Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp hệ thống điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện. Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp. Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK. Mô hình mô phỏng ứng dụng Statcom vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/ SIMULINK.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- TRẦN THỊ TUYẾT NHUNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- TRẦN THỊ TUYẾT NHUNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HÙNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2016
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Nguyễn Hùng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày tháng năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch 2 TS. Nguyễn Minh Tâm Phản biện 1 3 TS. Đinh Hoàng Bách Phản biện 2 4 PGS.TS. Trần Thu Hà Ủy viên 5 PGS.TS. Võ Ngọc Điều Ủy viên, thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS.TS. Nguyễn Thanh Phƣơng
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày…… tháng….. năm 20..… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Thị Tuyết Nhung Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 12/9/1974 Nơi sinh: Quảng Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830034 I- Tên đề tài: Nghiên cứu cải thiện chất lƣợng điện áp hệ thống điện. II- Nhiệm vụ và nội dung: - Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện. - Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp. - Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK. - Mô hình mô phỏng ứng dụng Statcom vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/ SIMULINK. - Ứng dụng vào mạng điện thực tế 3 nút, 4 nút và lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật. - Nhận xét, đánh giá kết quả. III- Ngày giao nhiệm vụ : Tháng 12/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Tháng 06/2016 V- Cán bộ hƣớng dẫn : TS. Nguyễn Hùng CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS. Nguyễn Hùng PGS.TS. Nguyễn Thanh Phƣơng
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng 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. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Trần Thị Tuyết Nhung
ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay tôi đã hoàn thành đề tài luận văn cao học của mình, có được kết quả này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với Thầy TS. Nguyễn Hùng, người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy trong bộ môn đã trang bị kiến thức bổ ích cho tôi, cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên Trần Thị Tuyết Nhung
iii TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện” đã giải quyết các vấn đề sau : - Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện. - Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp. - Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK. - Mô hình mô phỏng ứng dụng Statcom vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/ SIMULINK nhằm cải thiện chất lượng điện áp. - Ứng dụng vào mạng điện thực tế 3 nút, 4 nút và lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật. - Nhận xét, đánh giá kết quả.
iv ABSTRACT Thesis “Research to improve the voltage quality in power system” have resolved the following issues : - Theoretical study voltage stability in power system. - STATCOM theoretical research and its application in power systems to improve voltage quality. - Research using the software MATLAB / SIMULINK. - Application simulation model STATCOM in the power system on the software MATLAB / SIMULINK to improve the voltage quality. - Applications in real power system 3 buttons, 4 buttons and grid Hoa Hung - Thien Thuat. - Reviews, evaluate the results.
v MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan ...............................................................................................................i Lời cảm ơn ..................................................................................................................ii Tóm tắt ...................................................................................................................... iii Abstract ......................................................................................................................iv Mục lục ........................................................................................................................ v Danh mục các từ viết tắt…………………………………………………………..viii Danh mục các biểu đồ, đồ thị, hình ảnh .....................................................................ix CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ................................................................ 1 1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................1 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ ............................................................................................2 1.3 Phương pháp giải quyết........................................................................................2 1.4 Giới hạn đề tài ......................................................................................................3 1.5 Điểm mới của luận văn ........................................................................................3 1.6 Phạm vi ứng dụng ................................................................................................3 1.7 Bố cục của luận văn .............................................................................................3 1.8 Một số nghiên cứu có liên quan ……………………………………………… 3 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH ÁP ...............................................4 2.1. Các chế độ làm việc của hệ thống điện ................................................................5 2.1.1. Các chế độ ..................................................................................................5 2.1.2. Chế độ xác lập bình thường........................................................................6 2.2. Tổng quan về ổn định hệ thống điện ....................................................................8 2.2.1. Đặc điểm hoạt động của hệ thống điện ......................................................8 2.2.2. Ổn định hệ thống điện ................................................................................9 2.2.3. Phân loại ổn định hệ thống điện ...............................................................11 2.2.4. Giới hạn ổn định trong hệ thống điện.......................................................12 2.3. Ổn định điện áp trong hệ thống điện ..................................................................17 2.3.1. Khái niệm .................................................................................................17
vi 2.3.2. Các tiêu chuẩn ổn định áp ........................................................................17 2.3.3. Nguyên nhân làm mất ổn định điện áp .....................................................19 2.3.4. Phân loại ổn định điện áp .........................................................................19 2.3.5. Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện ...................................................20 2.3.6. Đánh giá ổn định áp qua đường cong PV, QV .........................................23 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG STATCOM VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP. .......................................................................25 3.1 Bù công suất phản kháng ....................................................................................25 3.1.1 Công suất phản kháng ...............................................................................25 3.1.2 Nguyên lý bù công suất phản kháng .........................................................25 3.1.3. Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng ............................................28 3.2. Thiết bị FACTS (FACTS-Flexible AC Transmission System) .........................30 3.3.Tổng quan về Statcom .........................................................................................31 3.4.Cấu trúc cơ bản ...................................................................................................33 3.5. Nguyên lý hoạt động ..........................................................................................33 3.6. Đặc tính bù của Statcom ....................................................................................36 3.7. Ưu điểm của Statcom .........................................................................................38 CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ .......................................39 4.1. Phần mềm MATLAB/SIMULINK ....................................................................39 4.2. Khảo sát mạng điện 3 nút ...................................................................................40 4.2.1. Sơ đồ đơn tuyến ........................................................................................40 4.2.2. Sơ đồ Simulink .........................................................................................41 4.2.3. Chạy mô phỏng và kết quả .......................................................................48 4.3. Mạng điện 4 bus. ................................................................................................52 4.3.1 Sơ đồ đơn tuyến .........................................................................................52 4.3.2 Sơ đồ Simulink ..........................................................................................52 4.3.3 Chạy mô phỏng và kết quả ........................................................................53 4.4. Mạng điện phân phối tuyến Hòa Hưng – Thiện Thuật. .....................................56 4.4.1 Sơ đồ đơn tuyến .........................................................................................56
vii 4.4.2 Sơ đồ Simulink ..........................................................................................57 4.4.3 Chạy mô phỏng và kết quả ........................................................................58 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN ......................................................................................62 5.1 Kết luận ...............................................................................................................62 5.2 Hướng phát triển đề tài........................................................................................62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................63
viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Vref Reference voltage – giá trị cài đặt điện áp NM Nhà máy TBA Trạm biến áp HTĐXC Hệ thống điện xoay chiều TCSC Thyristor controlled series capacitor – Bộ tụ bù mắc nối tiếp EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam ISTA(Iq) Dòng điện STATCOM VSTA(Vq) Điện áp STATCOM DC Nguồn một chiều AC Nguồn xoay chiều P Công suất tác dụng Q Công suất phản kháng f Tần số CSPK Công suất phản kháng VSC Voltage Source Converter – bộ nghịch lưu áp GTO Thyristor cắt IGBT Transistor lưỡng cực PWM Pulse Width Modulation - Kỹ thuật điều chế độ rộng xung Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng SVC thyristor STATCOM Static Synchronous Compensator AVR Bộ điều chỉnh điện áp tự động Flexible Alternating Current Transmission System - Hệ thống FACTS truyền tải điện xoay chiều linh hoạt IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers
ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH ẢNH Nội dung Trang Hình 2.1 Sự ổn định của hệ cơ học ............................................................................9 Hình 2.2 Phân loại ổn định hệ thống điện. ..............................................................12 Hình 2.3: Hệ thống điện. ..........................................................................................14 Hình 2.4: Đường cong công suất - góc ....................................................................15 Hình 2.5: Sự thay đổi góc công suất của hệ thống ổn định quá độ ..........................16 Hình 2.6: Sự thay đổi góc công suất của hệ thống ổn định dao động bé .................17 Hình 2.7: Dạng đường cong PV điển hình………………………………… …….23 Hình 2.8 Dạng đường cong QV điển hình ...............................................................24 Hình 3.1: Hệ thống truyền tải điện ............................................................................26 Hình 3.2 : Minh họa nguyên lý bù công suất phản kháng ........................................27 Hình 3.3 : Giản đồ véc tơ điện áp và dòng điện của bù công suất phản kháng ........27 Hình 3.4 : Giản đồ vec tơ công suất của bù công suất phản kháng ..........................28 Hình 3.5: Mạch điện tương đương của STATCOM .................................................32 Hình 3.6: Cấu trúc cơ bản của STATCOM...............................................................33 Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM .................................................34 Hình 3.8 Nguyên lý bù của bộ bù tích cực. ..............................................................35 Hình 3.9: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù .................................36 Hình 3.10: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù………………………36 Hình 3.11: Đặc tuyến V – I của STATCOM ...........................................................37 Hình 3.12: Đặc tuyến V – Q của STATCOM ..........................................................37 Hình 4.1 Sơ đồ đơn tuyến. .......................................................................................41 Hình 4.2 Các khối của Sơ đồ Simulink ....................................................................43 Hình 4.3 Mô hình tải động. ......................................................................................46 Hình 4.4 Cấu tạo D - Statcom. .................................................................................46 Hình 4.5 Hệ thống điều khiển D - Statcom ..............................................................47
x Hình 4.6 Sơ đồ Simulink mạng điện 3 nút. ..............................................................48 Hình 4.7 Đường công suất tác dụng tại B3(3bus) ....................................................48 Hình 4.8 Đường công suất phản kháng tại B3(3bus) ...............................................49 Hình 4.9 Đường Điện áp tại bus B1(3bus) ..............................................................49 Hình 4.10 Đường Điện áp tại bus B3(3bus) ............................................................50 Hình 4.11 Flicker tại bus B3(3bus) với time 4s .......................................................51 Hình 4.12 Điện áp tại bus B3(3bus) với time 4s ......................................................51 Hình 4.13 Sơ đồ đơn tuyến mạng 4 bus. ..................................................................52 Hình 4.14 Sơ đồ Simulink mạng 4 bus. ...................................................................52 Hình 4.15 Đường công suất tác dụng tại B3(4bus) ..................................................53 Hình 4.16 Đường công suất phản kháng tại B3(4bus) .............................................53 Hình 4.17 Đường Điện áp tại bus B1(4bus) ............................................................54 Hình 4.18 Đường Điện áp tại bus B3(4bus) ............................................................54 Hình 4.19 Điện áp tại bus B3(4bus)với time 4s .......................................................55 Hình 4.20 Flicker tại bus B3 (4bus) với time 4s ......................................................56 Hình 4.21 Sơ đồ đơn tuyến mạng Hòa Hưng đến Thiện Thuật ...............................57 Hình 4.22 Sơ đồ simulink mạng Hòa Hưng đến Thiện Thuật .................................57 Hình 4.23 Đường công suất tác dụng tại B3(Hòa Hưng) ........................................58 Hình 4.24 Đường công suất phản kháng tại B3(Hòa Hưng)....................................58 Hình 4.25 Đường Điện áp tại bus B1(Hòa Hưng) ...................................................59 Hình 4.26 Đường Điện áp tại bus B3(Hòa Hưng) ...................................................59 Hình 4.27 Điện áp tại bus B3(Hòa Hưng) với time 4s............................................60 Hình 4.28 Flicker tại bus B3(Hòa Hưng) với time 4s .............................................61
1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Đặt vấn đề Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên thế giới do nó có ưu điểm rất quan trọng là dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng lượng khác. Hơn nữa, điện năng còn là dạng năng lượng dễ dàng trong sản xuất, vận chuyển và sử dụng. Hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển để đáp ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội. Cùng với xu thế toàn cầu hoá nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình thành các mối liên kết giữa các khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực hình thành nên hệ thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về công suất. Ở Việt Nam, trong những năm qua sự hội nhập về kinh tế dẫn đến nhu cầu điện năng là rất lớn, để đáp ứng nhu cầu về điện năng thì hệ thống điện cũng ngày càng phát triển về quy mô lẫn công nghệ. Tuy nhiên, sự xuất hiện nhiều nhà máy thủy điện và nhiệt điện cũng làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn, đặc biệt là vấn đề về đồng bộ cũng như tính ổn định của hệ thống. Chúng ta biết rằng 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. Khi hệ thống điện mất ổn định, các máy phát làm việc ở trạng thái không đồng bộ, cần cắt ra ảnh hưởng đến công suất của hệ thống; tần số hệ thống thay đổi ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ; điện áp giảm thấp, có thể gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp tại các nút phụ tải…như vậy hậu quả có thể phải cắt hàng loạt tổ máy, phụ tải, có thể làm tan rã hệ thống và gây thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế. Trong chế độ vận hành xác lập, chế độ làm việc cơ bản của hệ thống điện, hệ thống điện có thể mất ổn định áp do tải biến động hay thay đổi cấu trúc lưới…, hiện tượng này xảy ra là bình thường và liên tục, tuy nhiên nếu không giải quyết thì các biến động nhỏ đó có thể phát triển thành lớn gây sự cố cho hệ thống điện, vì vậy cần có biện pháp điều chỉnh, hỗ trợ tương ứng để hạn chế gây thiệt hại và ảnh hưởng đến chất lượng hoạt động phụ tải tiêu thụ điện.
2 Việc nghiên cứu hệ thống điện và lý thuyết ổn định điện áp là cơ sở để lựa chọn và ứng dụng các thiết bị điện phù hợp để ngăn ngừa các sự cố xảy ra với hệ thống điện đồng thời nâng cao chất lượng điện năng và vận hành ổn định lưới điện. Đảm bảo chất lượng điện áp khi vận hành bình thường hoặc ổn định sau khi chịu tác động nhiễu là rất cần thiết và quan trọng, đó là lý do tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện” nhằm nghiên cứu lý thuyết ổn định áp và nghiên cứu ứng dụng thiết bị STATCOM vào hệ thống điện để nâng cao chất lượng điện áp (ổn định biên độ điện áp và giảm chập chờn, nhấp nháy lưới điện). 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ Mục tiêu : Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện. Nhiệm vụ : - Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện - Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp. - Mô hình mô phỏng ứng dụng Statcom vào hệ thống điện trên phần mềm MATLAB/ SIMULINK để cải thiện chất lượng điện áp. - Ứng dụng vào mạng điện thực tế 3 nút, 4 nút và lưới điện phân phối Hòa Hưng – Thiện Thuật (trích sơ đồ tuyến dây CMT8, quận 3, thành phố Hồ Chí Minh) để cải thiện chất lượng điện áp trong chế độ xác lập. 1.3 Phƣơng pháp giải quyết - Thu thập tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết ổn định áp hệ thống điện - Nghiên cứu lý thuyết về Statcom và ứng dụng của nó vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp. - Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK. -Thực nghiệm ứng dụng Statcom trên mô hình lưới điện 3 nút, 4 nút và lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật. - Nhận xét, đánh giá kết quả.
3 1.4 Giới hạn đề tài Xét hệ thống điện làm việc ở chế độ xác lập. 1.5 Điểm mới của luận văn Ứng dụng Statcom vào mạng điện thực cho ổn định biên độ điện áp và giảm thấp dao động (nhấp nháy) của lưới điện tại nút đặt Statcom, hệ thống điện được mô phỏng trên phần mềm MATLAB/SIMULINK. 1.6 Phạm vi ứng dụng - Ứng dụng cho các lưới điện phân phối bất kỳ. - Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lưới điện. 1.7 Bố cục của luận văn Chương 1: Giới thiệu luận văn Chương 2: Cơ sở lý thuyết ổn định áp Chương 3: Ứng dụng Statcom vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp. Chương 4: Mô hình mô phỏng và kết quả Chương 5: Kết luận và kiến nghị 1.8 Một số nghiên cứu có liên quan - Enhancement of power quality in distribution system using D-Statcom, 2016. https://www.researchgate.net/.../261480301_Enhancement_of_power_... Nghiên cứu về cải thiện hệ số công suất và sóng hài trong hệ thống điện phân phối. - Nguyễn Xuân Dũng. Đánh giá ổn định điện áp 220kV khu vực miền trung. Đại học Đà Nẵng, 2012. Tác giả sử dụng thiết bị SVC để ổn định và mô phỏng trên phần mềm Powerworld. - Nguyễn Hải Tâm. Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng statcom ổn định hệ thống điện,2016. Tác giả nghiên cứu hệ thống điện làm việc ở chế độ quá độ và mô phỏng trên phần mềm Powerworld. - Nguyễn Hải Thắng. Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng ổn định điện áp cho hệ thống điện 220KV miền Nam Việt Nam. Đại học Đà Nẵng, 2013. Tác giả sử dụng thiết bị SVC để ổn định và mô phỏng trên phần mềm Conus. - Nguyễn Văn Trí. Nghiên cứu ứng dụng Statcom trong việc nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió, 2016. Tác giả nghiên cứu hệ thống điện làm việc ở chế độ quá độ và mô phỏng trên phần mềm Matlab.
4 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH ÁP Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động. Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay thay đổi các điều kiện của mạng lưới hệ thống. Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đổ điện áp. Nguyên nhân chính gây ra mất ổn định điện áp là hệ thống điện không có khả năng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng trong mạng. Các thông số có liên quan đến sụp đổ điện áp là dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng cùng với điện dung, điện kháng của mạng lưới điện. Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, chính trị, xã hội. Trên thế giới đã ghi nhận được nhiều sự cố mất điện lớn do sụp đổ điện áp gây ra như tại Ý ngày 28/9/2003, Nam Thụy Điển và Đông Đan Mạch ngày 23/9/2003, phía Nam Luân Đôn ngày 28/8/2003, Phần Lan ngày 23/8/2003, Mỹ - Canada ngày 14/8/2003... Ổn định điện áp đã được quan tâm, nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam cũng đã xảy ra nhiều lần sự cố mất điện trên diện rộng, chẳng hạn như vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 và 04/9/2007. Do điện là yếu tố then chốt của sản xuất, nhiều nước trên thế giới không còn tính toán thiệt hại do mất điện theo đơn vị giờ mà là đơn vị phút. Vì vậy, việc phân tích ổn định điện áp ở Việt Nam cần được nghiên cứu nhiều hơn nữa và có những biện pháp để ngăn ngừa sụp đổ điện áp.
5 2.1. Các chế độ làm việc của hệ thống điện 2.1.1. Các chế độ Tập hợp các quá trình điện xảy ra trong một thời điểm hoặc một khoảng thời gian vận hành gọi là chế độ của hệ thống điện. Đặc trưng của chế độ là các thông số U, I, P, Q, f, δ ... Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian, là hàm số của thời gian. Tùy theo sự biến đổi của các thông số chế độ, ta có các chế độ làm việc của hệ thống điện như sau : + Chế độ xác lập : Trong đó các thông số chế độ dao động rất nhỏ xung quanh giá trị trung bình nào đó, thực tế có thể xem các thông số này là hằng số. Trong chế độ xác lập còn được phân thành : - Chế độ xác lập bình thường : chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện. Hệ thống điện được thiết kế để làm việc với các chế độ xác lập này. Với chế độ xác lập bình thường yêu cầu thõa mãn các tiêu chí sau : Đảm bảo chất lượng điện năng: điện năng cung cấp cho các phụ tải phải có chất lượng đảm bảo, tức giá trị của các thông số chất lượng (điện áp và tần số) phải nằm trong giới hạn được quy định bởi các tiêu chuẩn. Đảm bảo độ tin cậy : các phụ tải được cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo. Mức độ liên tục này phải đáp ứng được yêu cầu của các hộ dùng điện và điều kiện của hệ thống điện. Có hiệu quả kinh tế cao: chế độ thoả mãn độ tin cậy và đảm bảo chất lượng điện năng được thực hiện với chi phí sản xuất điện, truyền tải và phân phối điện năng nhỏ nhất. Đảm bảo an toàn điện: phả đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện và thiết bị phân phối điện. - Chế độ xác lập sau sự cố : chế độ đã được tính trước vì sự cố là không thể tránh khỏi trong vận hành hệ thống điện, các chỉ tiêu như chế độ xác lập bình thường nhưng giảm đi. - Chế độ sự cố xác lập : yêu cầu không được phép gây hại và duy trì quá thời hạn cho phép.
6 + Chế độ quá độ Các thông số biến thiên mạnh theo thời gian. - Chế độ quá độ bình thường : xảy ra thường xuyên khi hệ thống điện chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác, yêu cầu kết thúc nhanh và các thông số biến đổi trong giới hạn cho phép. - Chế độ quá độ sự cố: xảy ra khi có sự cố trong hệ thống điện yêu cầu không gây hại cho hệ thống điện loại trừ nhanh nhất có thể. 2.1.2. Chế độ xác lập bình thƣờng Điều kiện cần để CĐXL có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng (CSTD) và công suất phản kháng (CSPK). Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của hệ thống điện. Pf = Ppt + P = P (2.1) Qf = Qpt + Q = Q (2.2) Sự biến đổi CSTD chỉ có ảnh hưởng đến tần số của hệ thống điện, ảnh hưởng của nó đến điện áp không đáng kể. Như vậy tần số của hệ thống điện có thể xem là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSTD. Sự biến đổi của CSPK ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp của hệ thống điện. Như vậy có thể xem điện áp là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSPK. Trong hệ thống điện các điều kiện cân bằng công suất được đảm bảo một cách tự nhiên. Các thông số của chế độ luôn giữ các giá trị sao cho các điều kiện cân bằng công suất được thõa mãn. Ví dụ, khi xuất phát từ một vị trí cân bằng nào đó ta tăng CSTD của nguồn lên lập tức tần số sẽ tăng lên làm cho công suất tiêu thụ của phụ tải cũng tăng lên theo cho tới khi cân bằng với công suất của nguồn. Hay khi đóng thêm một phụ tải CSPK thì lập tức điện áp toàn hệ thống sẽ giảm làm cho các phụ tải phản kháng khác sẽ giảm đi cho tới khi đạt lại sự cân bằng CSPK. Tất nhiên sự điều chỉnh này chỉ thực hiện được trong phạm vi cho phép.