CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ở Việt Nam, trong những năm qua, sự hội nhập về kinh tế dẫn tới nhu cầu điện năng gia tăng đáng kể. Hệ thống điện Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển với việc xây dựng các nhà máy và đường dây truyền tải mới làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn. Nguyên nhân chính là sự tác động qua lại giữa các nhà máy điện khác nhau và những dao động của các máy phát giữa miền Bắc và Nam Trong tất cả các hiện tượng phức tạp trên hệ thống điện, ổn định hệ thống điện được xem là vấn đề phức tạp nhất để có thể hiểu được và phân tích một cách thấu đáo. Hệ thống điện trong thế kỷ 21 sẽ còn đặt ra nhiều thách thức thậm chí còn khó khăn hơn bởi chúng buộc phải vận hành gần hơn với giới hạn ổn định của chúng.
Đánh giá ổn định hệ thống điện là vấn đề đã và đang được các nhà khoa học, các tổ chức trong nước và quốc tế quan tâm nghiên cứu từ rất lâu bởi tầm quan trọng của nó. Nghiên cứu tính ổn định của quá trình quá độ cung cấp những thông tin liên quan tới khả năng mất đồng bộ của hệ thống điện trong thời gian bị sự cố do những nguyên nhân khác nhau như mất đột ngột nguồn phát, cắt đường dây mang tải, sự thay đổi phụ tải lớn hoặc các sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải,. Đặc biệt vấn đề nghiên cứu này cung cấp những thay đổi về điện áp, dòng điện, công suất, tốc độ và mô men của các máy trong hệ thống điện cũng như là sự thay đổi về công suất của hệ thống trong khoảng thời gian ngay tức khắc sau sự nhiễu loạn [1]. Nếu hệ thống mất đồng bộ trong thời gian dài sẽ dẫn đến tan rã hệ thống, gây thiệt hại rất lớn cho nền kinh tế.
Do đó độ ổn định của hệ thống điện là yếu tố quan trọng trong việc vạch phương thức vận hành. Và khi thiết kế hệ thống điện điều 1 Luận văn tốt nghiệp quan trọng là phải đánh giá được tính ổn định của hệ thống ở bất kỳ sự nhiễu loạn nào. Vì thế, việc nghiên cứu ổn định của hệ thống để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và tin cậy từ đó giúp tìm giải pháp nâng khả năng ổn định của hệ thống là yêu cầu mang tính cấp thiết hiện nay. Xuất phát từ yêu cầu này tác giả đã lựa chọn đề tài “ Đánh giá ổn định ổn định hệ thống điện gồm một máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn có tích hợp SSSC ”.
Mô hình hệ nhiều máy trong đề tài được nghiên cứu trên cơ sở hệ một máy của tác giả Kundur, được xem như một mô hình hệ thống điện chuẩn. Kundur là một tác giả nổi tiếng thế giới không chỉ về những hiểu biết lý thuyết mà còn những kinh nghiệm thực tế của ông trong lĩnh vực ổn định hệ thống điện.2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số kết quả nghiên cứu trong nước Hệ thống điện Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển với việc xây dựng các các trạm biến áp 500KV, 220KV, các đường dây truyền tải và các nhà máy mới làm cho việc ổn định của hệ thống trở nên phức tạp. Nguyên nhân chính là sự tác động qua lại giữa các nhà máy điện khác nhau và những dao động của các máy phát giữa miền Bắc và Nam. Do đó việc nghiên cứu ổn định của hệ thống để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và tin cậy cũng như tìm giải pháp nâng khả năng ổn định của hệ thống là việc làm cấp thiết hiện nay được nhiều những người làm việc trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật quan tâm nghiên cứu.
Sau đây là một số công trình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực ổn định của hệ thống điện. Trong công trình [2], các tác giả đã thực hiện cho một hệ thống điện miền Bắc Việt Nam. Công trình đánh giá khả năng của hệ thống điện để chịu được các nhiễu loạn trong khi vẫn duy trì chất lượng phục vụ. Từ đó, các tác giả đưa ra nhiều kỹ thuật khác nhau để phân tích ổn định quá độ trong các hệ thống điện, đặc biệt cho một hệ thống nhiều máy.
Các kỹ thuật bao gồm các giải pháp miền thời gian, các tiêu chí mở rộng vùng căn bằng, các phương pháp ổn định trực tiếp bằng hàm năng lượng và giải thuật phù hợp để phân tích sự ổn định tạm thời cho hệ thống 2 Luận văn tốt nghiệp điện bằng một máy tính cá nhân. Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp phải chuyển đổi từ một hệ thống nhiều máy thành một máy tương đương và hệ thống thanh cái vô cùng lớn. Trong công trình, các tác giả cũng đã đánh giá rằng hệ thống ổn định, không ổn định và cũng cho phép xác định thời gian tối thiểu phục hồi hệ thống điện khi bị các sự cố ba pha để lập kế hoạch hoặc vận hành các hệ thống điện. Trong [4], tác giả cũng ổn định hệ thống điện nhưng dùng phương pháp ổn định góc lệch rotor, ổn định tần số và ổn định điện áp bằng việc xây dựng bộ ổn định PSS Kundur với tín hiệu ngõ vào là độ lệch tốc độ, nhầm cung cấp tín hiệu ổn định bổ sung vào hệ thống kích từ máy phát để xoá bỏ dao động điện cơ.
Qua đó, cung cấp mô men cản dương trong pha để xoá bỏ ảnh hưởng của mô men cản âm của hệ thống từ mô hình động tuyến tính để tuyến tính hoá mô hình phi tuyến quanh điều kiện vận hành cố định ban đầu. Trong công trình này bộ ổn định hệ thống điện là bộ FTDNN- PSS với 2 ngõ vào là độ lệch tốc độ và độ lệch công suất tăng tốc có các thông số được cập nhật và tự điều chỉnh để mô phỏng các trường hợp ngắn mạch 3 pha, tăng giảm phụ tải trên diện rộng vừa tăng giảm phụ tải 2 khu vực có xét đến ngắn mạch 3 pha trên đường dây. Trong [5], tác giả cũng ổn định hệ thống điện nhưng sử dụng phương pháp xây dựng chương trình tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện cho hệ nhiều máy bằng phần mềm Matlab. Cụ thể, tác giả đã xây dựng mô hình mô phỏng bằng ngôn ngữ lập trình m.file có trong phần mềm Matlab.
Từ đó, tác giả đã đạt được những kết quả là dùng công cụ đánh giá ổn định hệ thống 9 nút, 3 máy phát để ứng dụng vào thực tiễn đối với hệ thống điện Việt Nam. Trong [6], tác giả đã xét đến ảnh hưởng của thời gian tồn tại ngắn mạch trên đường dây 500 kV đến sự ổn định của các nhà máy điện trong hệ thống điện Việt Nam. Trong công trình, tác giả đã giới thiệu sự ổn định của hệ thống điện Việt Nam với các thời gian tồn tại sự cố ngắn mạch khác nhau trên đường dây 500KV và ảnh hưởng của chúng đến tính ổn định của của hệ thống. Qua đó, các tác giả tìm ra thời gian tồn tại ngắn mạch tương ứng với các vị trí ngắn mạch khác nhau có ảnh hưởng nhiều đến tốc độ của các máy phát như thời gian càng dài thì biên độ dao 3 Luận văn tốt nghiệp động càng lớn và các tác giả cũng lưu ý trường hợp ngắn mạch ở giữa đường dây 500KV Phú Mỹ - Nhà Bè và Tân Định - Phú Lâm.
Ngoài các dao động mạnh ở thời điểm sự cố, các máy phát trong hệ thống còn dao động mạnh với biên độ lớn với thời gian kéo dài khoảng 10s. Đối với góc lệch roto máy phát, mức độ dao động không nhiều như tốc độ máy phát và thường ổn định khoảng 15s sau sự cố. Với các thời gian tồn tại sự cố như đã trình bày ở trên, hệ thống vẫn ổn định nhưng mức độ dao động tuỳ thuộc vào thời gian tồn tại sự cố.2 Một số kết quả nghiên cứu ngoài nước Trong tài liệu [7], để đánh giá ổn định tĩnh hệ thống, các tác giả tìm giá trị riêng từ các phương trình trạng thái trong mô hình hệ thống từ phân tích máy tính. Sau đó, Nạp trực tiếp các giá trị riêng này vào hệ thống làm cho hệ thống điện ổn định hơn và kinh tế hơn.
Để đo lường trực tuyến các giá trị riêng của hệ thống, công trình sử dụng bộ tích điện từ siêu dẫn (SMES). Chi tiết trong công trình, các tác giả ứng dụng phương pháp mới để đo lường phần thực của các giá trị riêng trong hệ thống điện nhiều máy phát, thực hiện mô phỏng đo lường giá trị riêng của hệ thống điện 5 máy theo chiều dọc bằng sử dụng bộ mô phỏng tương tự và thay đổi công suất bằng dạng sóng sin để đo các phần thực của giá trị riêng của hệ thống điện nhiều máy. Trong tài liệu [8], các tác giả thiết kế các bộ ổn định hệ thống điện logic mờ sử dụng các giải thuật di truyền, hệ chuyên gia mờ và ứng dụng giải thuật GA trong thiết kế bộ ổn định hệ thống điện logic mờ. Các thông số để chọn cho bộ điều khiển là độ lệch tốc độ và đạo hàm của nó làm đầu vào mờ.
Trong công trình, các tác giả đã thực hiện các nghiên cứu bằng mô phỏng trên hệ thống nhiều máy bị nhiễu nhỏ, sự cố ba pha và mô phỏng bộ ổn định hệ thống điện dựa trên GA để thấy tính ưu việt của bộ ổn định hệ thống điện. Kết quả, công trình đã cải thiện đáng kể đặc tính động của hệ thống ở các điều kiện ổn định hệ thống điện logic mờ cho mô hình nhiều máy. 4 Luận văn tốt nghiệp 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Đánh giá ổn định hệ thống điện có gồm một máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn có tích hợp SSSC. Mô phỏng trên phần mềm và phân tích kết quả mô phỏng, từ đó đánh giá tối ưu hiệu suất ổn định hệ thống điện.
- Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của SSSC trong điều khiển phân bố công suất của hệ thống điện. - Tính toán thiết kế bộ điều khiển nâng cao ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió hòa lưới sử dụng SSSC. - Dùng công cụ phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng và đánh giá kết quả ổn định hệ thống điện gồm một máy phát nối với hệ thống điện có tích hợp SSSC.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là ứng dụng SSSC để ổn định hệ thống điện sử dụng mô hình của tác giả Kundur 1.