ngày 23 tháng 08 năm 2003 trong thời gian 07 phút mất 3000MW điện hạt nhân. Gây rã lưới cho miền Nam Thụy Điển và Tây Đan Mạch. - Sự cố ngày rã lưới tại Italy ngày 28 tháng 09 năm 2003 nguyên nhân do một đường dây từ Thụy Sĩ sang Italy bị cắt do sự cố và không tự động đóng lại do không đồng bộ góc pha. Các đường dây khác bị quá tải, dẫn đến làm mất điện toàn nước Italy mất điện 27000 MW. - Sự cố rã lưới tại Việt Nam ngày 22 tháng 05 năm 2013 trong thời gian 2 phút do vi phạm hành lang gây sự cố làm mất điện cho phụ tải 19 tỉnh thành khu vực miền Nam mất 9000 MW. Như vậy, có thể thấy HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam đang phải đối diện với nhiều thách thức trong việc cung cấp điện an toàn, ổn định và tin cậy và đặc biệt trong thời điểm nền kinh tế đang phát triển có nhiều ngành công nghiệp có nhiều máy móc phản ứng nhạy cảm với chất lượng điện. Từ đó, phát sinh nhu cầu nghiên cứu và đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy và chất lượng điện năng cung cấp cho các phụ tải, đặc biệt là vấn đề về ổn định điện áp. Hệ thống điện ngày càng phát triển thì việc tính toán để nghiên cứu các vấn đề về kỹ thuật ngày càng trở lên phức tạp, đòi hỏi con người phải tìm ra các công cụ để tính toán nhanh và chính xác các thông số kỹ thuật. Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều các công cụ để phục vụ việc tính toán các thông số kỹ thuật của các hệ thống điện phức tạp như: phần mềm tính toán PSS/E-ADEPT; DlgSilent; Power word….Khi đã có các công cụ tính toán thì đòi hỏi những người ứng dụng nó phải biết cách sử dụng thành thạo và có thể phân tích được các giá trị phù hợp với mục đích nghiên cứu của mình. 8 Từ những vấn đề trên, luận văn đã lựa chọn việc nghiên cứu mô phỏng quá trình mất ổn định điện áp trong hệ thống điện. Công cụ mô phỏng được sử dụng là phần mềm mô phỏng hệ thống điện PSS/E. 1.2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN 1.1.1 Mục đích nghiên cứu của luận văn Mục đích nghiên cứu của luận văn là ứng dụng phương pháp mô phỏng động để nghiên cứu quá trình diễn ra khi xảy ra hiện tượng sụp đổ điện áp trong hệ thống điện. Các mô hình thiết bị có vai trò quan trọng trong mô phỏng này bao gồm điện như là mô hình tải, bộ giới hạn kích từ máy phát điện, máy biến áp có bộ phận tự động điều chỉnh điện áp dưới tải… Từ đó đề xuất ra phương thức vận hành hợp lý để đảm bảo ổn định của hệ thống điện khi xảy ra sự cố. 1.1.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn - Nghiên cứu các yếu tố cơ chế, kịch bản xảy ra mất ổn định điện áp trong hệ thống điện. - Nghiên cứu một số phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp - Tìm hiểu phần mềm mô phỏng hệ thống điện PSS/E. - Tìm hiểu về các định nghĩa liên quan ổn định điện áp, mất ổn định điện áp, sụp đổ điện áp trong hệ thống điện. - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp đối với mô hình lưới điện cụ thể bằng phương pháp mô phỏng động. 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI Luận văn tìm hiểu quá trình phản ứng điện áp của hệ thống điện sử dụng phương pháp mô phỏng quá trình mất ổn định điện áp trong hệ thống điện. Nghiên cứu một số sự cố N-1 trong lưới điện truyền tải. Trong luận văn chỉ nghiên cứu, phân tích ổn định điện áp của một vùng với các thông số cho trước. 9 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Luận văn sử dụng phương pháp mô phỏng động bằng phần mềm mô phỏng hệ thống điện PSS/E để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp đối với hệ thống điện của một vùng với các thông số cho trước. CHƯƠNG 2. ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 2.1.1 Định nghĩa Trong phần này của luận văn, một số các định nghĩa quan trọng về ổn định điện áp được đưa ra bởi [1], C. W. Taylor [2], và IEEE/CIGRE [10] được tóm tắt lại như sau: - Ổn định điện áp là khả năng của một HTĐ duy trì được giá trị điện áp ổn định ở tất cả các nút trong HTĐ sau khi trải qua một sự cố từ điều kiện vận hành xác lập ban đầu bình thường. - Theo IEEE/CIGRE: Ổn định điện áp là khả năng một HTĐ vẫn còn duy trì được các giá trị điện áp của các nút trong một dải cho phép sau khi trải qua các nhiễu loạn vật lý. 2.1.2 Các dạng ổn định điện áp Các dạng ổn định điện áp được chia làm 2 loại: Ổn định điện áp khi có kích động nhỏ:Là khả năng của một hệ thống điện vẫn có thể duy trì được điện áp ổn định khi chịu các kích động nhỏ, ví dụ như: Tải thay đổi tăng. Dạng ổn định này chịu tác động bởi các đặc trưng của tải, hoặccác điều khiển mang tính chất liên tục và các điều khiển rời rạc vào một điểm thời gian cho trước.Với các giả thiết thích hợp, các phương trình là các giá trị của hệ thống có thể được tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc để phân tích một cách dễ dàng và do đó cho phép tính toán được thông tin độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận 10 dạng các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp. Tuy nhiên, quá trình tuyến tính hóa này phải loại trừ đến các ảnh hưởng phi tuyến, chẳng hạn như MBA với bộ điều áp dưới tải (bước điều chỉnh áp rời rạc, và trễ thời gian..). Do đó, việc kết hợp các phân tích tuyến tính và phi tuyến thường được sử dụng để phối hợp với nhau để có đường đặc tính chính xác. Theo phân loại ổn định của HTĐ trên thế giới cũng như Việt Nam, ổn định kích động nhỏ có thể xuất hiện ở dạng phi chu kỳ hoặc chu kỳ (còn gọi là dao động nhỏ). Thuật ngữ “kích động nhỏ” đã được đề xuất trong [4] là thuật ngữ tiếng Việt phù hợp để mô tả khái niệm “small signal” của các tác giả nước ngoài, vì “kích động nhỏ” có thể hàm ý các quá trình chu kỳ và phi chu kỳ. Ổn định điện áp khi có kích động lớn:là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì được các giá trị điện áp trong giới hạn sau khi có kích động lớn ví dụ: sự cố máy biến áp truyền tải, mất một nguồn phát điện và thường gặp nhất là khi xảy ra sự cố trên đường dây truyền tải điện. Việc xác định ổn định điện áp có thể dùng phần mềm mô phỏng để xem phản ứng của hệ thống bảo vệ trên lưới điện. Ta có thể căn cứ theo khoảng thời gian xảy ra mất ổn định điện áp để phânchia thành hiện tượng ổn định điện áp dài hạn hay ổn định điện áp ngắn hạn [1][2]: Ổn định điện áp ngắn hạn: Liên quan đến tính chất động của các thành phần tải tác động nhanh, chẳng hạn như: động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử và các bộ biến đổi HVDC. Do đó việc phân tích yêu cầu phải giải các phương trình vi phân. Ổn định điện áp dài hạn:Một số thiết bị trên lưới như bộ điều chỉnh điện áp OLTC và các bộ bảo vệ kích từ máy phát (OXL) có tính chất tác động chậm. Thời gian nghiên cứu có thể đến vài phút hoặc nhiều phút, việc mô phỏng trong khoảng dài hạn cần được sử dụng để phân tích quá trình động của hệ thống điện.Tính không ổn định có nguyên nhân là sự mất cân bằng trong khoảng dài hạn, khi tải khôi phục lại công suất của hệ thống tuy nhiên bị vượt quá khả năng của hệ thống truyền tải và 11 các nguồn phát. Thông thường, tính ổn định được xác định bởi việc các thiết bị bị tách ra khỏi hệ thống. 2.2 XÉT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN HTĐ đơn giản có sơ đồ thay thế một pha như Hình vẽ 2.1: V1 V2 Sơ đồ thay thế như sau: Nút 1 I Z=R+jX Nút 2 V1 V2 S12 SD = -S21 Hình vẽ 2.1Sơ đồ thay thế Hệ thống điện đơn giản Ta có: P = |V | . G − |V ||V |Gcos δ − δ  + |V ||V |Bsin δ − δ  Q = |V | . B − |V ||V |Bcos δ − δ  − |V ||V |Gsin δ − δ  Trong đó: P12 : Công suất tác dụng của mạch điện. Q12 : Công suất phản kháng của mạch điện. V1 V2 : Điện thế tại nút 1. : Điện thế tại nút 2. δ12 : Góc lệc pha giữa V1 và V2. δ1 : Góc lệch pha giữa V1 và I. 12 δ2 : Góc lệch pha giữa V2 và I. I : Dòng điện trong mạch điện. Z : Tổng trở phức của toàn mạch. R : Điện trở của toàn mạch. X : Điện kháng của toàn mạch. Y : Tổng dẫn phức của toàn mạch G : Điện dẫn của toàn mạch B : Dung dẫn của mạch điện. Nếu tính toán gần đúng bỏ qua tổn thất đường dây thì R=0 hay G=0, ta có: P = |V ||V |Bsin δ − δ  Q = |V | . B − |V ||V |Bcos δ − δ  Giả thiết rằng δ = δ − δ ≈ 0 thì sinδ = δ , cosδ = 1 thì: P = |V ||V |B δ  Q = |V | . B − |V ||V |B = |V |B |V − V | Từ công thức trên ta thấy: - Công suất tác dụng P phụ thuộc vào góc công suất δ và công suất tác dụng chạy từ nơi có góc lớn về nơi có góc nhỏ. - Công suất phản kháng Q phụ thuộc vào modul điện áp và chạy từ nơi có điện áp cao về nơi có điện áp thấp. Mặt khác tổn thất công suất tác dụng, phản kháng truyền tải trên đường dây được tính như sau: ∆P = I  R; ∆Q = I  X Mà I  =    nên ta có ∆P =   V 2 R và ∆Q =   X Do đó, việc giảm được Q truyền tải sẽ giảm được tổn thất công suất tác dụng, phản kháng trên đường dây, và giảm được tổn thất điện áp trong quá trình truyền tải. 13 Nếu ta giữ điện áp ổn định ở mức cao thì cũng làm giảm tổn thất công suất tác dụng, phản kháng. Tuy nhiên, trên thực tế đường dây thường vận hành ở trị số điện áp gần với giá trị định mức (±5%Uđm). Do đó, việc sử dụng điện áp ở mức cao không phù hợp liên quan đến độ bền thiết kế cách điện. Trên thực tế, người ta cũng không muốn truyền tải nhiều Q trên đường dây vì các lý do sau: - Đường dây có trở kháng lớn nên luôn có tổn thất Q lớn do đó rất khó để truyền tải Q đi xa. - Vấn đề ổn định điện áp - Gây ra quá điện áp tạm thời khi mà mất tải đột ngột. 2.2.1 Đặc tính quan hệ P - V Ở phía tải ta có: SD=PD+jQD= - (P21+jQ21) Trong đó: P! = −P = −|V ||V |Bsin δ − δ  = |V ||V |Bsin δ − δ  Q ! = −Q  = −|V | B − |V ||V |Bcos δ − δ  −|V | B + |V ||V |Bcos δ − δ  = Đặt δ12=δ1-δ2 ta có: P! = |V ||V |Bsinδ. Q ! = −|V | B + |V ||V |Bcosδ . Gọi ϕ là góc công suất lệch pha giữa V2 và I ($ = ∠V − ∠I Với ϕ>0 thì I chậm sau V còn ϕ<0 thì I vượt trước V. Công suất tải được tính như sau: S! = V I∗ = |V ||I|e(φ = |V ||I| cosφ + jsinφ sinφ + = P! 1 + jtanφ = |V ||I|cosφ *1 + j cosφ Đặt β=jtanϕ ta có: SD=PD+jQD=PD(1+jβ) Do đó, ta có các phương trình sau: P! = |V ||V |Bsinδ ; Q! = −|V | B + |V ||V |Bcosδ 14 SD=PD+jQD=PD(1+jβ) Nếu biểu diễn theo PD và QD ta có: Q ! = P! β = −|V | B + |V ||V |Bcosδ →P! β + |V | B = |V ||V |Bcosδ Bình phương 2 vế của PD và QD, sau đó cộng 2 vế vào ta có: 2P! β P! |V |  + . − |V | 0 |V | +  11 + β 2 = 0 B B  Đây là phương trình bậc 2 của |V | do đó có nghiệm là: |V | = | 3 |  − β4 5 ± 78 | 3 |9 : −  4 4 5 5 + β|V | ; Nêu giả rằng điện áp đầu nguồn |V | = 1pu và B=2pu thì 1 − βP! + >?1 − P! P! + 2@A 2 Ta có đường cong P-V với các hệ số công suất khác nhau: |V | = |V2| 1.4 1.2 §iÖn ¸p vËn hµnh pf=0.97(sím pha) 1 pf=1 0.8 §é dù tr÷ æn ®Þnh 0.6 pf=0.97(trÔ pha) 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Hình vẽ 2.2Đồ thị đường cong P-V 15 1.4 P2 Phân tích đồ thị trên ta có thể rút ra một số nhận xét về đường cong P-V như sau: - Đường cong là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp tải và công suất tải. - Trên hình vẽ trên mỗi đường cong có một giá trị tải lớn nhất, ta gọi là giá trị mang tải lớn nhất. Nếu tải tăng quá giá trị này, thì điện áp sẽ giảm thấp, mất khả năng điều khiển. - Như vậy với một giá trị tải, có hai giá trị điện áp: Giá trị lớn là điện áp vận hành, còn giá trị thấp chỉ có ý nghĩa về mặt toán học. - Phân tích đường cong ở điều kiện PF =1 hoặc chậm sau thì khi P tải tăng sẽ làm điện áp giảm xuống rõ rệt, do đó bằng việc quan sát các thông số trong vận hành về việc suy giảm điện áp người vận hành sẽcần có biện pháp tương ứng trước khi sụp đổ điện áp. - Khi PF vượt trước, thì khi P tải tăng, thậm chí điện áp còn tăng lên do đó rất khó phát hiện ra hiện tượng sụp đổ điện áp. Trường hợp này xảy ra khi truyền tải lượng công suất lớn và có bù công suất phản kháng. 2.2.2 Đường cong QV Ta có: P! = |V ||V |Bsinδ Q! = −|V | B + |V ||V |Bcosδ Nếu ta giả thiết rằng V1=1pu và giá trị PD, V2 cho trước, tính δ12 từ phương trình đầu và Q từ phương trình thứ 2. Lặp lại cho các giá trị khác nhau của V2 ta sẽ có đường cong Q-V cho một giá trị PD cho trước. Đường congQV biểu diễn sự ảnhhưởngcủacôngsuấtphảnkháng củaphụ tảihaythiếtbịbù.Nóchỉrađộnhạyvàbiếnthiêncủađiệnáp nútđốivớilượngcôngsuấtphảnkhángbơmvàohoặctiêuthụ. 16