Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nguyên cứu vị trí tối ưu TCSC để nâng cao khả năng tải của hệ thống

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu các giải pháp nâng cao khả năng mang tải trong thị trường điện Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC. Xây dựng giải thuật xác định cực đại khả năng tải thông qua sử dụng TCSC (vị trí đặt và dung lượng).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nguyên cứu vị trí tối ưu TCSC để nâng cao khả năng tải của hệ thống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------- TRÌNH TRẦN HƯƠNG NGHIÊN CỨU VỊ TRÍ TỐI ƯU TCSC ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI CỦA HỆ THỐNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH TP. HCM, tháng 03 năm 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH ( chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 21 tháng 03 năm 2015 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 TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt Chủ tịch 2 PGS.TS. Ngô Cao Cường Phản biện 1 3 TS. Hồ Văn Hiến Phản biện 2 4 PGS.TS. Quyền Huy Ánh Ủy viên 5 TS. Trần Vinh Tịnh 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
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 20 tháng 01 năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trình Trần Hương Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/02/1990 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV:1341830015 I- Tên đề tài: NGUYÊN CỨU VỊ TRÍ TỐI ƯU TCSC ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI CỦA HỆ THỐNG II- Nhiệm vụ và nội dung: Xây dựng thuật toán xác định vị trí và dung lượng của TCSC để nâng cao khả năng mang tải của hệ thống điện. III- Ngày giao nhiệm vụ: ngày 18 tháng 08 năm 2014 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày 20 tháng 01 năm 2015 V- Cán bộ hướng dẫn: (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên) ............................................... ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu về “Nguyên cứu vị trí tối ưu TCSC để nâng cao khả năng tải của hệ thống” 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 Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Trình Trần Hương
ii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ đúng thời hạn, bên cạnh sự cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý thầy cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Trương Việt Anh và gia đình đã hết lòng giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô Trường Đại học Công Nghệ thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu tại trường. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn một cách hoàn chỉnh. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 01 năm 2015 Người thực hiện luận văn Trình Trần Hương
iii TÓM TẮT Những hệ thống điện hiện hữu luôn tồn tại các nhánh xung yếu nhất có khả năng dẫn đến quá tải thường xuyên. Khi mạng lưới truyền tải điện bị quá tải đó là một trong những nguyên nhân đẩy giá thành sản xuất và bán điện tăng cao. Bằng nhiều giải pháp, các nhà cung cấp điện luôn tìm cách giảm chi phí sản xuất điện năng khi bị sự cố quá tải về gần với chi phí lúc bình thường. Một trong những giải pháp được đề cập trong nội dung nghiên cứu “Nguyên cứu vị trí tối ưu của TCSC để nâng cao khả năng tải của hệ thống” là ứng dụng tính hiệu quả của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lưới để chống quá tải. Để giải quyết bài toán đặt ra, nội dung nghiên cứu được trình bày trong năm chương. Nghiên cứu lý thuyết mặt cắt tối thiểu, ứng dụng giải thuật max-flow và matlap để xác định tập hợp những nhánh yếu nhất của hệ thống điện mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho bài toán chống quá tải. Nội dung nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: vấn đề trọng tâm của bài toán chống quá tải là làm sao xác định được điểm thường xuyên bị quá tải và xác định vị trí, dung lượng hợp lý đặt TCSC để nâng cao khả năng tải trên hệ thống điện. Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp đã đề xuất được kiểm chứng trên các hệ thống điện ba nút, bảy nút, mười bốn nút của IEEE 30 nút.
iv ABSTRACT The existing power system always exists the most critical branch is likely to lead to overload often. When the network is overloaded transmission which is one of the reasons that pushed the cost of production and sale of electricity to rise. By many measures, the power supply is always looking for ways to reduce the cost of producing power when the incident overload close to the usual cost. One of the solutions mentioned in content research "Central Research optimal placement of TCSC to improve system load" is the effective application of the TCSC control power flows on the grid to fight overload. To solve the problem posed, the research content is presented in five chapters. Research minimum theoretical section, the application max-flow algorithm and matlap to identify the weakest set of branches of power system opens up new research avenues for anti-overload problem. Contents study also indicated that the central issue of anti-overload problem is how to determine the point frequently overloaded and determine the location, size TCSC reasonable set to improve the load on power system. The effectiveness and applicability of the proposed solution has been tested on the three-button system, seven buttons, fourteen of the IEEE 30-bus.
v MỤC LỤC Lời cam đoan................................................................................................. iv Lời cảm ơn..................................................................................................... v Tóm tắt......................................................................................................... .vi Abstract ....................................................................................................... vii CHƯƠNG 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 .................................................................................. 3 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 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 4 2.1. Các quan hệ cơ bản trong phân bố công suất .................................................. 5 2.2 Điều khiển phân bố công suất .......................................................................... 7 2.3 Giới hạn trong hệ thống ................................................................................... 8 2.3.1. Giới hạn nhiệt ........................................................................................... 8 2.3.2. Giới hạn điện áp ....................................................................................... 9 2.3.3. Giới hạn ổn định ....................................................................................... 9 2.3.4. Ổn định thoáng qua ................................................................................ 11 2.3.5. Ổn định tín hiệu nhỏ ............................................................................... 12 2.3.6. Ổn định điện áp ...................................................................................... 14 2.4 Khả năng tải (LOADABILITY) .................................................................... 16
vi 2.4.1 Mô hình toán và cách giải quyết .............................................................. 20 2.4.2 Matlab Optimization Toolbox ................................................................. 21 2.5 Ứng dụng TCSC trong điều khiển công suất. ................................................ 23 2.5.1 Nguyên lý cấu tạo TCSC ......................................................................... 23 2.5.2 Mô hình toán học của TCSC ................................................................... 25 2.5.3 Ứng dụng TCSC vào điều khiển dòng công suất ..................................... 26 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU VÀ DÒNG CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI ................................................................................................... 30 3.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 30 3.2 Cơ sở lý thuyết về lát cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại ....................... 31 3.3 Ứng dụng trong hệ thống điện ....................................................................... 34 CHƯƠNG 4: NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI ..................................................... 40 4.1 Giới thiệu ................................................................................................... 40 4.2 Mô hình tĩnh của TCSC ............................................................................. 41 4.3 Lưu đồ giải thuật xác định vị trí của TCSC để nâng cao khả năng tải của hệ thống …………………………………………………………………………….42 4.4 Kết quả mô phỏng ..................................................................................... 44 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .................................................................................... 54 5.1 Kết luận ..................................................................................................... 54 5.2 Hướng phát triển đề tài .............................................................................. 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 56
vii Danh mục các bảng STT Tên bảng Trang Bảng 2.1 Điểm tính toán trong đồ thị PV vủa hệ thống hai nút 18 Bảng 3.1 Vị trí và thông lượng của các lát cắt 36 Bảng 3.2 Các trường hượp xảy ra vị trí lát cắt 38 Bảng 4.1 Thông số nhánh đường dây 45 Bảng 4.2 Thông số tải 47 Công suất thực và phản kháng trên đường dây khi Bảng 4.3 λ=0.15 (Maximum loadability = 115%) trong trường 49 hợp có và không có TCSC Bảng 4.4 Mặt cắt tối thiểu của hệ thống IEEE 30 nút 50 Dòng công suất trong trường hợp cơ bản = 0 và λ= Bảng 4.5 51 0.15 có TCSC Danh mục biểu đồ và hình ảnh: STT Tên biểu đồ, hình ảnh Trang Hình 2.1 Hệ thống đơn giản hai nút 5 Hình 2.2 Đường cong công suất 11 Sự lệch góc của hệ thống ổn định(a) và không ổn Hình 2.3 12 định(b) Hình 2.4 Góc lệch của hệ thống giao động tín hiệu nhỏ (a), hệ 13 thống dao động (b) và hệ thống không ổn định (c) Hình 2.5 Đường cong PV trường hợp cơ bản và một số mắc shunt 15 Hình 2.6 Các giới hạn của hệ thống 16 Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống hai nút 17 Hình 2.8 Đồ thị PV chỉ ra biên khả năng tải 18 Hình 2.9 Sơ đồ cấu tạo của TCSC 23 Hình 2.10 Mô hình toán của TCSC 24 Hình 2.11 Mô hình đường dây truyền tải có lắp đặt TCSC 27
viii Hình 2.12 Đơn giản hóa mô hình TCSC trên nhánh i-j 27 Hình 3.1 Mối quan hệ giữa sự phát, sự truyền tải và phân phối 30 Sơ đồ mạng và nguồn phát S, tải thu t và hai nút trung Hình 3.2 31 gian Hình 3.3 Mô hình hóa mạng với một số lát cắt tiêu biểu 32 Hình 3.4 Mô hình hóa hệ thống điện đơn giản 35 Hình 3.5 Mô hình hóa sơ đồ mạng điện truyền tải hai nút 35 Hình 3.6 Vị trí và thông lượng các lát cắt trên sơ đồ mô hình hóa 36 Hình 3.7 Vị trí của lát cắt cực tiểu trên mạng mô hình hóa 37 Hình 4.1 Mô hình hóa đường dây truyền tải có TCSC 41 Hình 4.2 Lưu đồ nâng cao khả năng tải sử dụng TCSC 44 Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống IEEE – 30 nút 45 Hình 4.4 Đồ thị công suất biểu kiến trên các nhánh 48 Hình 4.5 Đồ thị điện áp nút 53
-1- CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Đặt vấn đề Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị trường điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Thị trường điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nước và cho thấy những ưu điểm vượt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống. Chính những ưu điểm của thị trường điện đã làm cho nhu cầu tiêu thụ điện ngày một tăng và dẫn đến hệ thống điện ngày càng bị căng thẳng nặng. Do đó, sự quan tâm đến các vấn đề về truyền tải và khả năng mang tải (Loadability) của một hệ thống điện đã trở nên ngày càng quan trọng. Để giải quyết vấn đề này, mạng lưới điện hiện hữu cần phải được cải thiện để tăng khả năng tải. Cực đại khả năng tải (Maximum Loadability) có thể được mô phỏng bằng cách tăng tải của hệ thống cho đến khi các thiết bị đạt đến giới hạn của nó, chẳng hạn như giới hạn nhiệt và điện áp. Đây là một trong những nhiệm vụ đầy thử thách và khó khăn của người vậnhành hệ thống trong thị trường điện. Vấn đề này có thể được giải quyết một cách hiệu quả mà không cần xây dựng thêm đường dây truyền tải thông qua việc sử dụng thiết bị truyền tải AC linh hoạt (FACTS). Do đó, lắp đặt các bộ điều khiển FACTS nhằm điều khiển tốt hơn trong hệ thống điện cần phải được xem xét, trong đó việc lắp đặt thích hợp các thiết bị FACTS trở thành quan trọng. Nếu lắp đặt không thích hợp các bộ điều khiển FACTS làm giảm đặc tính tối ưu thu được và có thể làm mất đi tính hữu ích. Từ thực tế đó thì việc sử dụng thiết bị FACTS trên đường dây truyền tải là rất cần thiết, trong đó việc xác định vị trí tối ưu để đấu nối thiết bị FACTS nhằm đảm bảo khả năng nhận công suất, khả năng phát công suất và cực đại khả năng mang tải đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện hiện nay. Đây là một trong những vấn đề khó do không gian tìm kiếm của hệ thống rất lớn. Tuy nhiên, nó có thể được giải quyết nếu nút cổ chai của hệ thống điện được xác định. Xác định các
-2- nút cổ chai hệ thống đóng vai trò quan trọng trong việc làm giảm không gian tìm kiếm và số lượng của các thiết bị FACTS cần phải được cài đặt. Nút cổ chai là vị trí mà tại đó thể hiện dòng công suất tối đa có thể từ chảy từ nguồn đến tải. Khi tải của hệ thống được tăng lên, các nút cổ chai là vị trí đầu tiên xảy ra tắc nghẽn. Vìvậy, để tăng khả năng mang tải thì khả năng truyền tải tại nút cổ chai cần được xem xét. Nhiều công trình nghiên cứu đã được đề nghị để xác định vị trí của FACTS để cực đại khả năng mang tải chẳng hạn như phương pháp độ nhạy và các giải thuật thông minh chẳng hạn như giải thuật GA (Genetic Algorithm), PSO (Particle Swarm Optimization), DE (Differential Evolution)... Các công trình nghiên cứu này đã được một số kết quả tuy nhiên vẫn chưa giới hạn được không gian tìm kiếm. Để giải quyết vấn đề này, luận văn đã áp ụng phương pháp mặt cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại để xác định vị trí tối ưu của TCSC. Phương pháp này đã làm giảm được không gian tìm kiếm và số nhánh cần khảo sát để lắp đặt TCSC. Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài đề xuất tên “Nghiên cứu vị trí tối ưu TCSC để nâng cao khả năng tải của hệ thống” nhằm xây dựng giải thuật tìm kiếm vị trí tối ưu của thiết bị TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) với mục đích xây dựng giải thuật xác định vị trí tối ưu của TCSC bằng phương pháp mặt cắt tối thiểu để nâng cao khả năng tải của hệ thống. 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ - Tìm hiểu các giải pháp nâng cao khả năng mang tải trong thị trường điện - Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC. - Xây dựng giải thuật xác định cực đại khả năng tải thông qua sử dụng TCSC (vị trí đặt và dung lượng)  Giảm thiểu không gian tìm kiếm vị trí đặt TCSC bằng phương pháp mặt cắt tối thiểu  Xác định dung lượng TCSC phù hợp để nâng cao khả năng tải của hệ thống điện - Khảo trên mạng điện chuẩn IEEE
-3- 1.3 Phương pháp giải quyết - Giải tích và mô phỏng toán học. - Sử dụng phần mềm Matlab. 1.4 Giới hạn đề tài - Chỉ xét ổn định tĩnh không xét đến ổn định động của hệ thống điện 1.5 Điểm mới của luận văn - Xây dựng thuật toán xác định vị trí và dung lượng của TCSC để nâng cao khả năng mang tải của hệ thống điện. 1.6 Phạm vi ứng dụng - Ứng dụng cho các mô hình hay lưới điện bất kỳ. - Ứng dụng cho các lưới điện IEEE mẫu - Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lưới điện với thiết bị FACTS. - Làm tài liệu tham khảo cho bài giảng môn học Hệ thống điện. 1.7 Bố cục của luận văn Chương 1: Giới thiệu luận văn Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Phương pháp mặt cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại Chương 4: Nâng cao khả năng mang tải sử dụng TCSC Chương 5: Kết luận
-4- CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hệ thống truyền tải hiện đại là một mạng phức tạp. Các đường dây truyền tải kết nối tất cả các nhà máy phát và các điểm phụ tải trong hệ thống điện. Những đường dây này mang một lượng lớn công suất để truyền đến bất kỳ hướng nào cần đến và vào các liên kết khác nhau của hệ thống truyền tải để đạt được việc cung cấp nhu cầu về năng lượng. Ngoài ra, các đặc điểm chính của hệ thống truyền tải hiện nay là một cấu trúc mạch vòng, khác với các hệ thống truyền tải trước kia. Truyền tải ở trạng thái xác lập có thể bị giới hạn bởi dòng công suất trên các nhánh. Những dòng công suất này thường xuất hiện trong một số nhánh trước khi đến với tải, kết quả là quá tải đường dây với các vấn đề về giới hạn nhiệt hoặc điện áp. Hệ thống điện sử dụng máy quay đồng bộ để phát điện. Một yêu cầu cơ bản để trao đổi năng lượng đó là tất cả các máy đồng bộ trong hệ thống phải hoạt động đồng bộ với nhau duy trì một tần số chung của hệ thống. Tuy nhiên, hệ thống điện bị ảnh hưởng bởi các nhiễu loạn khác nhau, có thể gây ra một sự thay đổi đột ngột trong sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng của hệ thống . Khả năng của hệ thống để phục hồi từ những nhiễu loạn và lấy lại trạng thái ổn định đồng bộ theo điều kiện dự phòng trở thành một tiêu chuẩn trong thiết kế và vận hành cho khả năng truyền tải. Khả năng này thường được đặc trưng bởi các giới hạn ổn định công suất hệ thống. Theo các vấn đề như trên, khả năng của hệ thống điện để cung cấp cho tải chủ yếu bị giới hạn bởi hai yếu tố: giới hạn dòng công suất trên các nhánh và giới hạn ổn định của hệ thống. Những vấn đề này là quan trọng và đòi hỏi nhiều nghiên cứu thiết thực để sử dụng cho việc truyền tải theo những cách thích hợp. Trong mục này, một số nguyên tắc cơ bản về điều khiển hệ thống và ổn định sẽ được trình bày để cung cấp một số ý tưởng và nhận ra nguyên nhân của vấn đề. Trong phần đầu tiên, các mối quan hệ cơ bản của dòng công suất trong một đường dây truyền tải sẽ được trình bày. Sau đó, điều khiển công suất và các giới hạn ổn định sẽ được đề cập trong phần sau.
-5- 2.1. Các quan hệ cơ bản trong phân bố công suất Phân bố công suất là vấn đề liên quan trực tiếp đến khả năng mang tải của hệ thống và ổn định điện áp. Trước khi tiến tới các nguyên tắc cơ bản của điều khiển hệ thống và giới hạn ổn định, một số yếu tố ảnh hưởng đến phân bố công suất tác dụng và phản kháng trên hệ thống điện được đề cập. Việc truyền công suất giữa hai nút (bus) có liên quan đến một số thông số: Điện áp nút truyền và nhận Góc công suất giữa hai nút Trở kháng nối tiếp của dây dẫn nối hai nút. Xét hệ thống hai nút đơn giản như Hình 2.1. Đường dây truyền tải giữa các nút truyền và nhận được mô tả bởi mô hình tương đương-π và bỏ qua điện trở đường dây cho đơn giản. Ký hiệu cho điện áp và công suất được sử dụng với chữ "S" cho nút truyền và "R" cho nút nhận. "X" biểu thị điện kháng và "X C" là viết tắt của dung nạp đường dây. Hình 2.1: Hệ thống đơn giản hai nút Các phương trình mô tả việc công suất từ nút truyền đến nút nhận có thể được viết như (2.1) và (2.2). Tương tự như vậy, các phương trình phản ứng điện cũng có thể được viết là (2.3) và (2.4):
-6- VS VR PS  sin  (2.1) X VS VR PR  sin  (2.2) X VS2  VS VR cos  VS2 QS   (2.3) X XC  VR2  VS VR cos  VR2 QR   (2.4) X XC Từ phương trình (2.1) và (2.2), việc truyền công suất tác dụng được xác định bằng điện áp đầu cuối nơi truyền và nhận, điện kháng nối tiếp và góc lệch pha giữa điện áp đầu cuối nơi truyền và nhận. Thông thường, trong hệ thống, góc công suất  là nhỏ (dưới 20 độ); phương trình truyền công suất tác động có thể được rút gọn VS VR V V PS   , PR  S R  (2.5) X X Tóm lại, việc truyền công suất tác dụng giữa hai nút trong hệ thống rõ ràng tỉ lệ với góc lệch giữa hai nút, và công suất đầu truyền bằng với công suất đầu nhận khi tổn thất trong hệ thống là không đáng kể. Các phương trình truyền công suất phản kháng phức tạp hơn các phương trình truyền công suất tác dụng , như đã thấy từ các phương trình (2.3) và (2.4). Tuy nhiên, vài phép đơn giản có thể làm cho các phương trình đơn giản hơn bằng cách bỏ qua phần cuối cùng trong phương trình (2.3) và (2.4), cái mà đại diện cho điện dung ký sinh. Vì vậy, các phương trình trở thành: VS2  VS VR cos  QS  (2.6) X  VR2  VS VR cos  QR  (2.7) X
-7- Như đã thấy trong phương trình (2.6) và (2.7), khả năng truyền công suất phản kháng giữa hai nút được xác định bởi biên độ điện áp ở hai nút, điện kháng nối tiếp của dây và cosine của góc độ công suất giữa hai điểm. Trong hệ thống hoạt động bình thường, góc công suất giữa hai nút là nhỏ, do đó phương trình truyền công suất phản kháng có thể được đơn giản thêm: VS2  VS VR QS  (2.8) X  VR2  VS VR QR  (2.9) X Từ phương trình (2.8) và (2.9), khả năng truyền công suất phản kháng giữa hai nút được xác định bởi biên độ điện áp ở hai nút, điện kháng nối tiếp của dây. Từ phương trình (2.8) và (2.9), ta sẽ thấy rằng công suất phản kháng bình thường được truyền từ nút có điện áp cao đến nút có điện áp thấp. Tóm lại, công suất tác dụng luôn luôn chuyển từ góc cao đến góc thấp, trong khi công suất phản kháng bình thường truyền từ điện áp cao để điện áp thấp. 2.2 Điều khiển phân bố công suất Như đã được công nhận ở mục trên rằng, công suất có thể truyền được tăng lên bằng cách điều chỉnh điện kháng đường dây và góc công suất giữa hai nút. Thực tế, các phương pháp cơ bản để tăng khả năng truyền tải là bù song song, bù nối tiếp và điều chỉnh góc pha. Bù song song và bù nối tiếp là nguyên lý bù công suất phản kháng. Mục đích của bù công suất phản kháng này là để thay đổi các đặc tính điện tự nhiên của đường truyền để làm cho nó tương thích hơn với các nhu cầu phụ tải. Bù song song được áp dụng để duy trì mức điện áp trong hệ thống. Bù nối tiếp thường được sử dụng để thiết lập ảo đường dây ngắn lại bằng cách giảm cảm kháng đường dây dài. Điều chỉnh góc pha được sử dụng để kiểm soát các góc của đường dây. Bằng cách điều khiển trở kháng hoặc góc pha ta có thể điều khiển phân bố công suất trong hệ
-8- thống. Một cách khác để điều khiển phân bố công suất là đưa vào điện áp thích hợp, đó là khái niệm cơ bản của nguồn điện áp trên các thiết bị FACTS. Các khó khăn khác có thể phát sinh nếu tụ nối tiếp được điều khiển một cách máy móc. Một tụ nối tiếp trên đường dây có thể dẫn đến cộng hưởng dưới đồng bộ. Điều này có thể làm hỏng trục tua bin của máy phát điện. Vấn đề này có thể được ngăn chặn với các ứng dụng của bộ điều khiển FACTS. 2.3 Giới hạn trong hệ thống Đối với độ tin cậy, hệ thống điện phải được hoạt động trong giới hạn truyền tải. Các giới hạn sẽ hạn chế sự phát và truyền tải công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống. Chúng thường được chia thành ba loại chính, cụ thể là nhiệt, điện áp và giới hạn sự ổn định. 2.3.1. Giới hạn nhiệt Giới hạn nhiệt là do khả năng nhiệt của thiết bị trong hệ thống điện. Khi công suất truyền tải gia tăng, làm tăng cường độ dòng điện, một điều then chốt gây nguy hiểm về nhiệt. Ví dụ, trong một nhà máy điện, sự vận hành của các bộ phận trên mức giới hạn lớn nhất sẽ mà được duy trì lâu dài sẽ gây nên các nguy hiểm về nhiệt. Các nguy hiểm có thể nằm ở các cuộn dây stator hoặc cuộn dây rotor của máy phát. Cả hai công suất tác dụng và công suất phản kháng đều liên quan đến cường độ dòng điện. Bên ngoài trong hệ thống, các đường dây và thiết bị liên quan cũng phải hoạt động trong giới hạn nhiệt. Duy trì dòng điện quá mức trên đường dây trên không dẫn đến dây bị võng do đó biên độ an toàn giảm. Nếu dòng điện quá lớn sẽ làm hỏng cấu trúc kim loại của dây dẫn vĩnh viễn. Không giống như các đường dây trên không, cáp ngầm và trạm biến áp còn phụ thuộc vào cách điện khác hơn so với không khí để tản nhiệt. Những loại thiết bị này có giới hạn dòng chặt chẽ hơn mới mang đến an toàn. Đối với các trang thiết bị, duy trì quá tải sẽ dẫn đến việc giảm tuổi thọ do ảnh hưởng đến cách điện. Hầu hết
-9- các hệ thống thiết bị điện có thể cho phép được quá tải. Khía cạnh quan trọng là quá tải bao nhiêu và bao lâu. 2.3.2. Giới hạn điện áp Các thiết bị được thiết kế để hoạt động ở mức điện áp nhất định còn gọi là điện áp danh định. Nếu thiết bị hoạt động ở mức điện áp lệch quá mức danh định có thể ảnh hưởng đến việc vận hành, cũng như gây thiệt hại nghiêm trọng đến hệ thống thiết bị. Dòng điện chạy qua các đường dây truyền tải có thể làm sụt áp quá lớn tại đầu nhận của hệ thống. Điện áp này giảm chủ yếu do sự tổn thất lượng lớn công suất phản kháng, xảy ra khi dòng điện chạy qua hệ thống. Nếu công suất phản kháng không đủ để cung cấp nhu cầu của hệ thống, điện áp sẽ giảm, ngoài giới hạn chấp nhận được đó là thường ± 6% trên giá trị danh định. Hệ thống thường yêu cầu có sự hỗ trợ công suất phản kháng để giúp ngăn ngừa các vấn đề điện áp thấp. Lượng công suất phản kháng hỗ trợ quyết định giới hạn truyền tải. Một hệ thống có thể bị hạn chế tới mức thấp hơn so với khả năng của nó bởi vì hệ thống không có đủ công suất phản kháng dự trữ cần thiết để hỗ trợ đầy đủ điện áp. 2.3.3. Giới hạn ổn định Ổn định hệ thống có thể được định nghĩa chung là khả năng của một hệ thống vẫn trong trạng thái vận hành cân bằng theo điều kiện vận hành bình thường và trở lại một trạng thái cân bằng có thể chấp nhận được sau khi bị nhiễu loạn. Sự bất ổn định trong một hệ thống điện có thể được biểu hiện bằng nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào cấu hình hệ thống và chế độ hoạt động. Thông thường, vấn đề ổn định là đảm bảo duy trì tất cả các máy đồng bộ được đồng bộ. Khía cạnh này của sự ổn định là ảnh hưởng bởi góc rotor máy phát điện. Sự ổn định trong hệ thống điện có thể được chia thành hai loại, đó là ổn định góc và ổn định điện áp.