Luận văn Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện (Phần 1)
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện (Phần 1)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
luan_van_on_dinh_dien_ap_dung_svc_trong_he_thong_dien_phan_1.pdf
Nội dung text: Luận văn Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện (Phần 1)
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HỒNG ĐẠT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 3 9 4 1 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HỒNG ĐẠT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HỒNG ĐẠT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: TS. HỒ VĂN HIẾN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012
- BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên học viên: Phạm Hồng Đạt MSHV: 0955250007 Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện Khóa: 2009 - 2011 Tên đề tài: Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện. Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui định) của một luận văn thạc sĩ. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ học tên) Hồ Văn Hiến
- Luận văn thạc sĩ Lý lịch khoa học LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Phạm Hồng Đạt Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15 /01 /1980 Nơi sinh: TPHCM Quê quán: Hà Tây Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 72/4A Phường Tân Thới Nhất, Quận 12, TPHCM Điện thoại: 0909693422 Email: Pham_hoang_dat@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Cao đẳng chính quy tập trung.Thời gian đào tạo từ 2000 đến 2003. Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TPHCM Hệ đào tạo: Cao đẳng chính quy tập trung.Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2005. Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Điện Khí Hĩa - Cung Cấp điện III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC: Thời gian cơng tác Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 2003- 2004 Cơng ty DNTN BÁCH VIỆT- Nhân viên Bảo trì KCN Tân Bình 2006 - đến nay Trường ĐH Cơng Nghiệp Giảng Viên Khoa Điện TPHCM HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang i GVHD:TS.Hồ Văn Hiến
- Luận văn thạc sĩ Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2012 Người cam đoan Phạm Hồng Đạt HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang ii GVHD: TS.Hồ Văn Hiến
- Luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin trân trọng bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Hồ Văn Hiến - Người đã quan tâm, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm để em cĩ thể thực hiện tốt luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn tất cả Quý Thầy Cơ Trường ĐH. Sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, Trường ĐH. Bách khoa TP. Hồ Chí Minh đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích, đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn này. Tơi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 12 năm 2012 Người thực hiện Phạm Hồng Đạt HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang iii GVHD: TS.Hồ Văn Hiến
- Luận văn thạc sĩ Tĩm tắt TĨM TẮT Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đã nhận được nhiều chú ý trong hai thập niên gần đây. Nĩ sử dụng các thiết bị điện tử cơng suất dạng cao để điều khiển điện áp, phân bố cơng suất, ổn định, v.v. của hệ thống truyền tải. Các thiết bị FACST cĩ thể được kết nối đến đường dây truyền tải trong nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như nối tiếp, song song, hoặc phối hợp của nối tiếp và song song. Ví dụ: bộ bù tĩnh VAR (SVC) và bộ bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) được kết nối song song; bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh (SSSC) và bộ tụ nối tiếp điều khiển thyristor được kết nối nối tiếp; máy biến áp dịch pha điều khiển thyristor (TCPST) và bộ điều khiển phân bố cơng suất hợp nhất (UPFC) được kết nối nối tiếp và song song phối hợp. Các thiết bị FACTS là rất hiệu quả và tăng khả năng truyền tải cơng suất của đường dây tới mức giới hạn cho phép trong khi duy trì mức độ ổn định. Các thiết bị FACTS nối song song được sử dụng để điều khiển điện áp truyền tải, phân bố cơng suất, giảm tổn thất phản kháng và làm giảm dao động cơng suất cho mức truyền tải cơng suất cao. Trong nghiên cứu này, xác định vị trí dung lượng đặt SVC được nghiên cứu cho mơ hình đường dây truyền tải cĩ vị trí bù ngang thay đổi. Ảnh hưởng của sự thay đổi mức độ bù ngang đến vị trí đặt SVC của thiết bị FACTS song song để thu được lợi ích cĩ thể cao nhất được nghiên cứu. Tìm thấy rằng vị trí tối ưu của thiếu bị FACST song song biến đổi theo mức độ sự thay đổi của bù ngang để thu được lợi ích lớn nhất trong các điều kiện về khả năng truyền tải cơng suất. HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang iv GVHD: TS.Hồ Văn Hiến
- Luận văn thạc sĩ Mục lục MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tĩm tắt iv Mục lục v Danh sách các hình vii Chương I. Tổng quan 01 1.Đặt vấn đề 02 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 02 3. Phạm vi nghiên cứu 02 4. Phương pháp nghiên cứu 02 5. Giá trị thực tiễn của đề tài 03 6. Nội dung dự kiến 03 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT 04 1. Khái niệm chung về ổn định hệ thống điện 04 1.1. Ổn định động và ổn định tĩnh 04 1.2. Mơ hình hệ thống điện 06 1.3. Điểm cân bằng (Equibibrium or singular point) 09 2. Các khái niệm liên quan đến ổn định điện áp 09 2.1. Đặc tính hệ thống truyền tải 09 2.2. Thuận lợi của đường cong Q – V đến khảo sát và phân tích ổn định điện áp 19 3. Đặc tính của nguồn phát 19 4. Đặc tính tải 20 5. Một số thiết bị bù cơng suất phản kháng 21 5.1. Tụ bù ngang 21 5.2. Thiết bị bù ngang cĩ điều khiển 21 5.3. Bù dọc 21 6. Tiêu chuẩn ổn định điện áp 21 6.1. Tiêu chuẩn ổn định điện áp dΔQ/dV 21 6.2. Tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp đối với hệ thống lớn 24 7. Các bộ điều khiển FACTS ứng dụng trong hệ thống điện 24 7.1. Giới thiệu FACTS 24 7.2. Ứng dụng và các lợi ích của thiết bị FACTS 26 8. Ứng dụng thiết bị SVC trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện 27 9. Phương pháp phân tích Modal Q – V đánh giá ổn định điện áp HTĐ 35 9.1 Ma trận rút gọn Jacobi 35 9.2 Giới thiệu trị riêng, vector riêng và mơ hình ma trận modal 39 9.2.1 Giá trị riêng 39 9.2.2 Vector riêng 40 9.2.3 Mơ hình ma trận modal 40 HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang v GVHD: TS.Hồ Văn Hiến
- Luận văn thạc sĩ Mục lục 9.2.4 Độ nhạy 42 9.2.5. Hệ số tham gia 43 9.3. Phương pháp phân tích ma trận modal Q –V đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống điện 43 9.3.1. Hệ số tham gia của nút Pki 47 9.3.2. Hệ số tham gia của nhánh Pji 48 9.3.3Hệ số tham gia của máy phát Pmi 50 Chương III: Khảo sát, phân tích và đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống truyền tải 345kV 53 1. Giới thiệu mạng 5 nút 53 2. Khảo sát mạng 5 nút 54 3. Mơ phỏng bằng Powerworld 67 Chương 4: Kết luận và đề xuất 68 1. Kết luận 68 2. Những hạn chế 68 3. Đề xuất 68 Tài liệu tham khảo 70 Phụ lục 71-79 HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang vi GVHD: TS.Hồ Văn Hiến
- Luận văn thạc sĩ Danh sách các hình DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1. Minh họa ổn định của hai hệ cơ học 07 Hình 2.2. Hệ thống hình tia đơn giản 13 Hình 2.3. Đồ thị của IVPQ,,, theo phụ tải 15 RRR Hình 2.4. Đường cong P-V ứng với các hệ số cơng suất khác nhau 17 Hình 2.5. Đặc tính P-V với hệ số cơng suất trễ 18 Hình 2.6. Đặc tính P-V với hệ số cơng suất sớm 19 Hình 2.7. Sơ đồ mạng hình tia đơn giản 24 Hình 2.8. Đặc tính đường cong phụ tải 25 Hình 2.9. Sơ đồ tia đơn giản và giản đồ vector 27 Hình 2.10. Đường đặc tính QVS ()với PL 0 và PL 0 . 28 Hình 2.11. Đường đặc tính QVL () và QVS () 29 Hình 2.12. Bảng so sánh đánh giá các thiết bị bù 32 Hình 2.13. Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 35 Hình 2.14. Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi cĩ và khơng cĩ SVC 36 Hình 2.15. Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 37 Hình 2.16. Mơ hình vị trí SVC 39 Hình 2.17. Sự thay đổi P và Q khi cĩ SVC đối với mơ hình SMIB 39 Hình 2.18. Đường cong gĩc – cơng suất đối với mơ hình SMIB 41 Hình 2.19. Đặc tính cơng suất khi cĩ và khơng cĩ SVC 42 Hình 3.1. Sơ đồ lưới 5 nút 64 HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang viii GVHD: TS.Hồ Văn Hiến
- Chương I: Giới thiệu luận văn GVHD: TS.Hồ Văn Hiến CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. ĐẶT VẤN ĐỀ: Hiện nay, vấn đề ổn định điện áp khơng cịn là vấn đề mới lạ đối với tất cả chúng ta. Tuy nhiên, nĩ đĩng vai trị hết sức quan trọng đối với việc nghiên cứu và đánh giá ổn định hệ thống, cũng như chất lượng điện năng trong hệ thống, gần đây vấn đề mất ổn định điện áp là một những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng sụp đổ điện áp. Vì vậy, việc khảo sát, phân tích ổn định điện áp để xác định những thơng tin về giới hạn ổn định và cơ chế gây ra mất ổn định điện áp từ đĩ đưa ra những dự báo, tìm biện pháp cải thiện, khắc phục kịp thời hiện tượng sụp đổ điện áp cĩ thể xảy ra. Nếu khơng cĩ những dự báo tương đối chính xác về ổn định điện áp để đưa ra khắc phục kịp thời thì sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng, gây ra ảnh hưởng sự phát triển của nền kinh tế và an ninh của hệ thống điện. Việc dự báo sụp đổ điện áp trong hệ thống điện là một trong những bài tốn quan trọng trong quá trình phân tích ổn định điện áp. Đặc biệt đối với một hệ thống lớn, đường dây dài và phức tạp. Để phần nào hiểu rõ vấn đề này, trong luận văn này sẽ đi tìm hiểu phương pháp phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện với phương pháp phân tích modal Q-V và kết hợp việc thành lập các đường cong V-P, Q-V được thành lập bài tốn phân bố cơng suất. Khi đĩ cĩ thể kết luận rằng hệ thống điện ổn định, mất ổn định hay sụp đổ. Từ đĩ dựa vào đặc tính độ dốc của đặc tính Q-V và giá trị riêng lamda bé và dương và các hệ số xem nút nào ổn định kém hay gần với điểm tới hạn ranh giới mất ổn định nhất, biết được các nhánh và các máy phát quan trọng việc tham gia giữ ổn định điện áp để cĩ những biện pháp cải thiện kịp thời. Trong luận văn này dự kiến sẽ sử dụng thiết bị bù tĩnh là thiết bị bù cơng suất phản kháng cĩ điều khiển, ứng dụng cơng nghệ FACT mà cụ thể là thiết bị SVC để bù vào những nút được khảo sát là kém ổn định nhất trong hệ thống để cải thiện nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện. Vì lý do đĩ nên chọn đề tài là:" ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN". HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 1
- Chương I: Giới thiệu luận văn GVHD: TS.Hồ Văn Hiến Nước ta hiện đang trên đà hội nhập cùng kinh tế thế giới, cụ thể đã gia nhập vào WTO để phát triển kinh tế. Để phát triển kinh tế, địi hỏi ngành điện đáp ứng nhu cầu tải ngày càng tăng trong khi các nguồn phát cịn hạn chế. Do vậy vấn đề an ninh của hệ thống là mối quan tâm rất lớn của ngành năng lượng nĩi chung và ngành điện nĩi riêng. Trong đĩ, việc khảo sát và phân tích đánh giá về ổn định điện áp được đặc lên mối quan tâm hàng đầu để đưa ra những giải pháp ngắn hạn cũng như chiến lược lâu dài để phát triển nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng lớn. 2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ: Khảo sát ổn định điện áp, phương pháp nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp. Giới thiệu và ứng dụng thiết bị bù cơng suất phản kháng sử dụng cơng nghệ FACT: cụ thể dùng SVC để nâng cao ổn định điện áp. Áp dụng và khảo sát, đánh giá ổn định điện áp cho lưới truyền tải 345KV khi chưa bù và cĩ bù SVC. Một số giải pháp khác nhằm nâng cao ổn định điện áp của hệ thống. 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: Đề tài nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp cho mạng 5 nút với hệ thống điện truyền tải cĩ điện áp 345KV.Đưa ra biện pháp cải thiện ổn định điện áp ứng dụng FACT, cụ thể dùng thiết bị bù tĩnh SVC. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Mơ hình hĩa và mơ phỏng bằng phần mềm Matlab và Powerworld. Dữ liệu đã được cơng bố vào năm 2010: Sử dụng đường cong PV/QV phân tích ổn định điện áp hệ thống điện 500kV Việt Nam – PGS.TS. Đinh Thành Việt – Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 2
- Chương I: Giới thiệu luận văn GVHD: TS.Hồ Văn Hiến 5. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: Đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống 345KV được nâng cao vấn đề an ninh năng lượng và chất lượng điện năng của hệ thống. Mở rộng cho hệ thống phức tạp nhiều nút. 6. NỘI DUNG DỰ KIẾN: Chương I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN. Chương II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TÌM HIỂU FACT. Chương III: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CĨ ĐIỆN ÁP 345KV Chương IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT TÀI LIỆU THAM KHẢO. PHỤ LỤC. HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 3
- Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến CHƢƠNG II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TÌM HIỂU FACT 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối cĩ mối quan hệ tương tác lẫn nhau rất phức tạp tồn tại vơ số các nhiễu tác động lên hệ thống. Hệ thống phải đảm bảo được tính ổn định khi cĩ tác động của những nhiễu này. Ổn định hệ thống điện là khả năng trở lại vận hành bình thường hoặc ổn định sau khi chịu tác động nhiễu. Đây là điều kiện thiết yếu để hệ thống cĩ thể tồn tại và vận hành: chế độ xác lập chẳng hạn, để tồn tại cần phải cĩ sự cân bằng cơng suất trong hệ (làm các thơng số của hệ mới giữ khơng đổi) và đồng thời phải duy trì được độ lệch nhỏ của các thơng số định mức dưới những kích động ngẫu nhiên nhỏ (làm các thơng số này lệch khỏi các giá trị tại điểm cân bằng); hoặc do những tác động của những thao tác đĩng cắt, hệ thống điện cần phải chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác. Khi hệ thống mất ổn định, cĩ thể phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải, cĩ thể làm tan rã hệ thống và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế. Do đĩ cần nghiên cứu ổn định trong thiết kế và vận hành hệ thống phải đảm bảo: Ổn định trong mọi tình huống vận hành bình thường và sau sự cố. Cĩ thể vận hành bình thường trong mọi tình huống thao tác vận hành và kích động của sự cố. 1.1 Ổn định động và ổn định tĩnh Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống sau những kích động (nhiễu nhỏ) phục hồi được chế độ ban đầu. Nếu liên tưởng đến ổn định của hai hệ sau ta cĩ thể hiểu thêm về khái niệm ổn định tĩnh. Ở hệ 1 (Hình 2.1 - a) vị trí cân bằng của con lắc là ổn định. Nghĩa là giả sử nếu như cĩ những nhiễu nhỏ (thường xuyên hiện hữu trong khơng gian) thì con lắc sẽ giao động. Tuy nhiên do lực cản khơng khí, dao động tắt dần và con lắc sẽ trở về vị trí ban đầu. HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 4
- Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến Hình 2.1: Minh họa ổn định của hai hệ cơ học Tương tự như vậy, vị trí a của hệ (Hình 2.1) sẽ ổn định. Tuy nhiên vị trí b là vị trí giả sử cân bằng nhưng khơng ổn định. Lý do là chỉ cần nhiễu nhỏ (giĩ nhẹ) thì hịn bi sẽ rời khỏi điểm B. Hệ thống điện như trên đã nĩi, chế độ xác lập khi cĩ điều kiện cân bằng cơng suất sẽ cĩ các thơng số khơng thay đổi hoặc chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các giá tri ban đầu. Tuy nhiên, trong hệ thống khi vận hành cĩ rất nhiều tác động nhỏ, ngẫu nhiên: sự thay đổi của cơng suất phụ tải. Hệ thống khi ấy vẫn phải duy trì được độ lệch nhỏ hoặc trở về các vị trí ban đầu của các thơng số chế độ. Tính chất này chính là tính ổn định tĩnh của hệ này. Ổn định động của hệ thống khả năng của hệ phục hồi được trạng thái ban đầu hoặc gần trạng thái ban đầu sau những kích động lớn (nhiễu lớn). Như trên đã nĩi nếu cĩ thể chuyển được sang chế độ xác lập mới thì hệ sẽ cĩ tính ổn định động. Các kích động lớn ở đây cĩ thể được hiểu như sau: Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện. Đĩng cắt các phần tử lưới điện. Tăng giảm đột ngột. Giả sử như cĩ một máy phát điện đang phát cơng suất p0 nay do nhu cầu cần phải tăng ngay cơng suất lên P1 . Ở thời điểm này sẽ cĩ sự tăng động ngột cơng suất cơ P = P1 - P0 nên máy phát quay nhanh lên. Nếu sự tăng tải này đảm bảo cho máy phát theo thời gian giảm tốc lại và trở về vị trí cân bằng ổn định mới thì ta nĩi hệ cĩ tính ổn định động. Ngược lại, nếu máy phát liên tục tăng tốc, nĩ sẽ rời khỏi đồng bộ và phải bắt buộc phải được cắt ra khỏi lưới, khi ấy hệ mất ổn định động. HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 5
- Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến 1.2 Mơ hình hệ thống điện – Khơng gian trạng thái Mơ hình hệ thống điện – khơng gian trạng thái, trạng thái của một hệ thống động như một hệ thống điện thì cĩ thể mơ tả bởi tập hợp N phương trình vi phân bậc nhất dạng phi tuyến như sau: . X i fi(.) t (2.1) x1 xnr , u 1 u , Trong đĩ: N: là số biến của hệ thống R: số biến điều khiển. Hệ phương trình trên được biến dạng như sau: . X i fi(,,) x u t (2.2) Trong đĩ: Xt () là vectơ trạng thái của hệ thống. xx1 n Ut ( ) là vectơ đầu vào (biến điều khiển) của hệ thống. uu1 r ft () (2.3) ff1 n Trong trường hợp đạo hàm của các biến trang thái khủng là một hàm explicit thì hệ thống gọi là hệ thống autonomus. Khi đĩ phương trình trên cĩ thể viết đơn giản lại . là: X fi(,) x u . Ngồi ra, chúng ta cần phải quan tâm biến đầu ra cĩ mối quan hệ đại số cĩ các biến trạng thái và biến điều khiển cĩ thể diễn tả dưới dạng: Y=g(x,u). Trong đĩ: y ()T là vectơ biến đầu ra (output) của hệ thống. yy1 n g ()T gg1 n Đối với hệ thống máy điện đồng bộ và bộ kích từ dạng IEEE loại 1, các phương trình mơ tả hệ thống cĩ thể viết như sau: Các phương trình vi phân về kích từ và điều tốc: d i dt is HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 6
- Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến [][]EXIIEXII,,,, d Tqi qi di qi qi qi qi qi D () i Mi i i s dt M M M M i i i i dE,,, E, E qi qi[(XXI ) ] fdi di di di dt TTT,,, doi doi doi dE, , I qiE qi di ()XX , qi qi dt TT,, qoi qoi , dE V fdi KSEEi E. fdi Ri E fdi dt TEi T Ei dV V K Ri Ri Ai KKKAi. Fi Ai REVVfi .() fdi refi i dt TAi T Ai T Ai. T Fi T Ai dR Fi RKFi Fi 2 .EFdi dt TFi() T Fi Các phương trình đại số Stator: EVRIXI,, sin( ) . 0 di i i i i di qi qi EVRIXI,, cos( ) . 0 qi i i i i qi di di Các phương trình trong hệ thống: n IVIVPVVVYsin( ) cos( ) ( ) cos( ) 0 di i i i qi i i i Li i i k ik i k ik k 1 n IVIVQVVVYcos( ) sin( ) ( ) sin( ) 0 di i i i qi i i i Li i i k ik i k ik k 1 n PVVVY( ) cos( ) 0 Li i i k ik i k ik k 1 n QVVVY( ) sin( ) 0 Li i i k ik i k ik k 1 Cho x0 là vectơ trạng thái cân bằng, u0 là vecto đầu vào tương ứng với trạng thái cân bằng nên thỏa mãn phương trình sau: HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 7
- Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến f (,) (2.4) x0 uxo x Cho một dao động ở một trạng thái trên X x0 x (2.5) U u 0 u Trạng thái mới của hệ thống sẽ thỏa mãn với phương trình: fi{( )( )} xn x0 x 0 x 0 uu x 0 f f f f f( x , u ) i x i x i u i u (2.6) i00 x i x ni u i u r i ni i r Vì x f(,) x u nên: ii0 0 0 . f f f f xi x i x i u i u (2.7) 1 xi x ni u i u r i ni i r Với I = 1, 2, 3, , n g g g g yi x i x i u i u (2.8) i x i x mi u i u r i mi i r Với I = 1, 2, 3, , m . x A x B u . y C x D u Trong đĩ: f f f f i 1 i 1 xx uu 1 n 1 r A B ff ff nn nn xx uu 1 n 1 n g g g g i 1 i 1 xx uu 1 n 1 r C D gg gg nm nn xx uu 1 r 1 r HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 8
- Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến Trong đĩ: : vectơ trạng thái bậc n. r : vectơ đầu ra bậc m. y : vectơ đầu vào (vectơ điều khiển ) bậc r. u A là ma trận trạng thái (ma trận Jacobi) bậc (n x n). B là ma trận điều khiển bậc (n x r). C là ma trận đầu ra bậc (n x n). D là ma trận hồi tiếp. Là tỉ lệ của các tính hiệu đầu vào ảnh hưởng trực tiếp đến tính hiệu đầu ra với ma trận A là ma trận Jacobi của mơ hình động hệ thống, nĩ quyết định tính chất động học của hệ thống. 1.3 Điểm cân bằng (Equibibrium or singular point) Điểm cân bằng là điểm mà tại đĩ tất cả các đạo hàm là đồng thời bằng xx1 n khơng, hệ thống được xem là dừng bởi tất cả các biến bằng hằng số, khơng thay đổi theo thời gian. Điểm cân bằng thõa mãn điều kiện sau: Fi( , u ) 0 (2.9) x0 Nếu phương trình fi (i =1, 2, , n) là tuyển tính, thì hệ thống gọi là hệ tuyển tính và sẻ chỉ cĩ một điểm cân bằng duy nhất. Ngược lại, đối với hệ thống phi tuyến thì thơng thường khi khảo sát sẽ cĩ nhiều hơn một điểm cân bằng là đặc trưng chính khi khảo sát một hệ thống động nào đĩ, đồng thời sẽ rút ra được các tính chất ổn định của hệ thống. Sau khi khảo sát các điểm cân bằng thì cĩ thể biết được các trang thái ổn định như: Ổn định cục bộ. Ổn định luân cục. Ổn định giới hạn. 2. CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 2.1 Đặc tính của hệ thống truyền tải [1] Đặc tính cần quan tâm là quan hệ giữa cơng suất truyền tải ( PR )-điện áp đầu nhận (VR ) và cơng suất phản kháng bơm vào nút (Qi)-điện áp nút ( ). a) Đƣờng cong P – V HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 9
- Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến Xét sơ đồ hình tia trên gồm điện áp Es là hằng số (cơng suất cơ và cuộn kích từ khơng đổi) cung cấp cho một phụ tải Zload (tổng trở tải) qua một tổng trở nối tiếp ZLN (tổng trở của nguồn,đường dây truyền tải và máy biến áp). Z LN V R V jQ RR E Z S load Hình 2.2: Hệ thống hình tia đơn giản Cơng suất truyền tải PR, cơng suất phản kháng nhận QR bằng cách biểu thức sau: Cơng nguồn tác dụng nguồn cấp cho tải: ZE P I.() V COS LOAD S 2 COS (2.10) RR KZ LN Cơng suất phản kháng nguồn cấp cho tải: ZE Q I.() V COS LOAD S 2 SIN (2.11) RR KZ LN Mà QP tan RR Trong đĩ: 1 E Biên độ dịng điện: I S Z K LN 1 Z Biên độ điện áp nhận là: VZIE . load R loadZ S K LN ZZ Và K 1 (load )2 2( load )cos( ) ZZ LN LN Giá trị tới hạn khi Zload =ZLN khi đĩ cĩ: HVTH: Phạm Hồng Đạt Trang 10