Chương I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN. Chương II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TÌM HIỂU FACT. Chương III: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CÓ ĐIỆN ÁP 345KV Chương IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT TÀI LIỆU THAM KHẢO. HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 3 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến CHƢƠNG II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TÌM HIỂU FACT 1.
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối có mối quan hệ tương tác lẫn nhau rất phức tạp tồn tại vô số các nhiễu tác động lên hệ thống. Hệ thống phải đảm bảo được tính ổn định khi có tác động của những nhiễu này. Ổn định hệ thống điện là khả năng trở lại vận hành bình thường hoặc ổn định sau khi chịu tác động nhiễu. Đây là điều kiện thiết yếu để hệ thống có thể tồn tại và vận hành: chế độ xác lập chẳng hạn, để tồn tại cần phải có sự cân bằng công suất trong hệ (làm các thông số của hệ mới giữ không đổi) và đồng thời phải duy trì được độ lệch nhỏ của các thông số định mức dưới những kích động ngẫu nhiên nhỏ (làm các thông số này lệch khỏi các giá trị tại điểm cân bằng); hoặc do những tác động của những thao tác đóng cắt, hệ thống điện cần phải chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác.
Khi hệ thống mất ổn định, có thể phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải, có thể làm tan rã hệ thống và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế. Do đó cần nghiên cứu ổn định trong thiết kế và vận hành hệ thống phải đảm bảo: Ổn định trong mọi tình huống vận hành bình thường và sau sự cố. Có thể vận hành bình thường trong mọi tình huống thao tác vận hành và kích động của sự cố.1 Ổn định động và ổn định tĩnh Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống sau những kích động (nhiễu nhỏ) phục hồi được chế độ ban đầu. Nếu liên tưởng đến ổn định của hai hệ sau ta có thể hiểu thêm về khái niệm ổn định tĩnh.1 - a) vị trí cân bằng của con lắc là ổn định.
Nghĩa là giả sử nếu như có những nhiễu nhỏ (thường xuyên hiện hữu trong không gian) thì con lắc sẽ giao động. Tuy nhiên do lực cản không khí, dao động tắt dần và con lắc sẽ trở về vị trí ban đầu. HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 4 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến Hình 2.1: Minh họa ổn định của hai hệ cơ học Tương tự như vậy, vị trí a của hệ (Hình 2.1) sẽ ổn định. Tuy nhiên vị trí b là vị trí giả sử cân bằng nhưng không ổn định.
Lý do là chỉ cần nhiễu nhỏ (gió nhẹ) thì hòn bi sẽ rời khỏi điểm B. Hệ thống điện như trên đã nói, chế độ xác lập khi có điều kiện cân bằng công suất sẽ có các thông số không thay đổi hoặc chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các giá tri ban đầu. Tuy nhiên, trong hệ thống khi vận hành có rất nhiều tác động nhỏ, ngẫu nhiên: sự thay đổi của công suất phụ tải. Hệ thống khi ấy vẫn phải duy trì được độ lệch nhỏ hoặc trở về các vị trí ban đầu của các thông số chế độ.
Tính chất này chính là tính ổn định tĩnh của hệ này. Ổn định động của hệ thống khả năng của hệ phục hồi được trạng thái ban đầu hoặc gần trạng thái ban đầu sau những kích động lớn (nhiễu lớn). Như trên đã nói nếu có thể chuyển được sang chế độ xác lập mới thì hệ sẽ có tính ổn định động. Các kích động lớn ở đây có thể được hiểu như sau: Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện.
Đóng cắt các phần tử lưới điện. Tăng giảm đột ngột. Giả sử như có một máy phát điện đang phát công suất p0 nay do nhu cầu cần phải tăng ngay công suất lên P1. Ở thời điểm này sẽ có sự tăng động ngột công suất cơ P = P1 - P0 nên máy phát quay nhanh lên.
Nếu sự tăng tải này đảm bảo cho máy phát theo thời gian giảm tốc lại và trở về vị trí cân bằng ổn định mới thì ta nói hệ có tính ổn định động. Ngược lại, nếu máy phát liên tục tăng tốc, nó sẽ rời khỏi đồng bộ và phải bắt buộc phải được cắt ra khỏi lưới, khi ấy hệ mất ổn định động. HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 5 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.2 Mô hình hệ thống điện – Không gian trạng thái Mô hình hệ thống điện – không gian trạng thái, trạng thái của một hệ thống động như một hệ thống điện thì có thể mô tả bởi tập hợp N phương trình vi phân bậc nhất dạng phi tuyến như sau: .1) Trong đó: N: là số biến của hệ thống R: số biến điều khiển. Hệ phương trình trên được biến dạng như sau:.
x n)t là vectơ trạng thái của hệ thống.u r )t là vectơ đầu vào (biến điều khiển) của hệ thống. n Trong trường hợp đạo hàm của các biến trang thái khủng là một hàm explicit thì hệ thống gọi là hệ thống autonomus. Khi đó phương trình trên có thể viết đơn giản lại. Ngoài ra, chúng ta cần phải quan tâm biến đầu ra có mối quan hệ đại số có các biến trạng thái và biến điều khiển có thể diễn tả dưới dạng: Y=g(x,u).
Trong đó: y (y y ) là vectơ biến đầu ra (output) của hệ thống. n Đối 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 như sau: Các phương trình vi phân về kích từ và điều tốc: d i dt i s HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 6 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến d T [ E , X , I ]I [ E , X , I ]I i Mi qi qi di qi qi qi qi qi Di (i s ) dt M M M M i i i i dE , E, , E, qi qi [( X di X di ) I di ] fdi dt T, T, T, doi doi doi dE , E, I qi qi di (X X , ) qi qi dt T, T, qoi qoi dE , K S E .E fdi V fdi Ei E fdi Ri dt TEi TEi dV V K Ri Ri Ai R K Ai .E K Ai (V V ) fi fdi refi i dt TAi TAi TAi .TFi TAi dR Fi RFi K Fi .E Fdi dt TFi (TFi )2 Các phương trình đại số Stator: E, V sin( ) R .I X , I 0 di i i i i di qi qi E, V cos( ) R .I X , I 0 qi i i i i qi di di Các phương trình trong hệ thống: n I V sin( ) I V cos( ) P (V ) V V Y cos( ) 0 di i i i qi i i i Li i i k ik i k ik k 1 n I V cos( ) I V sin( ) Q (V ) V V Y sin( ) 0 di i i i qi i i i Li i i k ik i k ik k 1 n P (V ) V V Y cos( ) 0 Li i i k ik i k ik k 1 n Q (V ) V V Y sin( ) 0 Li i i k ik i k ik k 1 Cho x0 là vectơ trạng thái cân bằng, u0 là vecto đầu vào tương ứng với trạng thái cân bằng nên thỏa mãn phương trình sau: HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 7 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.4) Cho một dao động ở một trạng thái trên X x0 x (2.5) U u 0 u Trạng thái mới của hệ thống sẽ thỏa mãn với phương trình: x x x fi{( x )( x )} .6) i 0 0 x i x ni u i u r i ni i r Vì x f ( x , u ) nên: i0 i 0 0 .7) 1 x i x ni u i u r i ni i r Với I = 1, 2, 3, …, n g g g g y i x .8) i x i x mi u i u r i mi i r Với I = 1, 2, 3, …, m. n x x u u 1 r 1 r HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 8 Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến Trong đó: : vectơ trạng thái bậc n. r : vectơ đầu ra bậc m.
y : vectơ đầu vào (vectơ điều khiển ) bậc r. u A là ma trận trạng thái (ma trận Jacobi) bậc (n x n). B là ma trận điều khiển bậc (n x r). C là ma trận đầu ra bậc (n x n).
D là ma trận hồi tiếp. Là tỉ lệ của các tính hiệu đầu vào ảnh hưởng trực tiếp đến tính hiệu đầu ra với ma trận A là ma trận Jacobi của mô hình động hệ thống, nó quyết định tính chất động học của hệ thống.3 Điểm cân bằng (Equibibrium or singular point). Điểm cân bằng là điểm mà tại đó tất cả các đạo hàm x1. x n là đồng thời bằng không, hệ thống được xem là dừng bởi tất cả các biến bằng hằng số, không thay đổi theo thời gian.
Điểm cân bằng thõa mãn điều kiện sau: Fi( x0, u) 0 (2.9) Nếu phương trình fi (i =1, 2, …, n) là tuyển tính, thì hệ thống gọi là hệ tuyển tính và sẻ chỉ có một điểm cân bằng duy nhất. Ngược lại, đối với hệ thống phi tuyến thì thông thường khi khảo sát sẽ có nhiều hơn một điểm cân bằng là đặc trưng chính khi khảo sát một hệ thống động nào đó, đồng thời sẽ rút ra được các tính chất ổn định của hệ thống.