Tài liệu ổn định điện áp dùng svc trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HOÀNG 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 HOÀNG 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 HOÀNG 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 BOÄ GIAÙO DUÏC & ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH COÄNG HOAØ XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM Ñoäc laäp – Töï do – Haïnh Phuùc XAÙC NHAÄN CUÛA CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN Hoï vaø teân hoïc vieân: Phạm Hoàng Đạt MSHV: 0955250007 Chuyeân ngaønh: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện Khoùa: 2009 - 2011 Teân ñeà taøi: Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện. Hoïc vieân ñaõ hoaøn thaønh LVTN theo ñuùng yeâu caàu veà noäi dung vaø hình thöùc (theo qui ñònh) cuûa moät luaän vaên thaïc só. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 Giaûng vieân höôùng daãn (Kyù & ghi roõ hoïc teân) Hồ Văn Hiến Luận văn thạc sĩ Lý lịch khoa học LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Phạm Hoàng 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: [email protected] 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 Hóa - Cung Cấp điện III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: Thời gian công tác 2003- 2004 Nơi công tác Công ty DNTN BÁCH VIỆT- Công việc đảm nhiệm Nhân viên Bảo trì KCN Tân Bình 2006 - đến nay Trường ĐH Công Nghiệp Giảng Viên Khoa Điện TPHCM HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang i GVHD:TS.Hồ Văn Hiến Luận văn thạc sĩ Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2012 Người cam đoan Phạm Hoàng Đạt HVTH: Phạm Hoàng 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 lòng 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 có thể thực hiện tốt luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn tất cả Quý Thầy Cô 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. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 12 năm 2012 Người thực hiện Phạm Hoàng Đạt HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang iii GVHD: TS.Hồ Văn Hiến Luận văn thạc sĩ Tóm tắt TÓM TẮT Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đã nhận được nhiều chú ý trong hai thập niên gần đây. Nó sử dụng các thiết bị điện tử công suất dạng cao để điều khiển điện áp, phân bố công suất, ổn định, v.v. của hệ thống truyền tải. Các thiết bị FACST có 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 công 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 công 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 công suất, giảm tổn thất phản kháng và làm giảm dao động công suất cho mức truyền tải công suất cao. Trong nghiên cứu này, xác định vị trí dung lượng đặt SVC được nghiên cứu cho mô hình đường dây truyền tải có 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 có 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 công suất. HVTH: Phạm Hoàng 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 Tóm 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. Mô 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 công suất phản kháng .................................................................. 21 5.1. Tụ bù ngang ........................................................................................................... 21 5.2. Thiết bị bù ngang có 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 mô hình ma trận modal .................................. 39 9.2.1 Giá trị riêng .......................................................................................................... 39 9.2.2 Vector riêng ......................................................................................................... 40 9.2.3 Mô hình ma trận modal ........................................................................................ 40 HVTH: Phạm Hoàng 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. Mô 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 Hoàng 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 I ,V , P , Q R R R theo phụ tải ........................................................... 15 Hình 2.4. Đường cong P-V ứng với các hệ số công suất khác nhau......................... 17 Hình 2.5. Đặc tính P-V với hệ số công suất trễ......................................................... 18 Hình 2.6. Đặc tính P-V với hệ số công 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 QS (V ) với PL  0 và PL  0 . .............................................. 28 Hình 2.11. Đường đặc tính QL (V ) và QS (V ) ............................................................. 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 có và không có SVC .. 36 Hình 2.15. Quan hệ thời gian và điện áp quá áp ....................................................... 37 Hình 2.16. Mô hình vị trí SVC .................................................................................. 39 Hình 2.17. Sự thay đổi P và Q khi có SVC đối với mô hình SMIB ......................... 39 Hình 2.18. Đường cong góc – công suất đối với mô hình SMIB ............................. 41 Hình 2.19. Đặc tính công suất khi có và không có SVC........................................... 42 Hình 3.1. Sơ đồ lưới 5 nút ......................................................................................... 64 HVTH: Phạm Hoàng 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 không còn là vấn đề mới lạ đối với tất cả chúng ta. Tuy nhiên, nó đóng vai trò 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 thông tin về giới hạn ổn định và cơ chế gây ra mất ổn định điện áp từ đó đưa ra những dự báo, tìm biện pháp cải thiện, khắc phục kịp thời hiện tượng sụp đổ điện áp có thể xảy ra. Nếu không có 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 toán 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 toán phân bố công suất. Khi đó có thể kết luận rằng hệ thống điện ổn định, mất ổn định hay sụp đổ. Từ đó 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 có những biện pháp cải thiện kịp thời. Trong luận văn này dự kiến sẽ sử dụng thiết bị bù tĩnh là thiết bị bù công suất phản kháng có điều khiển, ứng dụng công 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 đó nên chọn đề tài là:" ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN". HVTH: Phạm Hoàng 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, đòi hỏi ngành điện đáp ứng nhu cầu tải ngày càng tăng trong khi các nguồn phát còn hạn chế. Do vậy vấn đề an ninh của hệ thống là mối quan tâm rất lớn của ngành năng lượng nói chung và ngành điện nói riêng. Trong đó, 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 công suất phản kháng sử dụng công 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 có 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 có 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: Mô hình hóa và mô phỏng bằng phần mềm Matlab và Powerworld. Dữ liệu đã được công 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 Hoàng 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 CÓ ĐIỆN ÁP 345KV Chương IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT TÀI LIỆU THAM KHẢO. PHỤ LỤC. HVTH: Phạm Hoàng 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 có mối quan hệ tương tác lẫn nhau rất phức tạp tồn tại vô số các nhiễu tác động lên hệ thống. Hệ thống phải đảm bảo được tính ổn định khi có 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 có thể tồn tại và vận hành: chế độ xác lập chẳng hạn, để tồn tại cần phải có sự cân bằng công suất trong hệ (làm các thông số của hệ mới giữ không đổi) và đồng thời phải duy trì được độ lệch nhỏ của các thông số định mức dưới những kích động ngẫu nhiên nhỏ (làm các thông số này lệch khỏi các giá trị tại điểm cân bằng); hoặc do những tác động của những thao tác đóng 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, có thể phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải, có thể làm tan rã hệ thống và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế. Do đó 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.  Có 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 có 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 có những nhiễu nhỏ (thường xuyên hiện hữu trong không gian) thì con lắc sẽ giao động. Tuy nhiên do lực cản không khí, dao động tắt dần và con lắc sẽ trở về vị trí ban đầu. HVTH: Phạm Hoàng 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 không ổn định. Lý do là chỉ cần nhiễu nhỏ (gió nhẹ) thì hòn bi sẽ rời khỏi điểm B. Hệ thống điện như trên đã nói, chế độ xác lập khi có điều kiện cân bằng công suất sẽ có các thông số không thay đổi hoặc chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các giá tri ban đầu. Tuy nhiên, trong hệ thống khi vận hành có rất nhiều tác động nhỏ, ngẫu nhiên: sự thay đổi của công 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 thông 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 nói nếu có thể chuyển được sang chế độ xác lập mới thì hệ sẽ có tính ổn định động. Các kích động lớn ở đây có thể được hiểu như sau:  Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện.  Đóng cắt các phần tử lưới điện.  Tăng giảm đột ngột. Giả sử như có một máy phát điện đang phát công suất p0 nay do nhu cầu cần phải tăng ngay công suất lên P1 . Ở thời điểm này sẽ có sự tăng động ngột công 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 nói hệ có tính ổn định động. Ngược lại, nếu máy phát liên tục tăng tốc, nó sẽ rời khỏi đồng bộ và phải bắt buộc phải được cắt ra khỏi lưới, khi ấy hệ mất ổn định động. HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 5 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến 1.2 Mô hình hệ thống điện – Không gian trạng thái Mô hình hệ thống điện – không gian trạng thái, trạng thái của một hệ thống động như một hệ thống điện thì có thể mô tả bởi tập hợp N phương trình vi phân bậc nhất dạng phi tuyến như sau: . X i  fi ( x1. x n ,u 1...u r ,t ) (2.1) Trong đó: 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 đó: X  ( x1............ x n)t là vectơ trạng thái của hệ thống. U  (u1.......u r )t là vectơ đầu vào (biến điều khiển) của hệ thống. f ( f 1.............. f n )t (2.3) Trong trường hợp đạo hàm của các biến trang thái khủng là một hàm explicit thì hệ thống gọi là hệ thống autonomus. Khi đó phương trình trên có thể viết đơn giản lại . là: X  fi ( x, u ) . Ngoài ra, chúng ta cần phải quan tâm biến đầu ra có mối quan hệ đại số có các biến trạng thái và biến điều khiển có thể diễn tả dưới dạng: Y=g(x,u). Trong đó: y  (y y) T 1........... g  (g 1........... n g n là vectơ biến đầu ra (output) của hệ thống. )T Đối với hệ thống máy điện đồng bộ và bộ kích từ dạng IEEE loại 1, các phương trình mô tả hệ thống có thể viết như sau: Các phương trình vi phân về kích từ và điều tốc: d i    i s dt HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 6 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến [ E ,  X , I ]I [ E ,  X , I ]I d T qi di qi qi qi qi qi Di (i  s ) i  Mi  qi   dt M M M M i i i i , dE , E, E, qi qi [( X di  X di ) I di ] fdi    dt T, T, T, doi doi doi dE , I E, qi qi di   (X  X , ) qi qi dt T, T, qoi qoi dE , V K  S E .E fdi fdi   Ei E fdi  Ri dt TEi TEi dV V K Ri   Ri  Ai R  K Ai .K Fi .E  K Ai (V  V ) fi fdi refi i dt TAi TAi TAi .TFi TAi dR Fi   RFi  K Fi .E Fdi dt TFi (TFi )2 Các phương trình đại số Stator: E,  V sin(   )  R .I  X , I  0 di i i i  i di qi qi E,  V cos(   )  R .I  X , I  0 qi i i i  i qi di di Các phương trình trong hệ thống: n I V sin(   )  I V cos(   )  P (V )   V V Y cos(     )  0 di i i i qi i i i Li i i k ik i k ik k 1 n I V cos(   )  I V sin(   )  Q (V )   V V Y sin(     )  0 di i i i qi i i i Li i i k ik i k ik k 1 n P (V )   V V Y cos(     )  0 Li i i k ik i k ik k 1 n Q (V )   V V Y 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 Hoàng Đạt Trang 7 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT x . 0 GVHD: TS.Hồ Văn Hiến  f (u x, x o) . . (2.4) 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: x x . . n 0   x 0  fi{( x 0  u )( x 0  u )} . f f f f  f ( x , u )  i x  ....  i x  i u  ....  i u i 0 0 x i ni u i r x u i ni i r (2.6) Vì x  f ( x , u ) nên: i0 i 0 0 . f f f f x  i x  ....  i x  i u  ....  i u 1 x i ni u i r x u i ni i r (2.7) Với I = 1, 2, 3, …, n g g g g i x  i u  ....  i u y  i x  ....  i x i mi u i r x u i mi i r (2.8) Với I = 1, 2, 3, …, m .  x  A.x  B.u .  y  C.x  D.u Trong đó:  f  i  x1  A   ....  f  n  x  1  g  i  x1  C   ....  g  n  x  1 f  1 x  n  .... ...  f  n .... x  n f   f 1  i .... u   u1 r   B   .... .... ...   f f  n  n ....  u u  n  1 g  1 x  n  .... ...  g  m .... x  r   g  i  u1  D   ....  g  n  u  1 .... .... HVTH: Phạm Hoàng Đạt g  1 u  r  .... ...  g  n .... u  r .... Trang 8 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến Trong đó:    r y u : vectơ trạng thái bậc n. : vectơ đầu ra bậc m. : vectơ đầu vào (vectơ điều khiển ) bậc r. 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 mô hình động hệ thống, nó 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 đó tất cả các đạo hàm . . 1....... n x x là đồng thời bằng không, hệ thống được xem là dừng bởi tất cả các biến bằng hằng số, không thay đổi theo thời gian. Điểm cân bằng thõa mãn điều kiện sau: Fi( x0, u)  0 (2.9) Nếu phương trình fi (i =1, 2, …, n) là tuyển tính, thì hệ thống gọi là hệ tuyển tính và sẻ chỉ có một điểm cân bằng duy nhất. Ngược lại, đối với hệ thống phi tuyến thì thông thường khi khảo sát sẽ có nhiều hơn một điểm cân bằng là đặc trưng chính khi khảo sát một hệ thống động nào đó, đồng thời sẽ rút ra được các tính chất ổn định của hệ thống. Sau khi khảo sát các điểm cân bằng thì có 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 công suất truyền tải ( PR )-điện áp đầu nhận ( VR ) và công suất phản kháng bơm vào nút (Qi)-điện áp nút ( VR ). a) Đƣờng cong P – V HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 9