Ổn định điện áp trên lưới điện 500-220 kV khu vực miền Tây Việt Nam với thiết bị FACTS

Nghiên cứu tập trung vào ổn định điện áp lưới điện 500-220 kV miền Tây Việt Nam. 89 trang · Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh · 2019.

• Tác giả: TS. Nguyễn Nhân Bổn
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa Điện - Điện Tử
• Đề tài: Giải Pháp Ổn Định Điện Áp Cho Lưới Điện 500-220 kV Miền Tây Việt Nam Bằng Thiết Bị FACTS
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT & THIẾT BỊ BÙ TĨNH SVC
• 1.1. Tổng quan về ổn định hệ thống điện
• 1.2. Ổn định góc rôto
• 1.3. Ổn định tần số
• 1.4. Ổn định điện áp
• 1.5. Sự cố mất ổn định và yêu cầu đảm bảo ổn định hệ thống điện
• 1.6. Khái niệm cơ bản và cấu tạo về SVC
• 1.7. Ứng dụng SVC
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ĐƯỜNG CONG PV ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT SVC TRONG HỆ THỐNG VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT SVC CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 220KV KHU VỰC MIỀN TÂY NAM BỘ
• 2.1. Đường cong PV
• 2.2. Phân tích đường cong PV
• 2.3. Cơ sở thuật toán của phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục để xác định điểm sụp đổ điện áp
• 2.4. Các bước thực hiện xác định vị trí lắp đặt SVC
• 2.5. Lưu đồ xác định vị trí SVC
• 2.6. Xác định vị trí lắp đặt SVC cho hệ thống điện 220kv khu vực miền Tây Nam Bộ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN
• 3.1. Những kết quả đạt được
• 3.2. Những hạn chế và hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Ổn định điện áp lưới điện và giải pháp FACTS

Nghiên cứu tập trung vào ổn định điện áp lưới điện 500-220 kV miền Tây Việt Nam. Giải pháp FACTS, cụ thể là thiết bị SVC, được xem xét như một phương pháp hiệu quả để cải thiện ổn định điện áp. Văn bản trình bày lý thuyết về ổn định hệ thống điện, bao gồm ổn định góc rôto, ổn định tần số, và đặc biệt là ổn định điện áp. Nó nhấn mạnh vào tầm quan trọng của ổn định điện áp trong việc duy trì hoạt động liên tục và đáng tin cậy của hệ thống. Mất ổn định điện áp, bao gồm cả sụp đổ điện áp, có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng, vì vậy, việc tìm kiếm giải pháp ổn định điện áp là cần thiết. Thiết bị FACTS, với khả năng điều khiển linh hoạt công suất phản kháng, là một công nghệ tiên tiến giúp giải quyết vấn đề này. Ứng dụng FACTS, cụ thể là SVC, được xem là biện pháp hiệu quả cho ổn định điện áp lưới điện khu vực miền Tây.

1.1. Thực trạng lưới điện miền Tây và nhu cầu ổn định

Văn bản đề cập đến thực trạng lưới điện miền Tây Việt Nam, đặc biệt là hệ thống 220 kV và 500 kV. Tình hình vận tải điện năng và phân phối điện trong khu vực được phân tích. Các vấn đề ổn định điện áp hiện hữu, như giảm điện áp, dao động điện áp, và nguy cơ sụp đổ điện áp, được làm rõ. Phân tích lưới điện sử dụng các dữ liệu thực tế năm 2020. Vấn đề an toàn lưới điện và sự cần thiết phải nâng cao chất lượng điện năng được nhấn mạnh. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc áp dụng giải pháp kỹ thuật để tăng cường ổn định hệ thống điện là rất cần thiết. Nâng cấp lưới điện và đầu tư vào các công nghệ hiện đại là giải pháp được đề xuất. Quản lý lưới điện hiệu quả cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh điện năng. Phát triển lưới điện cần đi kèm với giải pháp ổn định điện áp để đảm bảo sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững.

1.2. Ưu điểm và hạn chế của công nghệ FACTS

Văn bản trình bày các thiết bị FACTS, bao gồm SVC, STATCOM, TCSC, UPFC, và HVDC. Mỗi loại thiết bị có ưu điểm riêng trong việc điều khiển điện áp, công suất phản kháng, và góc pha. Cơ sở lý thuyết về hoạt động của các thiết bị này được giải thích. Ưu điểm của công nghệ FACTS là khả năng phản hồi nhanh, chính xác và linh hoạt trong việc điều chỉnh các thông số điện áp và công suất. Hạn chế có thể bao gồm chi phí đầu tư cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp. Hiệu quả kinh tế của việc triển khai công nghệ FACTS cần được đánh giá cẩn thận. Ứng dụng FACTS đòi hỏi sự phối hợp giữa các thiết bị và sự hiểu biết sâu sắc về hệ thống. Môi trường vận hành cũng là một yếu tố cần cân nhắc. An ninh năng lượng và an toàn lưới điện được cải thiện nhờ việc áp dụng công nghệ FACTS.

II. Giải pháp sử dụng đường cong PV để xác định vị trí lắp đặt SVC

Phần này tập trung vào giải pháp sử dụng đường cong PV để xác định vị trí lắp đặt tối ưu thiết bị SVC. Phương pháp phân tích đường cong PV được giải thích chi tiết. Phần mềm PSS/E 33.0 được sử dụng để mô phỏng và phân tích. Mô hình lưới điện 220 kV miền Tây Nam Bộ được xây dựng để nghiên cứu. Kết quả phân tích cho thấy vị trí lắp đặt SVC ảnh hưởng đến hiệu quả ổn định điện áp. Cơ sở thuật toán của phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục được trình bày. Các bước xác định vị trí SVC được minh họa bằng lưu đồ. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định vị trí lắp đặt thiết bị FACTS, cụ thể là SVC, nhằm tối ưu hiệu quả ổn định điện áp hệ thống.

2.1. Phân tích đường cong PV và QV

Đường cong PV và đường cong QV là công cụ quan trọng để đánh giá ổn định điện áp. Phân tích đường cong PV cho phép xác định điểm sụp đổ điện áp và biên độ ổn định điện áp. Mô hình toán học của đường cong PV được giải thích. Phân tích các đặc điểm của đường cong PV giúp lựa chọn vị trí SVC phù hợp. Điện áp tại các nút quan trọng trong hệ thống được theo dõi. Công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q) được sử dụng làm biến số chính trong phân tích. Phần mềm PSS/E được dùng để tính toán và vẽ các đường cong PV và QV. Tối ưu hoá vị trí SVC nhằm đạt được hiệu quả tối đa trong việc ổn định điện áp và giảm thiểu tổn thất điện năng.

2.2. Kết quả mô phỏng và đánh giá

Kết quả mô phỏng trên PSS/E 33.0 được trình bày. Vị trí tối ưu cho việc lắp đặt SVC trong hệ thống lưới điện 220 kV miền Tây Nam Bộ được xác định. Biểu đồ điện áp, biểu đồ công suất, và biểu đồ độ dự trữ hệ thống trước và sau khi lắp đặt SVC được phân tích. Hiệu quả của việc áp dụng SVC trong việc cải thiện ổn định điện áp được đánh giá. So sánh kết quả với các phương pháp khác được thực hiện. Chi phí triển khai FACTS cũng được xem xét. An ninh điện và an toàn lưới điện được nâng cao đáng kể sau khi áp dụng giải pháp. Kết quả nghiên cứu đóng góp vào việc cải thiện chất lượng điện năng và nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện khu vực.

III. Kết luận và đề xuất

Văn bản tóm tắt các kết quả nghiên cứu. Giải pháp sử dụng thiết bị FACTS, cụ thể là SVC, được chứng minh là hiệu quả trong việc cải thiện ổn định điện áp lưới điện 500-220 kV miền Tây Việt Nam. Đường cong PV được chứng minh là một công cụ hữu ích trong việc xác định vị trí lắp đặt tối ưu. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu được đề xuất. Các hạn chế của nghiên cứu và các hướng phát triển trong tương lai được đề cập. Nghiên cứu đóng góp vào việc nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo an ninh điện, và hỗ trợ phát triển kinh tế của khu vực. Đầu tư vào cơ sở hạ tầng điện lực là cần thiết. Nghiên cứu thêm về các loại thiết bị FACTS khác cũng được đề xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ổn định điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng trong hệ thống điện. Theo ước tính, hệ thống điện truyền tải 500-220 kV khu vực miền Tây Nam Bộ đang đối mặt với nhiều thách thức về ổn định điện áp do sự gia tăng tải và các biến động trong vận hành. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng giải pháp sử dụng đường cong công suất tác dụng và điện áp (PV) cùng đường cong công suất phản kháng và điện áp (QV) để xác định vị trí lắp đặt thiết bị bù tĩnh SVC (Static Var Compensator) phù hợp trong hệ thống điện 220 kV khu vực miền Tây Nam Bộ năm 2020. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống điện 220 kV miền Tây Nam Bộ, sử dụng phần mềm chuyên dụng PSS/E 33.0 để mô phỏng và phân tích. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng ổn định hệ thống điện, góp phần giảm thiểu sự cố mất ổn định điện áp, từ đó đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho khu vực. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở triển khai cho hệ thống điện cao áp 220 kV/500 kV ở các khu vực khác tại Việt Nam trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Ổn định hệ thống điện: Bao gồm ổn định góc rôto, ổn định tần số và ổn định điện áp. Ổn định điện áp được phân thành ổn định tĩnh và ổn định động, trong đó ổn định tĩnh liên quan đến khả năng duy trì điện áp trong giới hạn cho phép khi có các kích động nhỏ, còn ổn định động liên quan đến khả năng phục hồi điện áp sau các kích động lớn như sự cố mất máy phát hoặc đường dây.

• Lý thuyết bifurcation (sự rẽ nhánh): Mô tả sự mất ổn định của hệ thống khi tham số tải thay đổi, đặc biệt điểm rẽ nhánh yên ngựa liên quan đến sụp đổ điện áp.

• Phân tích trào lưu công suất liên tục (CPF - Continuation Power Flow): Phương pháp này giúp xác định điểm sụp đổ điện áp bằng cách giải các phương trình trào lưu công suất với tham số tải thay đổi liên tục, vượt qua giới hạn hội tụ của các phương pháp truyền thống.

• Chỉ số ổn định điện áp: Bao gồm eigenvalue của ma trận Jacobian trào lưu công suất, hệ số độ nhạy điện áp (VSF), chỉ số lân cận mất ổn định điện áp (VIPI), và giới hạn tải (load margin).

• Thiết bị bù tĩnh SVC: Là thiết bị điện tử công suất cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng nhanh chóng, giúp điều khiển điện áp và nâng cao ổn định hệ thống. SVC gồm các thành phần như cuộn kháng điều khiển thyristor (TCR), tụ bù đóng cắt thyristor (TSC), tụ cố định (FC), và các bộ lọc sóng hài.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng dữ liệu hệ thống điện 220 kV khu vực miền Tây Nam Bộ năm 2020, bao gồm các thông số tải, điện áp, công suất, và cấu trúc lưới điện.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn 25 nút quan trọng trong hệ thống điện 220 kV để khảo sát vị trí lắp đặt SVC, dựa trên phân tích đường cong PV và QV.

• Phương pháp phân tích: Mô phỏng và phân tích trên phần mềm PSS/E 33.0, sử dụng phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục (CPF) để xác định điểm sụp đổ điện áp và đánh giá độ ổn định điện áp tại các nút. Phân tích eigenvalue của ma trận Jacobian để xác định biến trạng thái ảnh hưởng lớn nhất đến mất ổn định.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2019, bao gồm thu thập dữ liệu, mô phỏng, phân tích và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định vị trí tối ưu lắp đặt SVC: Qua phân tích đường cong PV tại 25 nút khảo sát, vị trí lắp đặt SVC tại nút Long Xuyên được xác định là tối ưu, giúp nâng cao điện áp tại điểm tới hạn từ khoảng 0.85 pu lên trên 0.95 pu, tăng biên độ dự trữ ổn định điện áp lên khoảng 15%.

2. Cải thiện độ dự trữ công suất tải: Sau khi lắp đặt SVC, công suất huy động hệ thống tăng trung bình 10-12%, đồng thời độ dự trữ hệ thống được cải thiện rõ rệt, giúp hệ thống vận hành an toàn hơn khi tải tăng đột ngột.

3. Giảm tổn thất công suất và dao động điện áp: SVC giúp giảm dao động điện áp quá độ và tổn thất công suất phản kháng trên đường dây, góp phần nâng cao độ ổn định động của hệ thống.

4. Phân tích eigenvalue: Giá trị eigenvalue nhỏ nhất của ma trận Jacobian tăng từ gần 0 lên khoảng 0.05 sau khi lắp đặt SVC, cho thấy hệ thống được đẩy xa điểm mất ổn định, tăng khả năng chịu tải và giảm nguy cơ sụp đổ điện áp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện là do SVC cung cấp công suất phản kháng nhanh và linh hoạt, điều chỉnh điện áp tại các nút yếu, đặc biệt là các nút có điện áp thấp gần điểm sụp đổ. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng thiết bị FACTS trong nâng cao ổn định điện áp. Việc sử dụng phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục CPF giúp xác định chính xác điểm tới hạn và biên độ ổn định, từ đó đưa ra giải pháp lắp đặt thiết bị phù hợp. Biểu đồ điện áp tại các nút trước và sau khi lắp đặt SVC minh họa rõ sự cải thiện điện áp, đồng thời bảng dữ liệu công suất huy động và độ dự trữ hệ thống thể hiện hiệu quả vận hành được nâng cao. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, có thể áp dụng cho các hệ thống điện cao áp khác tại Việt Nam nhằm nâng cao độ ổn định và chất lượng điện năng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt SVC tại các nút có điện áp thấp: Ưu tiên các nút như Long Xuyên trong hệ thống điện 220 kV miền Tây Nam Bộ để nâng cao ổn định điện áp, giảm nguy cơ sụp đổ điện áp. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do các đơn vị vận hành và quản lý lưới điện chủ trì.

2. Tăng cường giám sát và phân tích ổn định điện áp định kỳ: Sử dụng phần mềm PSS/E hoặc tương đương để theo dõi đường cong PV, QV và eigenvalue nhằm phát hiện sớm các nguy cơ mất ổn định, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời. Thực hiện hàng quý hoặc khi có biến động lớn về tải.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ vận hành: Tập huấn về lý thuyết ổn định điện áp, phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục và vận hành thiết bị FACTS nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn hệ thống điện.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng thiết bị FACTS khác: Ngoài SVC, nghiên cứu thêm các thiết bị như STATCOM, TCSC để nâng cao khả năng điều khiển điện áp và công suất phản kháng, đặc biệt trong các hệ thống điện phức tạp hơn. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm trong 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện: Nắm bắt kiến thức về ổn định điện áp và ứng dụng thiết bị FACTS để nâng cao hiệu quả vận hành và xử lý sự cố.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho các quyết định đầu tư, phát triển hạ tầng truyền tải điện nhằm đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống.

3. Giảng viên và sinh viên ngành điện – điện tử: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết ổn định hệ thống điện, phương pháp phân tích trào lưu công suất và ứng dụng thiết bị bù tĩnh SVC.

4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ điện lực: Tham khảo phương pháp và kết quả nghiên cứu để phát triển các giải pháp mới trong lĩnh vực điều khiển và ổn định hệ thống điện.

Câu hỏi thường gặp

1. SVC là gì và vai trò của nó trong hệ thống điện?
   SVC (Static Var Compensator) là thiết bị điện tử công suất cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng nhanh chóng, giúp điều chỉnh điện áp và nâng cao ổn định hệ thống điện. Ví dụ, SVC có thể nâng điện áp tại các nút yếu, giảm dao động điện áp quá độ.

2. Phân tích đường cong PV giúp gì cho việc ổn định điện áp?
   Đường cong PV thể hiện mối quan hệ giữa công suất tải và điện áp tại một nút, giúp xác định điểm tới hạn (điểm “mũi”) mà tại đó hệ thống có nguy cơ mất ổn định điện áp. Qua đó, có thể xác định vị trí cần lắp đặt thiết bị bù để nâng cao ổn định.

3. Phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục (CPF) có ưu điểm gì?
   CPF cho phép tính toán được các điểm cân bằng ổn định và không ổn định, bao gồm điểm sụp đổ điện áp, vượt qua giới hạn hội tụ của các phương pháp truyền thống. Điều này giúp xác định chính xác biên độ ổn định và điểm tới hạn của hệ thống.

4. Làm thế nào để xác định vị trí lắp đặt SVC tối ưu?
   Dựa trên phân tích đường cong PV và eigenvalue của ma trận Jacobian tại các nút trong hệ thống, vị trí có điện áp thấp nhất và eigenvalue nhỏ nhất thường là điểm ưu tiên lắp đặt SVC để nâng cao ổn định.

5. Ảnh hưởng của việc lắp đặt SVC đến vận hành hệ thống điện như thế nào?
   Lắp đặt SVC giúp tăng biên độ dự trữ công suất tải, giảm tổn thất công suất phản kháng, làm giảm dao động điện áp quá độ và nâng cao độ ổn định động, từ đó giảm nguy cơ sụp đổ điện áp và cải thiện chất lượng điện năng.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công giải pháp sử dụng đường cong PV và QV để xác định vị trí lắp đặt thiết bị bù tĩnh SVC trong hệ thống điện 220 kV miền Tây Nam Bộ.
• Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSS/E 33.0 cho thấy vị trí Long Xuyên là điểm tối ưu giúp nâng cao điện áp và biên độ dự trữ ổn định điện áp.
• Việc lắp đặt SVC góp phần tăng công suất huy động, giảm tổn thất và cải thiện độ ổn định động của hệ thống điện.
• Phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục và phân tích eigenvalue là công cụ hiệu quả để đánh giá và dự báo mất ổn định điện áp.
• Đề xuất triển khai lắp đặt SVC tại các nút yếu, tăng cường giám sát và đào tạo nhân lực nhằm nâng cao chất lượng vận hành hệ thống điện trong vòng 1-2 năm tới.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị quản lý và vận hành hệ thống điện nên áp dụng kết quả nghiên cứu để triển khai lắp đặt thiết bị SVC, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng thiết bị FACTS nhằm nâng cao độ ổn định và chất lượng điện năng trên toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT& THIẾT BỊ BÙ TĨNH SVC 1. Tổng quan về ổn định hệ thống điện Sự ổn định hệ thống điện đó là tính chất hoặc khả năng của một hệ thống để duy trì trạng thái hoạt động cân bằng dưới điều kiện hoạt động bình thường và sẽ đạt được một trạng thái cân bằng chấp nhận được sau khi chịu một nhiễu loạn. Sự cân bằng phụ thuộc vào điều kiện vận hành ban đầu và mức độ nhiễu loạn. Mất ổn định điện áp là hiện tượng tụt giảm điện áp liên tục hoặc quá trình điện áp tăng cao liên tục khi cố gắng phục hồi công suất phụ tải vượt quá giới hạn khả năng của hệ thống nguồn phát điện và lưới truyền tải.

Sụp đổ điện áp là một quá trình xảy ra bởi một chuỗi các sự kiện đi kèm sự mất ổn định điện áp dẫn đến mất điện lớn, diện rộng hoặc điện áp giảm thấp bất thường tại vùng quan trọng của hệ thống. Sự phân loại các ổn định của hệ thống điện được trình bày cơ bản ở Hình 1. Ổn định hệ thống Ổn định góc Ổn định tần số Ổn định điện áp Ổn định góc - Ổn định quá độ Ổn định điện áp - Ổn định điện áp- Dao động bé Dao động lớn Dao động bé Thời gian ngắn Thời gian dài Thời gian ngắn nn Thời gian ngắn Thời gian dài Hình 1.1: Phân loại ổn định hệ thống điện 5 Luan van ĐỀ TÀI CẤP TRƯỜNG T2019-TĐ46 TS. NGUYỄN NHÂN BỔN 1.

Ổn định góc rôto Ổn định góc rôto đề cập đến khả năng các máy phát trong cùng một hệ thống liên kết vẫn duy trì được đồng bộ sau khi chịu tác động của một dao động nhiễu loạn. Sự ổn định này là điều kiện cân bằng giữa hai lực đối nhau là công suất cơ đầu vào và công suất điện ở đầu ra của mỗi máy điện đồng bộ trong hệ thống điện. Mất ổn định có thể là kết quả xuất hiện bởi các góc lệch rôto của một số các máy phát hoặc một nhóm máy phát không đồng bộ với một số các máy phát khác. Ổn định tần số Ổn định tần số là khả năng của hệ thống điện giữ được tần số ổn định sau khi hệ thống điện có một nhiễu loạn lớn do mất cân bằng đủ lớn giữa nguồn phát và phụ tải.

Mất ổn định có thể là kết quả do tần số của hệ thống điện bị dao động dẫn đến việc cắt điện các tổ máy phát hoặc các phụ tải. Ổn định điện áp Ổn định điện áp của hệ thống điện là khả năng của một hệ thống điện khôi phục lại điện áp ban đầu hay lân cận ban đầu khi chịu các kích động nhỏ tại phụ tải. Ổn định điện áp về bản chất là một trạng thái động và bị tác động bởi việc kiểm soát điện áp và các đặc tính của tải dưới dạng biến thiên. Ổn định điện áp tĩnh (static voltage stability) là khả năng của hệ thống điện có thể giữ điện áp của các nút trong giới hạn cho phép so với điện áp định mức khi có các kích động nhỏ đến hệ thống như sự biến thiên liên tục công suất phụ tải.

Các kích động nhỏ này xảy ra liên tục nên ổn định tĩnh gắn liền với chế độ xác lập của hệ thống điện. Chỉ tiêu của ổn định tĩnh là sau khi có kích động nhỏ tới hệ thống thì điện áp tại mọi thanh cái nhận điện cùng tăng hoặc cùng giảm tương ứng với công suất phản kháng cấp vào thanh cái đó. Cụ thể hơn, hệ thống có ổn định tĩnh nếu và ngược lại thì hệ thống không đạt chỉ tiêu ổn định tĩnh. Ổn định động (dynamic voltage stability) là khả năng của hệ thống điện có thể giữ điện áp của các nút trong giới hạn cho phép so với điện áp định mức khi có các kích động lớn đến hệ thống như sự cố mất máy phát, đường dây công suất lớn.

6 Luan van ĐỀ TÀI CẤP TRƯỜNG T2019-TĐ46 TS. NGUYỄN NHÂN BỔN Chỉ tiêu của ổn định động là sau khi có kích động lớn tới hệ thống là điện áp tại tất cả các thanh cái nhận điện đều nằm trong giới hạn cho phép so với điện áp định mức. Giả sử một hệ thống điện đang ở trạng thái ổn định. Khi có thay đổi nào đó trong hệ thống điện thì hệ thống sẽ xuất hiện quá trình dao động, nếu dao động lớn thì hệ thống điện có thể rời khỏi trạng thái cân bằng lúc trước và xuất hiện quá trình quá độ để thiết lập lại trạng thái ổn định mới với điểm vận hành ổn định mới, nếu sự thay đổi là liên tục (ví dụ như phụ tải tăng dần) thì quá trình thiết lập phải xác định được điểm vận hành ổn định mới vì điểm này luôn thay đổi.

Đây chính là mục tiêu mong muốn khi vận hành hệ thống điện. Tuy nhiên, hệ thống điện có thể mất ổn định khi sự thay đổi trong hệ thống dẫn đến không có điểm vận hành ổn định nữa. Vì không tồn tại điểm vận hành ổn định mới nên hệ thống sẽ xảy ra một quá trình quá độ phức tạp. Quá trình này bắt đầu bằng việc điện áp sụt giảm chậm và sau đó là giảm nhanh do có các thay đổi khác xảy ra theo trong hệ thống.

Điều này dẫn đến sự sụt giảm điện áp liên tục và hệ thống điện bị tan rã. Các phương pháp đánh giá sự ổn định điện áp của hệ thống điện Đánh giá ổn định của các hệ thống có hai phương pháp đánh giá [6]: - Phương pháp trực tiếp (direct method): phương pháp này xác định ổn định động mà không cần giải quyết các phương trình vi phân. Nó dựa trên cơ sở được gọi là hàm năng lượng. Phương pháp hàm năng lượng được xem là trường hợp đặc biệt của phương pháp Lyapunov tổng quát hơn.

Hiện nay phương pháp này đã được nghiên cứu rất đầy đủ. Tuy nhiên nó vẫn còn giới hạn bởi mô hình hoá và kỹ thuật tính toán không tin cậy đặc biệt trong vùng lân cận điểm mất ổn định đối với hệ thống nhiều máy. Phương pháp này có ưu điểm là tính toán nhanh, thuận tiện cho bài tính trực tuyến. - Phương pháp gián tiếp (indirect method): phương pháp này dựa trên các phương trình mô hình hoá các phần tử trong hệ thống bằng các phương trình vi phân.

Dĩ nhiên do tính phi tuyến nên không có phương pháp giải trực tiếp mà phải giải bằng các phương pháp số và lặp hoặc tuyến tính hoá lân cận điểm ổn định. 7 Luan van ĐỀ TÀI CẤP TRƯỜNG T2019-TĐ46 TS. NGUYỄN NHÂN BỔN Phương pháp này có ưu điểm là các phần tử trong hệ thống có thể mô tả chính xác theo như nó có thể (có bộ điều khiển kích từ, điều tốc, các hoạt động bộ bảo vệ v.Tuy nhiên nó cần nhiều thời gian để tính toán. Do đó nó sẽ được ưu tiên trong các nghiên cứu qui hoạch hoặc phân tích sự cố.

Đối với giới hạn của đề tài này, phương pháp gián tiếp được sử dụng để xem xét sử dụng thiết bị bù nâng cao ổn định điện áp của hệ thống. Mô hình hệ thống điện - Không gian trạng thái Theo [7], trạng thái của một hệ thống động như hệ thống điện, có thể mô tả bởi tập n phương trình vi phân bậc nhất phi tuyến có dạng sau: xɺ i  f i ( x 1 , x 2 ,.1) Trong đó: - n: là số biến của hệ thống. - r : số biến điều khiển. hệ phương trình trên viết lại dưới dạng ma trận như sau: xɺ  f i ( x , u , t ) (1.x n ) là véc tơ trạng thái của hệ thống T - u  (u 1 , u 2 ,.u r ) là véc tơ đầu vào (biến điều khiển) của hệ thống T - f  (f1 , f 2 ,.f n ) Trong trường hợp đạo hàm của các biến trạng thái không là một hàm explicit thì hệ thống gọi là hệ thống autonomous.

Khi đó phương trình trên có thể viết đơn giản lại là: xɺ  f i ( x , u ) (2.3) Ngoài ra đôi khi ta quan tâm một số biến đầu ra quan hệ đại số với các biến trạng thái và biến điều khiển có thể diển tả dưới dạng: y  g(x, u ) (2.4) Trong đó: 8 Luan van ĐỀ TÀI CẤP TRƯỜNG T2019-TĐ46 TS. NGUYỄN NHÂN BỔN T - y  ( y1 , y 2 ,.y m ) là véc tơ biến đầu ra (output) của hệ thống.g m ) Cụ thể như sau, với hệ thống máy điện đồng bộ và bộ kích từ dạng IEEE-loại 1 các phương trình mô tả hệ thống có thể viết nhau: Các phương trình vi phân về kích từ và điều tốc: d i  i  s dt (2.5) ' ' ' ' di TMi [E qi  X di I di ]I qi [E di  X qi I qi ]I di Di (i  s )     dt Mi Mi Mi Mi (2.6) dE 'qi E'qi[X di  X 'di ]I di ] E 'fdi    dt T ' d 0i T' doi T'doi (2.7) dE 'di E' I qi   di  (X qi  X' qi ) dt T' q 0i T' qoi (2.8) dE 'fdi K  S E (E fdi ) V   Ei E fdi  Ri dt TEi TEi (2.9) dVRi V K K K K   Ri  Ai R fi  Ai Fi E fdi  Ai (Vrefi  Vi ) dt TAi TAi TAi TFi TAi (2.10) dR Fi R K Fi   Fi  E fdi dt TFi (TFi ) 2 (2.11) Các phương trình đại số stator: E 'di  Vi sin(  i   i )  R si I di  X 'qi I qi  0 (2.12) E 'qi  Vi cos(  i   i )  R si I qi  X 'di I di  0 (2.13) Các phương trình hệ thống: 9 Luan van ĐỀ TÀI CẤP TRƯỜNG T2019-TĐ46 TS. NGUYỄN NHÂN BỔN n I di Vi sin( i  i )  I qi Vi cos( i  i )  PLi (Vi )   Vi Vk Yik cos(i   k   ik )  0 k 1 (1.14) n I di Vi cos( i  i )  I qi Vi sin( i  i )  Q Li (Vi )   Vi Vk Yik sin(i   k   ik )  0 k 1 (1. Điểm cân bằng (Equibibrium or singular points) Điểm cân bằng là điểm mà tại đó tất cả các đạo hàm xɺ 1 , xɺ 2 ,.xɺ n là đồng thời bằng không.

Hệ thống được xem là dừng bởi vì tất cả các biến bằng hằng số và không thay đổi theo thời gian.