Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Cơ sở lý thuyết ổn định điện áp của hệ thống điện Chương 3: Ứng dụng SVC và STATCOM để cải thiện ổn định điện áp của hệ thống điện Chương 4: Mô phỏng ứng dụng SVC và STATCOM để cải thiện ổn định điện áp của hệ thống điện Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai 4 Chương 2 Cơ sở lý thuyết ổn định điện áp của hệ thống điện 2. Giới thiệu 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 ởnhiều 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.
Các chế độ làm việc của hệ thống điện 2. 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 hộdùng 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 bảoan toàn điện: phả đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện và thiết bịphân phối điện.
- Chế độ xác lập sau sự cố: chếđộ đã được tính trước vì sựcốlà không thểtránh khỏi trong vận hành hệ thống điện, các chỉtiêu nhưchếđộ xác lập bình thường nhưng giảm đi. - Chếđộ sự cố xác lập: yêu cầu không được phép gây hại và duy trì quá thời hạn cho phép. + Chế độ quá độ Các thông số biến thiên mạnh theo thời gian. 6 - 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. Chế độ xác lập bình thường 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.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.
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. Điều kiện đủ: CĐXL luôn bị kích động bởi các kích động lớn, nhỏ do sự biến đổi không ngừng của phụ tải và sự cố các loại.
Các kích động nhỏ xảy ra liên tục, tác động vào cân bằng công suất tác dụng trên máy phát điện và cân bằng công suất ở các nút phụ tải, cho nên chế 7 độ xác lập muốn tồn tại phải chịu được các kích động này. Nói cách khác, hệ thống điện phải có ổn định tĩnh và ổn định điện áp, tức khả năng phục hồi chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ.Đây chính là điều kiện đủ để chế độ xác lập tồn tại. Nếu muốn tồn tại lâu dài, hệ thống điện phải chịu được các kích động lớn, nói cách khác, hệ thống điện phải có ổn định động, tức khả năng phục hồi chế độ xác lập sau khi bị kích động lớn. Chế độ xác lập được dùng trong thực tế phải thõa mãn điều kiện ổn định tĩnh và ổn định động.
Ổn định tĩnh Các kích động nhỏ xảy ra liên tục và có biên độ nhỏ, đó là sự biến đổi của thiết bị điều chỉnh,…Các kích động này tác động lên roto của máy phát, phá hoại sự cân bằng công suất ban đầu làm cho chế độ xác lập tương ứng bị dao động. CĐXL muốn duy trì được thì phải chịu được các kích động nhỏ này, có nghĩa là sự cân bằng công suất phải được giữ vững trước các kích động nhỏ, nói đúng hơn là sự cân bằng công suất phải được khôi phục sau các kích động nhỏ, trong trường hợp đó ta nói rằng hệ thống có ổn định tĩnh. Ta có, định nghĩa ổn định tĩnh: ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ. Như vậy ổn định tĩnh là điều kiện đủ để một chế độ xác lập tồn tại trong thực tế.
Ổn định động Các kích động lớn xảy ra ít hơn so với các kích động nhỏ, nhưng có biên độ khá lớn. Các kích động này xảy ra do các biến đổi đột ngột sơ đồ nối điện, biến đổi của phụ tải điện và các sự cố ngắn mạch,…Các kích động lớn tác động làm cho cân bằng công suất Cơ – Điện bị phá vỡ đột ngột, CĐXL tương ứng bị dao động rất mạnh. Khả năng của hệ thống điện chịu được các kích động này mà CĐXL không bị phá hoại gọi là khả năng ổn định động của hệ thống điện. 8 Ta có định nghĩa ổn định động: Ổn định động là khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu hoặc là rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động lớn.
Như vậy ổn định động là điều kiện để cho chế độ của hệ thống điện tồn tại lâu dài [1]. Tổng quan về ổn định hệ thống điện 2. Đặc điểm hoạt động của hệ thống điện Điện năng là sản phẩm không thể dự trữ được mà phụ tải yêu cầu đến đâu thì hệ thống điện sản xuất đến đó. Công suất của nguồn điện phải luôn luôn cân bằng với công suất sử dụng của phụ tải.
Công suất của phụ tải luôn biến đổi theothời gian, do đó công suất phát cũng phải biến đổi không ngừng để đáp ứng. Các thông số chất lượng điện năng biến đổi theo phụ tải do đó phải được điều chỉnh liên tục. Các quá trình xảy ra trong hệ thống điện rất nhanh, từ phần trăm giây đến vài chục giây. Ví dụ sau khi xảy ra ngắn mạch thì trong vòng 0,01 giây dòng điện ngắn mạch đạt tới đỉnh nguy hiểm.
Do đó trong hệ thống điện phải sử dụng các thiết bị có phản ứng rất nhanh để điều khiển chế độ. Hệ thống điện chịu tác động của quá trình già hóa thiết bị, quá trình này gây ra những hỏng hóc ngẫu nhiên, dẫn đến ngừng cung cấp điện. Do đó hệ thống điện phải được tổ chức bảo dưỡng định kỳ để phục hồi khả năng làm việc và thay thế thiết bị hết hạn sử dụng.
