Luận văn thạc sĩ: Nâng cao ổn định hệ thống điện Bạc Liêu sử dụng thiết bị STATCOM

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu nâng cao ổn định hệ thống điện Bạc Liêu bằng thiết bị STATCOM, góp phần cải thiện hiệu suất năng lượng.

• Tác giả: Nguyễn Trọng Kha
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Đình Nhơn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Nâng cao ổn định hệ thống điện Bạc Liêu với thiết bị STATCOM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu của đề tài
• 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.4. Ý nghĩa luận văn
• 1.5. Tính thực tiễn của đề tài
• 1.6. Mục tiêu và nhiệm vụ
• 1.7. Phương pháp giải quyết
• 1.8. Giới hạn đề tài
• 1.9. Điểm mới của luận văn
• 1.10. Phạm vi ứng dụng
• 1.11. Bố cục của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Đặt vấn đề
• 2.2. Các giới hạn ổn định trong hệ thống điện
• 2.3. Khái niệm về ổn định điện áp
• 2.4. Sự sụp đổ điện áp trong hệ thống điện
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ BẠC LIÊU VÀ STATCOM
• 3.1. Giới thiệu hệ thống điện gió Bạc Liêu
• 3.2. Máy phát điện gió DFIG
• 3.3. Một số phương trình toán của máy phát DFIG
• 3.4. Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor
• 3.5. Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới
• 3.6. Hệ thống điều khiển góc xoay của cánh quạt gió
• 3.7. Giới thiệu về STATCOM
• 3.8. Mô hình mạch
• 3.9. Mô hình tính toán của STATCOM
• 3.10. Chức năng, ứng dụng của STATCOM
• 3.11. Sơ đồ điều khiển STATCOM
• 4. CHƯƠNG 4: NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG STATCOM
• 4.1. Tổng quan về hệ thống điện Bạc Liêu
• 4.2. Ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định cho hệ thống điện Bạc Liêu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống điện Bạc Liêu

Hệ thống điện Bạc Liêu đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc duy trì ổn định điện và đảm bảo chất lượng điện năng. Việc tích hợp năng lượng gió vào hệ thống điện là một trong những giải pháp quan trọng nhằm nâng cao hiệu suất và ổn định cho hệ thống. Năng lượng gió có tiềm năng lớn tại Bạc Liêu, tuy nhiên, sự biến đổi của tốc độ gió có thể gây ra các dao động điện áp. Do đó, việc áp dụng công nghệ STATCOM là cần thiết để cải thiện khả năng điều chỉnh điện áp và giảm thiểu các dao động này. Theo nghiên cứu, việc sử dụng thiết bị STATCOM có thể giúp duy trì điện áp ổn định trong các tình huống khẩn cấp, từ đó nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.

1.1. Tình hình sử dụng năng lượng gió tại Bạc Liêu

Năng lượng gió tại Bạc Liêu đã được khai thác và phát triển trong những năm gần đây. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng gió vẫn còn nhiều hạn chế do sự không ổn định của nguồn năng lượng này. Các nghiên cứu cho thấy rằng, việc tích hợp công nghệ STATCOM vào hệ thống điện gió có thể giúp cải thiện đáng kể chất lượng điện năng và giảm thiểu các dao động điện áp. Việc này không chỉ giúp nâng cao ổn định hệ thống điện mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo tại khu vực này.

II. Ứng dụng STATCOM trong nâng cao ổn định hệ thống điện

Việc áp dụng STATCOM vào hệ thống điện Bạc Liêu đã cho thấy nhiều lợi ích rõ rệt. STATCOM giúp điều chỉnh công suất phản kháng, từ đó cải thiện ổn định điện áp và giảm thiểu các dao động do sự thay đổi của tải và tốc độ gió. Các mô hình toán học cho thấy rằng, khi có sự hiện diện của STATCOM, hệ thống điện có khả năng duy trì điện áp ổn định hơn trong các tình huống khẩn cấp. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh Bạc Liêu đang phát triển mạnh mẽ các dự án điện gió. Việc sử dụng công nghệ STATCOM không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

2.1. Tính toán và mô phỏng hiệu quả của STATCOM

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc mô phỏng hệ thống điện Bạc Liêu với và không có STATCOM cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong khả năng duy trì ổn định điện áp. Khi có STATCOM, hệ thống có thể nhanh chóng trở về trạng thái ổn định sau khi xảy ra sự cố. Điều này chứng tỏ rằng, STATCOM không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn là một công cụ quan trọng trong việc quản lý và điều hành hệ thống điện. Việc áp dụng công nghệ STATCOM sẽ giúp Bạc Liêu phát triển bền vững và hiệu quả hơn trong việc khai thác năng lượng gió.

III. Kết luận và kiến nghị

Luận văn đã chỉ ra rằng, việc nâng cao ổn định hệ thống điện Bạc Liêu thông qua việc sử dụng thiết bị STATCOM là một giải pháp khả thi và hiệu quả. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, STATCOM có thể cải thiện đáng kể chất lượng điện năng và giảm thiểu các dao động điện áp. Để phát triển bền vững nguồn năng lượng gió tại Bạc Liêu, cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới, đồng thời tăng cường đầu tư vào cơ sở hạ tầng điện. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống điện trong tương lai.

3.1. Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng STATCOM

Để tối ưu hóa việc sử dụng STATCOM, cần thực hiện các nghiên cứu sâu hơn về vị trí lắp đặt và dung lượng của thiết bị này trong hệ thống điện Bạc Liêu. Việc này sẽ giúp đảm bảo rằng STATCOM hoạt động hiệu quả nhất trong việc duy trì ổn định điện và cải thiện chất lượng điện năng. Ngoài ra, cần có các chính sách hỗ trợ từ chính phủ để khuyến khích đầu tư vào công nghệ này, từ đó thúc đẩy sự phát triển bền vững của năng lượng gió tại Bạc Liêu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Năng lượng đóng vai trò thiết yếu trong đời sống và phát triển kinh tế, tuy nhiên nguồn năng lượng truyền thống như than, dầu, khí đang dần cạn kiệt và gây ra biến đổi khí hậu nghiêm trọng. Trong bối cảnh đó, năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió, được xem là giải pháp bền vững và được nhiều quốc gia ưu tiên phát triển. Từ năm 2013 đến 2017, tổng công suất lắp đặt điện gió toàn cầu tăng mạnh, trong đó châu Âu dẫn đầu với Đức là quốc gia có công suất điện gió lớn nhất. Việt Nam, với tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đông Nam Á, đặc biệt là các vùng ven biển và cao nguyên miền Nam Trung Bộ và Nam Bộ, đã xác định phát triển điện gió là trọng tâm trong chiến lược “Điện Xanh”. Tỉnh Bạc Liêu, nằm trong vùng đồng bằng sông Cửu Long, đã triển khai dự án điện gió công suất 120 MW, góp phần vào sự phát triển năng lượng tái tạo của quốc gia.

Tuy nhiên, việc tích hợp điện gió vào hệ thống điện truyền thống đặt ra thách thức lớn về ổn định hệ thống do dao động điện áp và công suất phản kháng biến đổi theo tốc độ gió. Luận văn tập trung nghiên cứu nâng cao độ ổn định hệ thống điện Bạc Liêu sử dụng thiết bị bù đồng bộ tĩnh STATCOM nhằm khắc phục các dao động này. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình toán học của hệ thống điện gió và STATCOM, đánh giá hiệu quả của STATCOM trong việc hạn chế dao động điện áp và đề xuất giải pháp tối ưu cho hệ thống. Nghiên cứu được thực hiện trên phần mềm Matlab/Simulink, với phạm vi tập trung vào hệ thống điện Bạc Liêu và các kịch bản sự cố điển hình. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy và khả năng truyền tải của hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió.

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 điện áp trong hệ thống điện: Khả năng duy trì điện áp tại các nút trong hệ thống trong phạm vi cho phép khi có các kích động lớn hoặc nhỏ. Ổn định điện áp được phân thành ổn định tĩnh và động, ổn định ngắn hạn và dài hạn, với các giới hạn về điện áp, nhiệt và ổn định hệ thống.

• Mô hình máy phát điện gió DFIG (Double Fed Induction Generator): Máy phát không đồng bộ nguồn đôi cho phép điều khiển công suất phản kháng và công suất thực, vận hành linh hoạt dưới hoặc trên tốc độ đồng bộ, giúp tối ưu hóa công suất thu nhận từ gió.

• Thiết bị bù đồng bộ tĩnh STATCOM: Thiết bị FACTS sử dụng bộ biến đổi nguồn áp (VSC) để bù công suất phản kháng, điều chỉnh điện áp tại điểm lắp đặt, nâng cao ổn định điện áp và khả năng truyền tải công suất. STATCOM có ưu điểm phản ứng nhanh, điều khiển linh hoạt và không cần nguồn năng lượng dự trữ.

Các khái niệm chính bao gồm: ổn định điện áp, dao động điện áp, công suất phản kháng, góc lệch điện áp, mô hình toán học DFIG, và nguyên lý hoạt động STATCOM.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink để xây dựng mô hình toán học của hệ thống điện gió Bạc Liêu và thiết bị STATCOM. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm hệ thống điện với 66 máy phát gió DFIG công suất 1,5 MW mỗi máy, tổng công suất 99 MW, kết nối vào lưới điện 110 kV tỉnh Bạc Liêu. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng các kịch bản vận hành và sự cố điển hình như ngắn mạch 3 pha, biến đổi tốc độ gió nhằm khảo sát đáp ứng điện áp và công suất phản kháng.

Phân tích tập trung vào đánh giá độ ổn định điện áp qua các chỉ số dao động điện áp, thời gian trở về trạng thái ổn định, và khả năng bù công suất phản kháng của STATCOM. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2018 đến tháng 4/2019, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả của STATCOM trong hạn chế dao động điện áp: Mô phỏng cho thấy khi có STATCOM, dao động điện áp tại các bus trong hệ thống giảm đáng kể so với trường hợp không có STATCOM. Ví dụ, trong kịch bản ngắn mạch 3 pha tại bus Bạc Liêu, điện áp giảm tối đa chỉ còn khoảng 5% so với mức giảm 15% khi không có STATCOM.

2. Tăng độ ổn định hệ thống khi biến đổi tốc độ gió: Khi tốc độ gió tăng đột ngột, hệ thống có STATCOM duy trì điện áp ổn định trong phạm vi ±6% điện áp định mức, trong khi hệ thống không có STATCOM xuất hiện dao động lớn và mất ổn định tạm thời.

3. Khả năng điều chỉnh công suất phản kháng linh hoạt: STATCOM cung cấp công suất phản kháng theo nhu cầu biến đổi của phụ tải và nguồn gió, giúp cân bằng điện áp ba pha và giảm thiểu hiện tượng sụp đổ điện áp.

4. Thời gian phục hồi nhanh sau sự cố: Hệ thống có STATCOM có thời gian trở về trạng thái ổn định sau sự cố ngắn mạch chỉ khoảng 0,5 giây, nhanh hơn 30% so với hệ thống không có thiết bị này.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các dao động điện áp trong hệ thống điện gió là do biến đổi không ổn định của công suất phản kháng khi tốc độ gió thay đổi. Việc sử dụng STATCOM với khả năng điều khiển điện áp và công suất phản kháng nhanh nhạy giúp bù đắp kịp thời các biến động này, từ đó nâng cao độ ổn định điện áp và giảm thiểu nguy cơ sụp đổ điện áp.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng phù hợp với các báo cáo về hiệu quả của thiết bị FACTS trong việc cải thiện ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng tái tạo. Việc mô phỏng trên Matlab/Simulink cung cấp dữ liệu chi tiết về đáp ứng thời gian và biên độ dao động, có thể được trình bày qua biểu đồ điện áp theo thời gian và bảng so sánh các chỉ số ổn định.

Ý nghĩa của kết quả là cơ sở khoa học để triển khai ứng dụng STATCOM trong hệ thống điện Bạc Liêu và các hệ thống điện gió tương tự, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và an ninh năng lượng quốc gia.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Lắp đặt STATCOM tại các nút trọng yếu của hệ thống điện Bạc Liêu nhằm giảm thiểu dao động điện áp và nâng cao độ ổn định, ưu tiên các bus có phụ tải lớn và kết nối nhiều máy phát gió. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 1-2 năm, do các đơn vị vận hành và quản lý lưới điện thực hiện.

2. Phát triển hệ thống điều khiển và giám sát STATCOM tích hợp với SCADA để theo dõi và điều chỉnh công suất phản kháng theo thời gian thực, đảm bảo hiệu quả vận hành tối ưu. Khuyến nghị triển khai trong 12 tháng tiếp theo, phối hợp giữa nhà cung cấp thiết bị và trung tâm điều độ.

3. Nâng cao năng lực nghiên cứu và đào tạo chuyên sâu về thiết bị FACTS và hệ thống điện gió cho cán bộ kỹ thuật và quản lý tại các công ty điện lực và viện nghiên cứu, nhằm đảm bảo vận hành và bảo trì hiệu quả. Thời gian đào tạo liên tục, ưu tiên trong 6 tháng đầu sau khi triển khai thiết bị.

4. Tiếp tục nghiên cứu tối ưu dung lượng và vị trí lắp đặt STATCOM dựa trên mô hình toán học mở rộng và dữ liệu vận hành thực tế, nhằm giảm chi phí đầu tư và tăng hiệu quả kinh tế. Đề xuất nghiên cứu trong vòng 1 năm, phối hợp với các trường đại học và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và kỹ sư vận hành hệ thống điện: Nghiên cứu cung cấp giải pháp nâng cao ổn định điện áp và khả năng truyền tải, giúp họ tối ưu hóa vận hành và giảm thiểu sự cố.

2. Các nhà phát triển dự án điện gió và năng lượng tái tạo: Tham khảo để hiểu rõ ảnh hưởng của điện gió đến hệ thống điện và cách ứng dụng thiết bị STATCOM để đảm bảo chất lượng điện năng.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu liên quan đến ổn định hệ thống điện và ứng dụng thiết bị FACTS.

4. Các nhà hoạch định chính sách năng lượng và môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phát triển năng lượng tái tạo bền vững, đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. STATCOM là gì và vai trò của nó trong hệ thống điện gió?
   STATCOM là thiết bị bù đồng bộ tĩnh dùng để điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp trong hệ thống điện. Trong hệ thống điện gió, STATCOM giúp ổn định điện áp, giảm dao động và nâng cao khả năng truyền tải công suất, đặc biệt khi tốc độ gió biến đổi.

2. Tại sao ổn định điện áp lại quan trọng trong hệ thống điện có điện gió?
   Điện áp ổn định đảm bảo chất lượng điện năng và vận hành an toàn của thiết bị điện. Điện gió gây ra dao động công suất phản kháng và điện áp do biến đổi tốc độ gió, nếu không kiểm soát sẽ dẫn đến sụp đổ điện áp và mất ổn định hệ thống.

3. Phương pháp mô phỏng nào được sử dụng trong nghiên cứu?
   Nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để xây dựng mô hình toán học của hệ thống điện gió và STATCOM, mô phỏng các kịch bản vận hành và sự cố nhằm đánh giá hiệu quả thiết bị.

4. STATCOM có thể thay thế hoàn toàn tụ điện cố định trong hệ thống không?
   Không hoàn toàn. Tụ điện cố định cung cấp công suất phản kháng cơ bản nhưng không điều chỉnh linh hoạt theo tải. STATCOM bổ sung khả năng điều chỉnh nhanh và chính xác, nâng cao ổn định điện áp trong các điều kiện biến động.

5. Làm thế nào để xác định vị trí lắp đặt STATCOM tối ưu?
   Vị trí lắp đặt được xác định dựa trên phân tích mô hình hệ thống, tập trung vào các nút có điện áp yếu hoặc dao động lớn, đồng thời cân nhắc chi phí đầu tư và hiệu quả vận hành. Nghiên cứu đề xuất vị trí lắp đặt tại các bus trọng yếu trong hệ thống điện Bạc Liêu.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học hệ thống điện gió Bạc Liêu và thiết bị STATCOM trên Matlab/Simulink, đánh giá hiệu quả nâng cao ổn định điện áp.
• Kết quả mô phỏng chứng minh STATCOM giảm đáng kể dao động điện áp và rút ngắn thời gian phục hồi sau sự cố.
• Nghiên cứu đề xuất các giải pháp lắp đặt và vận hành STATCOM phù hợp với đặc thù hệ thống điện Bạc Liêu.
• Công trình góp phần nâng cao chất lượng điện năng và an ninh năng lượng trong bối cảnh phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế thiết bị, đào tạo nhân lực và nghiên cứu tối ưu hóa dung lượng STATCOM nhằm tăng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

Quý độc giả và các đơn vị liên quan được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển hệ thống điện bền vững và ổn định hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng. Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống 7 Luan van điện ở trong một phạm vi cho phép (tuỳ thuộc vào tính chất mỗi nút mà phạm vi dao động cho phép của điện áp sẽ khác nhau) 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 thông số của hệ thống. Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nề nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển được, gọi là sụp đổ điện áp.

Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự mất ổn định và sụp đổ điện áp thường là do không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng cần thiết khi phụ tải tăng bất thường và đột biến. Giải pháp kỹ thuật để khắc phục sự mất ổn định và sụp đổ điện áp mà bài báo này đưa ra là áp dụng bộ điều khiển STATCOM thuộc nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System). Với độ nhanh nhạy, chính xác, điều khiển linh hoạt, các thiết bị FACTS sẽ cải thiện độ ổn định điện áp và nâng cao khả năng truyền tải công suất trên hệ thống. Các giới hạn ổn định trong hệ thống điện: Ðể tin cậy, hệ thống điện có thể vận hành dưới các giới hạn truyền tải công suất.

Các giới hạn này sẽ ràng buộc việc phát và truyền tải công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống. Các giới hạn này được chia thành 3 dạng: giới hạn nhiệt, giới hạn điện áp và giới hạn ổn định.1 Khái niệm về ổn định điện áp: Ổn định điện áp là khả năng của một HTĐ vẫn còn duy trì được giá trị điện áp ổn định ở tất cả các nút trong HTĐ sau khi trải qua một sự cố từ điều kiện vận hành xác lập bình thường ban đầu [7]. Vấn đề về ổn định điện áp còn có thể được chia nhỏ thành các vấn đề nhỏ hơn, tương ứng là ổn định điện áp khi có kích động lớn và khi có dao động nhỏ. Tại khoản 1 Điều 5 Thông tư 25/2016/TT-BCT [8], ổn định hệ thống điện được quy định hệ thống điện truyền tải như sau: Ổn định hệ thống điện là khả năng của hệ thống điện, với điều kiện vận hành ban đầu xác định, trở lại chế độ vận hành bình 8 Luan van thường hoặc chế độ cân bằng xác lập sau khi xảy ra một kích động vật lý trong hệ thống điện làm thay đổi các thông số vận hành của hệ thống điện.

Ổn định hệ thống điện được phân loại như sau: Ổn định quá độ là khả năng của các tổ máy phát điện trong hệ thống điện duy trì được trạng thái vận hành đồng bộ sau khi xảy ra các kích động lớn trong hệ thống điện; Ổn định tín hiệu nhỏ là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì được điện áp ổn định khi chịu các tác động nhỏ chẳng hạn như tải thay đổi theo hướng tăng với mức độ dập tắt các dao động công suất tự nhiên trong giới hạn cho phép. Ổn định động điện áp là khả năng của hệ thống điện vẫn duy trì điện áp xác lập tại các nút sau khi xảy ra các kích động lớn trong hệ thống điện chẳng hạn như có hư hỏng trong HTĐ, mất nguồn phát điện, hoặc các sự cố trên mạch điện. Việc xác định ổn định điện áp khi có kích động lớn cần phải khảo sát đáp ứng phi tuyến của HTĐ trong một khoảng thời gian đủ để thu nhận được hoạt động và tương tác của các thiết bị, như động cơ điện, ULTC (bộ chỉnh áp dưới tải của máy biến áp) và OEL (bộ hạn chế dòng kích từ của máy phát). Ổn định tĩnh điện áp là khả năng của hệ thống điện duy trì điện áp xác lập tại các nút sau khi xảy ra các kích động nhỏ trong hệ thống điện.

Ổn định tần số là khả năng hệ thống điện duy trì được tần số xác lập sau khi xảy ra các kích động làm mất cân bằng công suất giữa nguồn điện và phụ tải điện. Ổn định điện áp ngắn hạn liên quan đến tính chất động của các thành phần tải tác động nhanh như: động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử và các bộ biến đổi HVDC. Ổn định điện áp dài hạn liên quan đến các thiết bị tác động chậm hơn, chẳng hạn ULTC, tải nhiệt điều khiển tĩnh, và bộ hạn chế dòng kích từ của máy phát (OEL). Thời gian có thể đến vài phút hoặc nhiều hơn và việc mô phỏng trong khoảng thời gian dài cần được sử dụng để phân tích hoạt động động của HTĐ 9 Luan van 2.

Sự sụp đổ điện áp trong hệ thống điện: Hệ thống điện đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của quốc gia. Do sự phát triển kinh tế nên nhu cầu phụ tải tăng nhanh làm cho hệ thống điện ngày càng trở nên rộng lớn về quy mô, phức tạp trong tính toán thiết kế và vận hành làm cho hệ thống điện làm việc rất gần về giới hạn ổn định do phụ tải tăng quá nhanh hay do cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên như khai thác quá mức nguồn thủy điện cũng như than đá và việc ứng dụng công nghệ mới như điện hạt nhân ở nước ta còn nhiều khó khăn do vấn đề về công nghệ, lo ngại về sự an toàn, vốn đầu tư. Một hệ thống điện gồm thành ba phần chính: Phần phát điện: bao gồm các nhà máy phát điện như: nhiệt điện, thủy điện, nhà máy khí. Phần truyền tải: bao gồm các đường dây cao áp, máy biến áp truyền tải.

Phần phân phối: đây là phần điện áp được hạ thế để cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải và cũng là phần thường xuyên gây mất ổn định trong hệ thống điện. Sự sụp đổ điện áp là quá trình mà qua đó chuỗi các sự cố liên quan đến sự không ổn định điện áp và cuối cùng dẫn đến tan rã HTĐ hoặc điện áp thấp bất thường trong phần lớn khu vực của HTĐ. Khi công suất tải tiêu thụ thay đổi vượt quá khả năng của hệ thống truyền dẫn và hệ thống phát sẽ gây nên hiện tượng quá tải và giới hạn ổn định bị vượt qua sẽ dẫn đến sự mất ổn định điện áp. 10 Luan van Hình 2.

1 Một số nguyên nhân gây nên sự cố tan rã HTĐ. Nhìn chung, các sự cố trên đều có một quá trình chung đó là HTĐ từ trạng thái vận hành bình thường hoặc rất gần với giới hạn an ninh/ ổn định chuyển sang mất ổn định và cuối cùng là bị chia tách, sụp đổ thành các hệ thống riêng biệt. Cơ chế chung đó chính là sự mất ổn định của HTĐ và có thể được tổng kết như sau: Lúc đầu, HTĐ đang được vận hành ở những điều kiện bất lợi khá gần với giới hạn ổn định như một số tổ máy hay nhà máy điện bị cắt khỏi lưới điện hoặc một số đường dây tải điện do sự cố hay phải bảo dưỡng trong khi đó nhu cầu phụ tải lại đang rất lớn hay tăng lên do những điều kiện bất thường. Hay như, vùng trung tâm phụ tải lại ở xa vùng phát, làm tăng tổn thất truyền tải cả công suất tác dụng và công suất phản kháng, hoặc công suất dự phòng không đủ.

Những điều kiện bất lợi đó làm cho điện áp ở một số nút bị suy giảm. Những điều kiện bất lợi này có thể phải tiếp tục chịu một hoặc một số sự cố cực kỳ nguy kịch do việc mất thêm thiết bị như mất đường dây, máy phát quan trọng 11 Luan van làm phá vỡ tiêu chuẩn an ninh, làm phát sinh các vấn đề ổn định HTĐ như mất ổn định điện áp, tần số hay góc roto dẫn đến làm quá tải các thiết bị còn lại và điện áp giảm thấp tại một số nút gây mất đồng bộ giữa các máy phát điện. Do thiếu các biện pháp ngăn chặn kịp thời của các trung tâm điều độ hệ thống hay do lỗi vận hành của con người, hoặc do tác động sai của thiết bị bảo vệ, hay hư hỏng tiềm ẩn trong các hệ thống giám sát, điều khiển làm cho tình hình trở lên nghiêm trọng hơn. Sự tác động của máy biến áp điều áp dưới tải hay các máy phát đã đạt đến giới hạn công suất tác dụng hay công suất phản kháng, làm cho HTĐ mất khả năng điều khiển điện áp.

Làm cho điện áp tiếp tục giảm thấp dẫn đến sụp đổ điện áp và hậu quả nghiêm trọng là hệ thống bị tan rã. Các máy phát điện bị mất đồng bộ, các hệ thống bảo vệ chống mất đồng bộ tác động cắt các máy phát này ra khỏi HTĐ gây ra mất cân bằng phía máy phát hay phía tải tăng lên mạnh hơn nữa dẫn đến hàng loạt các thiết bị khác cắt khỏi lưới làm sụp đổ hoàn toàn hệ thống. Cơ chế tan ra HTĐ có thể liên quan trực tiếp đến cơ chế mất ổn định điện áp, tần số hay góc roto. 12 Luan van Cơ chế tan rã HTĐ được trình bày ở hình dưới đây: Điều kiện thời tiết Một số máy phát, Vùng phụ tải ở xa Công suất tác Tải tăng và điện bất thường hay tải đường dây, tụ bù vùng phát điện, dụng và phản áp thấp ở một số tăng đột ngột bị cắt ra khỏi lưới đường dây truyền tải kháng thiếu dự trữ nút trong HTĐ HỆ THỐNG ĐIỆN Bắt nguồn từ sự cố nguy hiểm: Mất một hay vài đường dây hoặc máy phát quan trọng.

Mất ổn định Mất ổn định Mất ổn định điện áp tần số góc rotor Điện áp tại các Gây quá tải ở Vấn đề đồng bộ Thiếu moment nút giảm từ từ các thiết bị khác hóa HTĐ cản dao động Máy phát/bù đạt giới Tăng mạnh tổn thất ULTC đạt đến nấc Cắt các thiết bị quá hạn phát CS phản công suất phản kháng cao nhất tải khác trong HTĐ kháng Sụp đổ điện áp Mất đồng bộ Cắt nhanh các đường dây, máy phát và thiết bị điện trong HTĐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN Hình 2. 2 Cơ chế xảy ra sự cố tan rã hệ thống điện. Từ những trình bày ở trên cho thấy sự sụp đổ điện áp trên hệ thống điện sẽ gây ra những tổn thất nặng nề không chỉ về kinh tế mà quan trọng hơn là an ninh năng lượng của quốc gia.