Điều khiển hệ thống điện: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:132

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu "Điều khiển hệ thống điện" tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện theo mô hình đơn giản; Phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện xét đến cấu trúc các bộ tự động điều chỉnh điện áp và tần số; Nâng cao ổn định hệ thống điện; Điều khiển tối ưu quá trình quá độ. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Điều khiển hệ thống điện: Phần 2

Chương 5 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN THEO MÔ HÌNH ĐƠN GIẢN 5.1 Các mô hình và phương pháp phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện Trong chương 2 đã tổng quan các phương pháp toán nghiên cứu ổn định các hệ thống nói chung, khả năng áp dụng các phương pháp này để phân tích ổn định tĩnh, ổn định động HTĐ nói riêng. Để nghiên cứu ổn định tĩnh có thể áp dụng lý thuyết ổn định cổ điển với tiêu chuẩn năng lượng hoặc áp dụng lý thuyết ổn định của Lyapunov. Chương 3 đã thiết lập hệ phương trình CĐXL của HTĐ (nói đúng hơn, là phương trình trạng thái của điểm cân bằng), từ đó xác định các đặc tính công suất dùng cho mục đích phân tích ổn định theo tiêu chuẩn nàng lượng. Để phân tích ổn định theo phương pháp dao động bé của lý thuyết ổn định Lyapunov cần thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động quá độ hệ thống. Chương 4 cũng đã chỉ ra cách thiết lập hộ phương trình vi phân chuyển động quá độ HTĐ viết trong hê toạ độ quay, ứng với các mức chính xác (chi tiết) khác nhau. Mô hình đơn giản bỏ qua QTQĐ điên từ và hệ phương trình vi phân QTQĐ trong các thiết bị tự động điều chỉnh. Mô hình chi tiết xét đẩy đủ đến các yếu tố này. Thực ta khi nghiên cứu ổn định tĩnh theo tiêu chuẩn năng lượng, dựa trên các đặc tính công suất, QTQĐ điện từ và chuyển động quá độ trong các thiết bị điều chỉnh cũng đã bị bỏ qua (nghĩa là sử dụng mô hình đơn giản hoá hệ thống). Việc lựa chọn mô hình nào (đơn giản hoá hay chi tiết), cũng như áp dụng các phương pháp phân tích phụ thuộc chủ yếu vào khả năng đáp ứng các mục đích nghiên cứu. Không phải lúc nào việc áp dụng mô hình đầy đủ, sử dụng phương pháp phức tạp cũng đem lại hiệu quả cao. Bảng 5.1 thể hiện các khả năng khác nhau áp dụng mô hình và phương pháp nghiên cứu ổn định HTÉ). 79
Bảng 4.1 Mô hình Đơn giản hoá Đầy đủ Cấu trúc Đơn giản (1) (2) Phức tạp (3) (4) Thông thường, khi nghiên cứu sơ bộ (khảo sát thiết kế) nên cô' gắng đưa về trường hợp (1) hoặc (3), nghĩa là áp dụng mô hình hê thống đơn giản hoá (chưa xét ảnh hưởng QTQĐ điên từ và diễn biến bên trong thiết bị điều chỉnh). Trong vận hành hoặc khi nghiên cứu riêng biệt (ví dụ, nghiên cứu hiệu quả các phương tiện điều chỉnh) cần đưa về các trường hợp (2) hoặc (4). 5.2 Các cấu trúc điển hình của hệ thống điện Trên quan điểm phân tích ổn định người ta chia ra hai loại chính: hệ thống điên có cấu trúc đơn giản và hê thống điện có cấu trúc phức tạp. Mỗi loại cấu trúc có thể mô tả tương ứng với một số sơ đồ điển hình (hình 5.1). Hệ thống điện được coi là có cấu trúc đơn giản nếu sau các phép biến đổi đẳng trị có thể đưa được về các dạng điển hình gổm 1 đến 2 máy phát. Hê thống điên được coi là có cấu trúc phức tạp nếu phải mô tả bằng sơ đồ có từ 3 máy phát trở lên. Đối với các hệ thông điện đơn giản thường có rất nhiều phương pháp phân tích đánh giá ổn định, có thể đưa ra được những kết lụân theo nhiều khía cạnh khác nhau, áp dụng rất thuận tiên trong thiết kế, vận hành. Trong khi đó, cho đến nay ổn định của HTĐ phức tạp vẫn còn rất nhiều tồn tại trong phương pháp luận cũng như các tính toán ứng dụng thực tiễn. Cũng chính vì vậy việc nghiên cứu ổn định của các HTĐ có cấu trúc đơn giản cộ ý nghĩa hết sức quan trọng. Không phải chỉ đơn thuần bởi qua các, HTD đơn giản có thể trình bầy thuận lợi, đầy đủ ý tưởng của các phương phẩp, mà còn bởi có rất nhiểu ứng dụng trực tiếp rất hiệu quả có thể đưa ra được từ phân tích HTĐ có cấu trúc đơn giản. Hơn thế nữa, đa sô' các trường hợp phân tích ổn định HTĐ thực tế có thể đưa vế các dạng đơn giản điển hình, sau những phép biên đổi đẳng trị. Khi đó các tính toán phân tích trở nên hết sức dê dàng, về định lượng có thê’ áp dụng các công thức, đường cong chuẩn để xảc định, còn vể mặt định tính có thể đưa ra ngay hàng loạt những đặc đểm quan trọng cần lưu ý. Có 4 cấu trúc điển hình cho HTĐ đơn giản: Cấu trúc I, máy phát điên (có phụ tải đầu cực) phát công suất qua đường dây lên hê thống công suất vô cùng lớn (thanh góp điện áp không đổi). Thực tế, đây là trường hợp nghiên cứu ổn định của HTĐ nhỏ (hoặc nhà máy điện) có công suất 80
thừa phát vào một hê thống khác có công suất lớn qua các đường dây tải điện tương đối dài. Cấu trúc II, mặy phát điện nối với hê thống công suất vô cùng lớn qua đường dây. Máy phát không đủ công suất cung cấp cho phụ tải đầu cực, phải nhận thêm công suất từ hệ thống về. Thực tế, đây là trường hợp nghiên cứu ổn định của hệ thống nhỏ thiếu công suất có liên kết với hệ thống khác. ■ Cấu trúc III, hai máy phát có phụ tải đầu cực, nối với nhau qua đường dây. Công suất hai máy phát tương đương, nhưng do tương quan phụ tải địa phương không cân bằng một lượng công suất khá lớn truyền theo đường dây về một hướng. Sơ đổ này đặc trưng cho phân tích ổn định của hệ thống hợp nhất (2 hệ thống) có liên kết mạnh. Cấu trúc IV, hai máy phát có công suất tương đương nối với nhau qua đường dây, nhưng chỉ truyền tải công suất nhỏ. Sơ đồ trong trường hợp này tương ứng với các hệ thống điện hợp nhất có liên hệ yếu. p Pm=O,l(P,1+P,2) Hình 5.1 Các hệ thống điện cấu trúc phức tạp (từ 3 máy trở lêri) có thể phân loại thành: sơ đồ xâu chuỗi, sơ đồ hình tia, sơ đồ mạch vòng, sơ đồ hỗn hợp như trên hình vẽ (cấu trúc V đến VIII). Chương này trình bày phương pháp phân tích ổn định tĩnh các HTĐ có cấu trúc đơn giản cũng như phức tạp, tuy nhiên, chưa xét đến ảnh hưởng của các thiết bị điều chỉnh (mô hình QTQĐ đơn giản hoá). 81
5.3 Ôn định tĩnh,hệ thống điện đơn giản nhất (cấu trúc I) Sơ đồ đơn giản nhất đối vứi bài toán ổn định có thể coi là sơ đồ trên hình 5.2a. Hê thống bao gổm một máy phát điện đổng bộ, phát công suất lên thanh góp hệ thống có điên áp không đổi u (qua máy biến áp, đường đây). Hình 5.2 Tương ứng với mô hình đơn giản có thể biểu diễn gần đúng máy phát bằng sđđ cố định EF sau điên kháng XF (chẳng hạn E'd sau X'q). Bỏ qua các điện trở, có thể đẳng trị sơ đồ bằng một điên kháng tổrig X như trên hình 5.2c. Đổng thời để đơn giản khi viết, ký hiệu sđđ bằng chữ E. Trước khi phân tích ổn định cần xác định các điểm cân bằng và phương trình chuyển động quá độ của hệ thống. Trong trường hợp này, như đã xét trong chương 4, phương trình chuyển động quá độ HTĐ có dạng sau: J-^|+kD-^ = PT-P(ô) (5-1) PT - P(Ô) = 0 (5-2) 82
Phương trình thể hiện điều kiện cân bằng công suất tác dụng của nút máy phát. Biết PT , từ (5-2) dễ dàng tính được góc lệch ỗ của các điểm cân bằng: so= arcsin(PT/Pm) ỗ'o=18O° - arcsin(PT/Pm) Các đặc tính công suất viết cho nút phát: EU P(S) - —T~sinô = Pm sinỗ X Qf(ô) = —----- —-cosỏ (5-3) X X 1- Phán tích ổn định theo tiêu chuẩn năng lượng Hệ thống chỉ bao gồm 2 nút: nút thanh góp u có thông số không đổi, nút máy phát còn lại có góc lệch ô thay đổi theo tương quan cân bằng công suất tác dụng. Tương ứng với biểu thức đặc tính công suất ta có đồ thị như hình 5.3. P.Q /Qf Hình 5.3 Tính ổn định tĩnh có thê được xét cho các điểm cân bằng a và b . Cách phân tích trực tiếp theo định nghĩa ổn định đã trình bày trong chương 1. Ớ đây, thử trình bầy lại theo tiêu chuẩn chung của lý thuyết ổn định cổ điển - tiêu chuẩn năng lượng. Điều kiện ổn định hệ thống viết cho nút nguồn: 83
trong đó: AW = AWp - AWt - hiệu số giữa các số gia năng lượng của nguồn phát và phụ tải; An - sô' gia thông số trạng thái của nút, ở đây là só gia góc lệch 8. Trường hợp đang xét, ta có sô' gia công suất: AP = APp - APt = APt - AP (8) Coi cồng suất tua-bin không đổi (APT = 0) và viết theo vi phân ta có tiêu chuẩn ổn định của điểm cân bằng: dP(8)>n EU X ; > 0 hay ----- cos80> 0 d8 X Suy ra các điều kiện ổn định tương đương (trong phạm vi phát công suất): - 7t/2 < 80 < 7t/2 dp/ d8 > ỏ hệ thống ổn định (điểm a) •t/2 < 80 < n dP/ d8 < 0 hệ thống không ổn định (điểm b) 80 = 7t/2 dP/ d8 = 0 hệ thống ở giới hạn ổn định . Các kết quả nhận được theo tiêu chuẩn năng lượng nêu trên có thể dễ dàng nhận thấy qua hình vẽ. Khi táng công suất PT điểm cân bằng ổn định (nằm phía trái điểm cực đại đường cong P(8)) dịch dần lên phía trên, tương ứng với góc 80 tăng dần. Đến giới hạn, ở điểm cực đại 80 = 90°. Đối với máy phát điện cực lồi, cách phân tích cũng hoàn toàn tương tự. Tuy nhiên, khi không xét ảnh hưởng của TDK (Eq = const) có sự khác nhau trong biểu thức của đặc tính công suất P(8). Theo cách thực hiên trong chương 3, dễ dàng có thể nhận được biểu thức của P(8) qua đồ thị véc tơ và sơ đồ thay thê' (hình 5.4). Cần chú ý trong trương hợp này, nếu sử dụng sơ đồ thay thế chỉ có thể mô tả theo sđđ giả tưởng Eq sau điện kháng Xq, do đó cần bổ sung thêm quan hệ: EQ = Eq-Id(Xd-Xq) Từ đồ thị véc tơ có thể nhân được: Xqy Id=EQ-Ucos8 Id=l/XflS(EQ-Ucosô) Từ đó có thể nhân được biểu thức của Eq viết theo Eq (xem 3-6 a): ! Xav Xd-XQ_ „ Eo =^-Ea q-Ucos8 X Y q Y AdL AdE 84
Thay vào đặc tính công suất, có thể nhận được Hình 5-4 Dễ thấy, so với máy phát cực ẩn, đặc tính công suất của máy phát điện cực lồi có thêm phẩn công suất phụ, biến thiên theo góc 2S (hình 5.5). Khi đó công suất cực đại Pm tằng thêm, đồng thời góc lệch giói hạn ỗm < 90°. Để xác định được Pm và Sm cần dựa vào phương trình dP/d8 = 0. Trong phạm vi công suất phát (P > 0) điều kiện ổn định hệ thống là 0 < ồ < Sm. Hãy xét trường hợp tổng quát hơn theo cấu trúc I, khi sơ đồ có thêm phụ tải đầu cực máy phát và xét đến điện trở đường dây. Khi đó sơ đổ có thể biểu thị như trên hinh 5,6. 85
p Hình 5.6 Đặc tính công suất tác dụng và phản kháng có thể xác định theo (3-3): P = Eq2yl|SĨnall + Eq u y12sin(8 - a)2) = P), + Pl2(8) (5-5) Q = Eq2 yIỊ cosct, I + Eq u y,2cos(8 - a12) = Q, 1 + Ql2(8) Đặc tính có thể coi gồm 2 thành phần: thành phần không phụ thuộc góc lệch 8 (PH và Qh) và thành phần phụ thuộc góc lệch 8 (P|2 và Q|2). Do có thành phần công suất tác dụng (tổn hao hoặc phụ tải) xuất hiện thêm góc lệch ơy trong tổng dẫn, đặc tính được nâng cao lên (theo trị số P||) đồng thời dịch đỉnh cực đại về phía phải ứng với 8m = 90° + a12. Điều kiện ổn định hệ thông: 0 < 8 < 90° + a12 0 < PT< P|2m + P|| 2. Phán tích ổn định theo phương pháp dao động bé Khi phân tích ổn định theo phương pháp dao động bé cần phải dựa vào phương trình vi phân mô tả QTQĐ, nghĩa là xét đến chuyển động có quán tính hê thống. Theo (5-1) ta có: j2e 1C TJTT + Kd3T = Pt-P(S) (5-6) dr dt với P(8) là công suất điên từ máy phát, có thể nhân các biểu thức (5-1 a), (5-4) hay (5-5). 0 đây và về sau để tiện cho cách viết, ta sử dụng hằng số quán tính Tj có đơn vị radian thay cho Tj/(Oo có đơn vị sec. Trước hết, cần phải tuyến tính hoá hệ phương trình (5-6) xung quanh điểm cân bằng. Có 2 cách thực hiên: lấy vi phân 2 vế của phương trình theo góc lệch 8 hoặc khai triển chuỗi Taylo các hàm phi tuyến xung quanh điểm cân bằng và bỏ qua các 86
thành phần bậc cao hơn 1. Theo cách thứ nhất cần lấy đạo hàm các sô' hạng theo 8 và nhân với Aô. Kết quả nhận được phương trình vi phân tuyến tính của độ lệch A8: d2AÔ , v dAÔ ỔPAS 1 dt2 D dt ỡô Ký hiệu ỠP/ Ỡ8 = c và viết dưới dạng toán tử ta có: T,p2AÔ + KDpA8 + cAS = 0 (5-8) Theo cách thứ 2 cần khai triển hàm P(Ô) thành chuỗi Tay lo: P(8) = P(80) + -^AÔ + 4^-ịA82 + ... . • ° dỗ 2 ổ28 Bỏ qua các thành phần bậc 2 trở lên và thay vào (5-6), sẽ có: d2(50+A8) d Fr>/s: \ , dp . s Tj + Kd (Ỗq+Aỗ) — PT P(80) + Aô dt ■ dt L ỡô Để ý rằng -yv(S0+ A8) = -Ậ—AÔ;Ậ(ÔO+ Aô) - và PT - P(80) = 0, rút gọn dt2 dt dt dt các biểu thức ta cũng có phương trình (5-7). Phương trình đặc trưng của (5-8) viết được như sau: Tj p2 + KDp + c = 0 Phương trình có 2 nghiêm: = a ± jy Ở đây ký hiệu: K. a -- - hệ sô' tắt dần; 2Tj - tần sô' dao động riêng. 87
Có thể khảo sát ổn định hê thống trực tiếp theo dạng của lời giải: A3(t) = A| eP|t + A2 eP2' hoặc theo các phương pháp nêu trong chương 2. Dạng lòi giải phụ thuộc p, và p2, xác định bởi các hê sô' KD, Tj và c. Như đã biết, Kd và Tj là thông số cố định phụ thuộc cấu trúc tua-bin máy phát, còn hè số c có trị số phụ thuộc trạng thái điểm cân bằng (phụ thuộc 50). Hãy xét ttường hợp hê thống có đặc tính công suất đơn giản nhất (5-1 a), tương ứng với P(8) = Pm sin8. Khi đó c - Pmcos80. Tuỳ theo vị trí điểm cân bằng 80, ta có các trường hợp khác nhau vể tính ổn định hê thông. - Khi c> 0, hệ thống ổn định vì 2 nghiệm phương trình đặc trưng đểu có phần thực âm. Nếu phân tích biểu thức của c dễ thấy đó chính là các trường hợp điểm cân bằng nằm bên trái giầ trị 80 = 90ỡ Tuy hhiêii iạì có 2 trường hợp xảy ra phụ thuộc tương quan các trị số của c, Tj và KD: Với c/Tj < a2, cả 2 nghiệm đều là thuần thực và âm, qùá trình có dạng tắt dần không dao động: A8 = A|e’k“ + A, e'k2' Với c/Tj > a2, cả 2 nghiệm là phức có phần thực âm, quá trình dao động tắt dần với hê số tắt a và tần số dao động y: A8(t) = Ae’|a|t sin(Ỵt + ọ) trong đó A và cp là những hằng số phụ thuộc vào điều kiện đẩu. Cũng nhận thấy rằng xu hướng có dao động xảy ra khi KD nhỏ, hoặc điểm 80 ở vị trí thấp, bên trái đường cong đặc tính (để c có trị số lớn). Đó là vì c = ỠP/ổ8|â0 chính là độ dốc của tiếp tuyến với đường cong P(8) tại điểm 80. 88
- Khi c
Khi công suất phát tăng (8 tăng lên) điện áp đầu cực máy phát được giữ không đổi, nhưng dòng điện I tăng lên. Tổn thất điện áp trên điện khạng máy phát Xj tăng lên lỉdệ với I. Do đó Eq cần phải tăng vể trị số như trên hình vẽ mới giữ được UF không đổi. Điều này thực hiện được nhờ tăng dòng điện kích từ (tác động bởi TDK) của hệ thống kích từ máy phát. Quá trình thay đổí của điện áp và sđđ máy phát (theo độ tăng của PT) có thể biểu diễn như trận hình (5-8 b). Thực tế dơ tác đông điều chỉnh giữ điện áp không hoàn toàn lý tưởng, diện áp UF có .nhỏ hơn trị số ban đầu một chút (đường chấm chấm), do đó dòng kích từ (thể hiên qua Eq) cũng chỉ tăng theo đường châm chấm trên hình vẽ. Hãy xét sự thay đổi của đặc tính công suất P(ô). Với công suất PTO sđđ máy phát là Eqe,điểm làm việc của mậy phát là so. Đường cong hình sin tương úng chỉ là đường đặc tính cộng suất giả tưởng khi không có TDK. Thực tế, khi 8 tăng Eq cũng tăng, các đường đặc tính công suất giả tưởng cùng với trị số Pm tương ứng cũng phải tăng theo Eq. Chúng được biểu diễn bằng một loạt các đường cong, hình sin, cắt các đặc tính PT tại các điểm cân bằng quá độ (luôn thay đổi). Nối các điểm cân bằng tương ứng này với nhau ta được đường cong đặc tính công suất động của máy phát có xét đến ảnh hưởng của TDK. Khi điện áp UF không giữ được hoàn toàn cố định, đường đặc tính công suất động sẽ đi theo đường thấp hơn (chấm chấm). Như vậy do tác động của TDK giới hạn ổn định tĩnh tăng lên đáng kể, tương ứng với điểm cực đại của đường đặc tính công suất động. Thực tế do giới hạn của Eq công suất giới hạn Pgh có trị sô' nhỏ hơn (hình 5.9). Giả thiết tác động điều chỉnh của TDK giữ hoàn toàn được UF = const (điều chỉnh siêu tĩnh) giới hận cực đại công suất phát sẽ là: - UFU 90
Ở đây, x„g = XB + XD, không kể điên kháng bên trong máy phát. Như vậy khi có TDK tác động mạnh có thể coi đặc tính công suất như của sơ đổ thay thế máy phát bằng Up = const và Xp = 0 (hình 5.10). Hình 5.10 Ngược với trường hợp trên (TDK có đặc tính điều chỉnh siêu tĩnh) là trường hợp máy phát không có tự động điều chỉnh kích từ, máy phát cần được thay bằng Eq sau điện kháng Xd- Như vậy điều chỉnh theo đặc tính tĩnh của TDK sẽ là trường hợp trung gian, máy phát cần mô tả bằng sđđ Ex sau điện kháng AX. Khi sử dụng các TDK tác động tỷ lê, sẽ khá phù hợp nếu chọn AX = X’d và Ex = E’ * E’q (theo kết quả thực tế). Điều này đã giải thích tại sao trong mô hình đơn giản phân tích ổn định người ta thay thế máy phát bằng các sơ đồ Up = const khi có TDK tác động mạnh, E'q sau X’d với TDK tác động tỉ lệ, hoặc Eq sau Xd khi không xét đến ảnh của TDK (không có TDK). 5.5 Ổn định của hệ thống điện đơn giản nhận công suất (câu trúc II) Xét sơ đồ hê thống điên rihư hình 5-11. D HT PH+jQH Hình 5.11 91
So với cấu ưúc I dã xét trong phần trên, chỉ có sự khác nhau về chế độ làm việc. Mậy phát không đủ công suất cung cấp cho phụ tải địa phương, Ỉubnỉphải nhận một lượng công suất đáng kể từ đường dây liên kết hê thống mới cân bằng được công suất. Điên áp thanh góp hê thống ƯH vẫn được coi là không đổi. Sơ đồ vừa nêu là trường hợp điển hình khi nghiên cứu ổn'định của một hê thống nhỏ thiếu công suất, nối với hê thống khác (lớn hơn nhiều) qua đường dây dài. Hệ thống nhỏ đang xét được đẳng trị bằng một máy phát và một phụ,iải tập trung. Các công suất tác dụng và phản kháng Pp, QF cung cấp đến thanh góp phụ tải Ư thường được giả thiét là đã ở giới hạn có thể (đã cho). Sự biến thiên nhu cầu phụ tải St là điều kiên quan trọng quyết định tính ổn định tĩnh của hệ thống. Hãy xét trường hợp đơn giản nhất khi bở qua tổn thất công suất tác dụng của máy biến áp và đường dây truyền tải. Để khảo sát ổn định trong trường hợp này \ nguyên tắc có thể thực hiên hoàn toàn giống như đối với cấu trúc I. Đặc tính công suất của máy phát có dạng: Pp = Eqy11sina11 + EqÚHy]2sin(S-a12) = P11 +P12(S) Qf = Eqy1|COSa|I -EqUHy12COS(S-ai2) = Qn +Q12(§) Ở đây các biểu thức viết tương ứrig VỈH Jchi không kể hiệu quả của TDK. Trong trường họp ngược lại, cầh thay Ep và Xp bẵng các tụ sô' thích hợp (xem mục 5.4). Vẫn quý ước chiều dương cống suấttheo hướng phát từ nhà máy vào hê thống (qua nút tải U). Góc lệch 5 là góc phá giữa Eq và ÙH. Phụ tải được coi là tổng trở cố đinh khi xác định thông sô' của ma trận tổng dẫn Y. Các đặc tính công ,suất được biểu diên trên hình vẽ 5.12: 92
Có thể coi công suất phát PF gồm 2 phần Pn và P|2. Thành phần P| I bằng công suất của phụ tải địa phương (vì khi không có phụ tải các góc a đều bằng 0 và PH = 0). Thành phần P12 là công suất nhân về từ hệ thống (trị số âm theo hướng đưa lên hệ thống). Từ đổ thị dể nhận thấy điểm cân bằng ổn định của hệ thống là ỗ0, nằm phía bên phải điểm ôgh ứng với cực tiểu của công suất PF. Theo tiêu chuẩn năng lượng điểm ỗ0 thoả mãn điều kiện ổn định: ^ = W'-P’>
Tiểu chuẩn Ổn định tĩnh (ứng với cân bằng công suất phản kháng): dAQ _ dQp Ị dQp dQt dU dư dư dư Biểu thức cụ thể của QD có thể viết được như sau: ' Qd = -" + u? cosS (5-l°) A Ấ trong đó: X = xb + XD - điện kháng từ nút tải đến thành góp hê thống; s - góc lệch pha giữa u và UH với SH = 0. Trên hình 5.13 thể hiện tương quan cân bằng công suất phản kháng nguồn Qf + Qd với tải Qt. Theo tiêu chuẩn (5-9) và từ hình vẽ có thể suy ra hệ thống chỉ đảm bảo ổn định khi u > Ugh, trong đó Ugh tương ứng với đạo hàm dAQ/dU = 0. Ở trạng thái tới hạn, công suất tổng của nguồn cung cấp (kể cả từ đường dây) sẽ là cực đại bằng Qm. Đó cũng là giới hạn tối đa của phụ tải tiêu thụ tại nút u theo điều kiên ổn định tĩnh. Cũng cần chú ý rằng để xác định đúng ưị sô' Ugh và Qn,, không thể chỉ sử dụng (5-9) và (5-10). Đó là vì trong biểu thức của QD có chứa góc lệch 5, phụ thuộc vào công suất tác dụng truyền tải trên đường dây PD và vào chính cả điên áp nút u. Hãy xuất phát từ trạng thái cân bằng công suất (tác dụng và phản kháng) viết cho nút U. 94
PD + PF - pt = 0 Qd + Qf ■ Qi = 0 Thay biểu thức cụ thể của PDvà QD vào, ta có: ƯUH - ” sin 5 = P. - Pp = p X 1 F UUH ' u2 _ cosỗ~ Y =Q‘ ~QF =Q (5-11) X X. Ký hiệu p = pt - PF và Q = Qt - Qp được đưa vào chỉ nhằm làm đơn giản cách viết. Trong trường hợp này p và Q cũng chính là công suất truyền tải trên đường dây PD, Qd cung cấp về cho phụ tải. Quan hê (5-11) đúng với mọi điểm cân bằng kể cả điểm cân bằng giới hạn Ugh. Để ý rằng (5-11) là phương trình trùng phương của u, do đó có thể có 2 nghiện thực, vô nghiệm, hoặc 1 nghiêm bội phụ thuộc vào các trường hợp khác nhau của tương quan công suất (xem các điểm cắt trên hình vẽ (5.13)). Khi phương trình có 1 nghiệm thực dương (nghiêm bội) sẽ chính là điểm giới hạn. Sử dụng ký hiệu điện dẫn b = l/x và biến đổi phương trình về dạng: b2U4 + (2bQ - b2U2H) u2 + p2 + Q2 = 0 sẽ dễ nhận thấy hơn về điều kiện để hệ thống ở giới hạn ổn định. Đó là lúc: A = (2bQ-b2U2)2 -4b2(P2 +Q2) = 0 (5-12a) ~(2bQ-b2U2H) u (5-12b) 2b2 2 b Biểu thức (5-12 a) xác định quan hệ giữa công suất tác dụng và phản kháng truyển tải giới hạn trên đường dây (xét tại điểm nút phụ tải), còn (5-12 b) cho phép tính được điên áp giới hạn. Từ (5-12 a) có thể suy ra các quan hệ trong chế độ giới hạn: /_„ . \2 2Q-bU2 I 2 J (5-13a) • bư2 p2 Q= 4 (5-13b) bu2 95
r. bUH UH p = —£- V2 Khi p = o 4 Nếu biểu diễn quan hệ (5-13) trên mặt phảng công suất (P,Q) đường cong nhân được sẽ là giói hạn phân chia giữa miền ổn định và không ổn định. Đường cong giói hạn có dạng như trên hình vẽ 5.14. Như vậy là đối với hê thống đang xét, tồn tại miền ổn định trên mặt phăng công suất truyền tải (P,Q) trên đường dây. Từ kết quả phân tích trong phẩn trên có thể rút ra một số đặc đỉểm ổn định của hệ thống thiếu công suất như sau: - Giới hạn công suất tác dụng truyền tải trên đường dây cung cấp cho hê thống thiếu công suất phụ thuộc rất mạnh vào công suất phản kháng. Tồn tại một miền giới hạn Ổn định theo tiêu chuẩn trên mặt phảng công suất truyền tải. dư - Khả năng điều chỉnh công suất phản kháng phát tại chỗ của hệ thống điện thiếu công suất có ảnh hưởng nhiều đến khả năng nhân công suất tác dụng về cho phụ tải. Khi khả năng phát này bị giảm sẽ dẫn đến giẳm nhanh giới hạn nhận về của công suất tác dụng. 96
- Việc bù tại chỗ, nâng cao coscp phụ tải là những biện pháp hữu hiệu nâng cao khả năng nhận công suất và tính ổn định cho hệ thống. Những tính chất trên cũng chính là đặc điểm ổn định của HTĐ hợp nhất Bắc - Trung - Nam của Việt Nam, giai đoạn đầu mới đưa ĐDSCA 500 kV vào vận hành. So với công suất của HTĐ miền Bắc (có NMTĐ Hoà Bình công suất lớn ở đầu ĐDSCA) HTĐ miền Nam có thể xem là HTĐ nhỏ thiếu công suất. Áp dụng mô hình cấu trúc II để phân tích ổn định HTĐ hợp nhất là tương đối phù hợp. Hãy xét thêm ảnh hưởng của việc bù công suất phản kháng tại nút phụ tải, sử dụng thiết bị bù tĩnh (xem hình 5.15). Hình 5.15 Đặc tính phát công suất phản kháng của tụ điện tĩnh phụ thuộc vào điệp áp thanh cái u, như đã biết có thể viết được: Qt = bcu2 Trong đó bc = Ú)C là dung dẫn của tụ điện. Sự thay đổi trong trường hợp này (so với không bù) là có thêm thành phần Qc trong phương trình cân bằng công suất và trong biểu thức AQ. Quan hệ giới hạn công suất truyền tải và điện áp giới hạn, có thể nhân được theo phương pháp hoàn toàn tương tự ưên (khi chưa bù). Kết quả viết được như sau: 2 ^ỉ-.k| -Q 2 (5-13 c) p= 2 bU2H k2 Q (5-13 d)_. ugh = 2 b, trong đó b, = b - bc, k = b/b,. Miền ổn định được mở rộng thêm, Ugh cũng lớn hơn khi cùng công suất tải. „ , bƯH KhiQ = 0 p= k— “ 72 97
Khi p = o Q= uh = 4 6 2 Có thể giải thích hiệu quả này bằng việc cộng thêm vào đặc tính công suất phát thành phần công suất của tụ bù tĩnh: Qc = bcUc2 (hình 5.16). Hình 5.16 Nếu xét phụ tải thay đổi theo điện áp (đường đạc tính Qị(U)) điện áp làm việc U'o có thể giảm thấp hơn so với lúc coi Qt hằng số. Đó là vì đường đặc tính tĩnh phụ tải thường có dạng tăng theo điện áp (xấp xỉ bậc 2). Cần nói thêm rằng, các tiêu chuẩn năng lượng —,về nguyên tắc phải dô dU được xem xét đồng thời và cho mọi nút. Hơn nữa, các đặc tính công suất phụ thuộc nhiều thông.số liên quan đến nhau, do đó việc xác định các thông số giới hạn tương đối phức tạp. Tuy nhiên, trong tính toán ứng dụng, nói chung chỉ cân quan tâm đến một (vài) tiêu chuẩn quan trọng, có ảnh hưởng quyết định. Đó là tiêu chuẩn mà trị só thông số giới hạn rất gần với thông số chế độ dạng xem xét. Có thể sử dụng phương pháp kiểm tra sơ bộ để xác định tiêu chuẩn nào ảnh hương quyết định, thông qua hệ số dự trữ. Khi kiểm tra bộ có thể coi các thông số độc lập với nhau. , dP , ....................... * Chăng hạn, khi tính —7-, có thế giả thiết điện áp làm việc Ư là cố định (bằng giá trị dô uo ở CĐXL, thậm chí coi u = Uđm). Khi đó các tính toán sẽ đơn giản hơn nhiểu, ví dụ trường hợp trên: P(S) =HiikSins X ^ = ^cosỗ = 0;S = 90%Pm=H^ d8 X m X 98