Nghiên cứu áp dụng các phương pháp và phương tiện điều khiển để nâng cao ổn định và làm việc tin cạy của hệ thống điện645

B GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lã Minh Khánh NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH VÀ LÀM VIỆC TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: Mng Hệ thống điện Mã số: 62.52.50.05 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯNG DẪN KHOA HỌC: VS.GS.TSKH Trần Đình Long TSKH Trần Quốc Tuấn Hà Ni - 2009 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình luận án trước Tác giả luận án ii MỤC LỤC Trang L i cam đoan i M cl c ii Danh m c các chữ vi t tắt, b ng bi u, hình v M Đ U PH N M T – PH NG PHÁP TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH VÀ ÁP D NG CÁC BI N PHÁP NÂNG CAO N Đ NH TƾNH H TH NG ĐI N PH C T P Ch 11 ng - T NG QUAN V Đ NH H CÁC PH 12 ng pháp tiêu chuẩn đánh giá 1.1.1 Khái ni m kinh n v 1.1.2 Ph 1.2 H ph 1.2.1 Ph 1.2.2 ng pháp tiêu chuẩn n đ nh Lyapunov ng trình tr ng thái ch đ ng trình ch nh h đ th ng n 12 xác l p ch ng 12 14 đ đ c a HTĐ 18 xác l p 18 ng c a gi i h n u ch nh công su t ngu n đ n c u ng trình CĐXL đặc tính 1.2.3 H ph n đ nh h th ng 24 ng trình chuy n đ ng đ ng trình đặc tr ng đặc tính 1.4 Sự đ ng nh t tr s c as n đ nh c a h 25 th ng n tính 29 h ng tự PTĐT v i đ nh th c Jacobi h ng trình CĐXL 1.5 K t lu n ch Ch n đ nh c a h n đ nh tiêu chuẩn l trúc ph ph N TH NG ĐI N 1.1 Các ph 1.3 Ph NG PHÁP PHÂN TÍCH ng - PH Đ NH C A H 2.1 V n đ ng m t 32 NG PHÁP TÍNH TỐN NHANH GI I H N TH NG ĐI N PH C T P xác đ nh gi i h n 2.2 Xác đ nh gi i h n m t 31 n đ nh phi chu kỳ 33 n đ nh n đ nh c a HTĐ ph c t p c N 33 s tiêu chuẩn 38 iii 2.2.1 Tiêu chuẩn m t 2.2.2 Xây ch n đ nh phi chu kỳ ng trình tính tốn xác đ nh ch HTĐ theo tiêu chuẩn m t c a ch 2.4 K t qu tính tốn ki m tra ch 2.5 K t lu n ch đ gi i h n n đ nh c a n đ nh phi chu kỳ 2.3 Các kh Ch 38 41 ng trình 45 ng trình 46 ng hai 49 ng - NGHIÊN C U CÁC CH Đ NH HTĐ PH C T P, TIÊU ĐÁNH GIÁ M C Đ NG D NG PHÂN TÍCH N Đ NH S N Đ HTĐ VI T NAM 50 3.1 Đặt v n đ 50 3.2 Các ch tiêu đánh giá m c đ 3.2.1 M t s ch tiêu ch 3.2.2 Nghiên c u ch trực ti p ch đ n đ nh HTĐ u ki n v n hành50 y u đ ng d ng tiêu đánh giá m c đ gi i h n ch 3.3 Tính tốn, phân tích đặc tr ng 3.4 K t lu n ch c n đ nh c Ch tính 59 n đ nh c a HTĐ Vi t Nam 70 ng ba NÂNG CAO 80 N Đ NH Đ NG C A H ng - C U T O M T S THI T B 4.1 Tiêu chuẩn ch t l BÙ CÓ ĐI U TH NG ĐI N 81 FACTS VÀ MƠ HÌNH HO T Đ NG ĐI U KHI N C A CHÚNG TRONG CH cao s ng trình PH N HAI – NGHIÊN C U ÁP D NG CÁC THI T B KHI N Đ 51 Đ QUÁ Đ HTĐ ng QTQĐ toán u n QTQĐ đ 82 nâng n đ nh đ ng HTĐ 82 4.2 Cu n kháng có u n thyristor - ph n tử c b n c a FACTS 84 4.3 Máy bù tƿnh (Static Var Compensator - SVC) 88 4.4 T n bù dọc có u n (Thyristor Controlled Serie Capacitor - TCSC) 4.5 Tác đ ng u n thi t b hi u qu 92 FACTS v n đ lựa chọn tác đ ng 95 iv 4.6 K t lu n ch Ch ng b n 97 ng - NGHIÊN C U THU T TOÁN ĐI U KHI N HI U QU TCSC VÀ SVC NÂNG CAO 5.1 Đi u n t i N Đ NH Đ NG H u QTQĐ TCSC đ 5.1.1 Phân tích hi u qu 5.2 K t qu 5.3 Hi u qu nâng cao n đ nh u n TCSC 5.1.2 Lựa chọn tác đ ng đóng cắt t i 5.1.3 Hi u qu TH NG ĐI N 98 100 u n theo tác đ ng liên t c 108 nâng cao TCSC v i s đ HTĐ Vi t Nam n đ nh đ ng c a SVC 5.3.1 Đặt v n đ nâng cao 116 n đ nh đ ng c a SVC 117 SVC cho HTĐ Vi t Nam 123 5.4 Các nh n xét k t lu n ch ng năm K T LU N CHUNG KI N NGH 112 116 5.3.3 Tính tốn hi u qu M TS 98 u cho TCSC tính toán hi u qu 5.3.2 Hi u qu 98 129 131 V H NG NGHIÊN C U TI P THEO 134 CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG B 135 TÀI LI U THAM KH O 136 PH 145 L C DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CĐXL Chế độ xác lập CĐQĐ Chế độ độ CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng ĐDSCA Đường dây siêu cao áp FACTS Flexible Altenative Current Transmisson System (Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) HMT Hàm mục tiêu HTĐ Hệ thống điện NMĐ Nhà máy điện PTĐT Phương trình đặc trưng PTVP Phương trình vi phân QTQĐ Quá trình độ SVC Stactic Var Compensator (Máy bù tĩnh) TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor (Tụ điện bù dọc có điều khiển) TSSC Thyistor Switched Series Capacitor (Tụ điện bù dọc điều khiển dạng đóng cắt) TCR Thyristor Controlled Reactor (Kháng điện có điều khiển) TĐK Bộ tự động điều chỉnh kích từ TĐT Bộ tự động điều chỉnh tốc độ quay turbine DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Hệ số sụt áp nút tải Bảng 3.2.a Độ nhạy nhánh thuộc đường dây siêu cao áp Bảng 3.2.b Độ nhạy nhánh lưới miền Bắc Bảng 3.2.c Độ nhạy nhánh lưới miền Trung Nam Bộ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Khái niệm ổn định theo tiêu chuẩn lượng Hình 1.2 Các điểm cân chế độ giới hạn Hình 1.3 Đặc tính cơng suất c a hệ thống điện đơn giản Hình 1.4 Khái niệm ổn định theo Lyapunov Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống điện ph c tạp dạng chung Hình 1.6 Thiết bị điều chỉnh tốc độ quay turbine Hình 1.7 Cấu tạo chung c a hệ thống kích từ Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc hàm truyền c a TĐK tác động tỷ lệ Hình 2.1 Miền giới hạn ổn định c a hệ thống điện đơn giản Hình 2.2 Giới hạn ổn định c a hệ thống thiếu cơng suất Hình 2.3 Sơ đồ đẳng trị hình tia cho hệ thống nhiều máy Hình 2.4 Sơ đồ đẳng trị dạng hình tia cho hệ thống tải điện 500kV Việt Nam Hình 2.5 Các dạng ổn định Hình 2.6 Sơ đồ khối c a chương trình tính CĐXL theo thuật tốn Newton-Raphson Hình 2.7 Sơ đồ khối c a chương trình tìm giới hạn ổn định Hình 2.8 Thuật tốn hình tia, hình chiếu Hình 2.9 Các thuật tốn tìm lân cận Hình 2.10.a Sơ đồ hệ thống tải điện 500kV Hình 2.10.b Sơ đồ hệ thống điện cho ví dụ tính phân tích tiêu ổn định Hình 3.1 Chuyển động c a nghiệm PTĐT mặt phẳng ph c Hình 3.2 Khái niệm hệ số dự trữ ổn định theo kịch biến thiên thơng số Hình 3.3 Hệ thống truyền tải công suất nút phát nút tải Hình 3.4 Miền đồng m c số L Hình 3.5 Miền ổn định kích động biến thiên cục Hình 3.6 Biến thiên điện áp nút Hình 3.7 Tốc độ biến thiên điện áp Hình 3.8 Sự thay đổi tốc độ biến thiên góc lệch Hình 3.9.a Tốc độ biến thiên điện áp Qmax = 150MVAr Hình 3.9.b Tốc độ biến thiên góc lệch Qmax = 150MVAr Hình 3.10 Sơ đồ hệ thống điện 500/220kV Việt Nam năm 2005 Hình 3.11 Biến thiên điện áp số nút sơ đồ hệ thống điện Việt Nam Hình 3.12 Biến thiên tốc độ sụt áp số nút sơ đồ hệ thống điện Việt Nam Hình 3.13 Biến thiên điện áp nút sau đặt SVC Hình 3.14 Biến thiên tốc độ sụt áp nút sau đặt SVC Hình 4.1 Biến thiên dịng điện TCR Hình 4.2 Đặc tính điều chỉnh c a TCR biên độ sóng hài bậc cao Hình 4.3 Các thành phần cấu tạo c a SVC Hình 4.4 Sơ đồ điều khiển SVC có tụ cố định Hình 4.5 Đặc tính làm việc c a SVC giữ điện áp cố định Hình 4.6 Mơ hình động c a SVC Hình 4.7 Cấu tạo c a TCSC Hình 4.8 Đặc tính điều chỉnh c a TCSC Hình 4.9 Cấu trúc điều khiển c a TCSC Hình 4.10 Hàm truyền khâu c a kênh ổn định Hình 4.11 Điều khiển SVC theo điện áp hệ thống dịng SVC Hình 5.1 Hiệu tác động đóng cắt tụ bù dọc Hình 5.2 Lựa chọn thời điểm tác động tối ưu Hình 5.3 Hiệu điều khiển TCSC dạng đóng cắt Hình 5.4.a Biến thiên điện dẫn với tác động đóng cắt liên tục Hình 5.4.b Hiệu tác động TCSC theo tín hiệu cơng suất Hình 5.5 ng dụng TCSC cho hệ thống điện Việt Nam Hình 5.6 Dao động góc lệch máy phát Hịa Bình, Phả Lại, Trị An, Yaly, Sơng Hinh, Phú Mỹ chưa có có đặt TCSC Hình 5.7 Biến thiên điện kháng c a TCSC trình điều khiển Hình 5.8 Sơ đồ truyền tải cơng suất lớn qua đường dây dài Hình 5.9 Hệ thống điện nhiều máy phát có SVC Hình 5.10 Sơ đồ tính tốn với SVC cho hệ thống điện 500kV Việt Nam năm 2006 Hình 5.11 Kết tính tốn dao động góc lệch rotor máy phát khơng có SVC Hình 5.12 Kết tính tốn hệ số trượt c a máy phát khơng có SVC Hình 5.13 Kết tính tốn dao động góc lệch rotor máy phát có SVC Hình 5.14 Kết tính tốn hệ số trượt c a máy phát có SVC Hình 5.15 Dao động cơng suất tác dụng c a máy phát Hình 5.16 Dao động công suất phản kháng c a máy phát Hình 5.17 Dao động cơng suất phản kháng c a SVC MỞ Đ U 0.1 Mục đích lý chọn đề tài Cùng với trình đổi phát triển kinh tế đất nước, hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam có bước phát triển nhảy vọt, quy mô công suất lẫn phạm vi lưới cung cấp điện Từ năm 1994, đường dây siêu cao áp 500 KV Việt Nam, với tổng chiều dài gần 1500 km xây dựng xong đưa vào vận hành, nối liền HTĐ khu vực (Bắc, Trung, Nam) thành HTĐ hợp Việc hình thành HTĐ hợp Bắc - Trung - Nam nâng cao hiệu kinh tế, độ tin cậy vận hành, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nhanh chóng nguồn điện đa dạng, công suất lớn, mở rộng phạm vi lưới điện khắp miền đất nước Tuy nhiên, với phát triển nhanh chóng sơ đồ HTĐ Việt Nam với cấu trúc ngày phức tạp, xuất kèm theo nhiều vấn đề kỹ thuật cần phải quan tâm giải quyết, có vấn đề đảm bảo vận hành ổn định, tin cậy cho HTĐ hợp ([5], [63], [71], [72]) Theo dự báo quy hoạch phát triển sơ đồ HTĐ Việt Nam đến năm 2020, nhu cầu điện liên tục tăng trưởng nhanh với tốc độ 15 - 20% năm [6] Nhiều nguồn điện cần đưa vào, với quy mô công suất ngày lớn Lưới điện 500 KV phát triển khắp miền đất nước: từ thủy điện Sơn La đến Mũi Cà Mau (tổng chiều dài lên tới 6000km) Bối cảnh đặt nhiều toán cần quan tâm nghiên cứu như: đánh giá giới hạn truyền tải sơ đồ lưới 500 kV theo điều kiện ổn định, nghiên cứu áp dụng phương tiện điều chỉnh điều khiển (SVC, TCSC ) để nâng cao ổn định vận hành an toàn, tạo phần mềm phân tích ổn định lắp đặt thiết bị phần cứng để theo dõi giám sát nguy ổn định Đề 139 34 Gao, Morison G.K., Kundur P., "Voltage Stability Evaluation Using Modal Analysis", IEEE Trans on Power Systems, vol 7, no 4, Nov 1993 35 Gerbex S., Cherkaoui R., and A Germond, "Optimal location of multitype FACTS devices in a power system by means of genetic algorithms", IEEE Trans.on Power Syst., vol 16, no 3, pp 537–544, Aug.2001 36 Grainger John J , Stevenson William D (1994), Power System analysis, McGraw-Hill, Inc New York 37 Hingorani N G and Gyugyi L (1999), Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems, IEEE Press, New York 38 Ian A Hisken, David J Hill, "Incorporation of SVCs into energy function methods", IEEE Trans on Power system, Vol 7, No.1, February, 1992 39 Ichiyanagi K., Goto Y., Yugita K., "Study of power system transient stability using FACTS and SDR", IEEE Trans Power system, Vol 16, No 4, Nov , 2001 40 Ippolito L and Siano P., "Selection of optimal number and location of thyristorcontrolled phase shifters using genetic based algorithms", IEE Proc.–Gener., Transm., Distribut, vol 151, no 5, pp 630–637, Sep 2004 41 James F Gronquist, Wiliam A Sethares, Fernaldo L Alvarado, "Power oscillation damping control strategies for FACTS devices using locally measurable quantities", IEEE Trans Power system, Vol 10, No.3, August, 1995 42 Jiang F., Choi S.S., and Shrestha G "Power System Stability Enhancement Using Static Phase Shifter" IEEE Trans Power System, Vol 12, No 1, February 1997 43 Kessel P., Glavitsch H "Estimating the Voltage Stability of a Power System", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol PWRD-1, No 3, July 1986 44 Kodsi S K and Cañizares C A., "Modeling and Simulation of IEEE 14-bus System with FACTS Controlers", Technical Report 2003-3, University of Waterloo, Waterloo, March 2003 45 Kosterev D N and Kolodziej, "Bang-Bang Series Capacitor Transient Stability Control", IEEE Transactions on Power Systems, Vol 10, No 2, May 1995 pp 915-924 46 Kundur P (1993), Power System Stability and Control, McGraw-Hill Inc, New 140 York 47 Leonidaki E A., Manos G A., and Hatziargyriou N D., "An effective method to locate series compensation for voltage stability enhancement", Elec Power Syst Res, vol 74, no 1, pp 73–81, Apr 2005 48 Leonidaki E A., Georgiadis D P., and Hatziargyriou N D., "Decision trees for determination of optimal location and rate of series compensation to increase power system loading margin", IEEE Trans Power Syst., vol 21, no 3, pp 1303–1310, Aug 2006 49 Lerch E., Povh D., Xu L "Advances SVC Control for Damping Power System Oscillations Power System", IEEE Trans.on Power Systems, Vol 6, Issue 2, May, 1991 50 Li N., Xu Y., and Chen H., "FACTS-based power flow control in interconnected power systems", IEEE Trans Power Syst., vol 15, no 1, pp 257–262, Feb 2000 51 Li B.H., Wu Q.H., "Influence of the transient process of TCSC and MOV on power system stability", IEEE Trans on Power system, Vol 15, No.2, May, 2000 52 Liancheng Wang, Adly A Girgis, "On-Line Detection of Power System Small Disturbance Voltage Instability" IEEE Trans on Power Systems, Vol 11, No.3, August 1966 53 Liancheng Wang, Adly A Girgis "On-Line Detection of Power System Small Disturbance Voltage Instability" IEEE Trans on Power Systems, Vol 11, No.3, August 1966 54 Lima F., Galiana F., Kockar I., and Munoz J., "Phase shifter placement in largescale systems via mixed integer linear programming", IEEE Trans Power Syst., vol 18, no 3, pp 1029–1034, Aug 2003 55 “Load flow control in high voltage power systems using facts controllers,” CIGRE Task Force 30.01.06, Jan 1996 56 Lof P.A., Smed T., Anderson G., Hill D.J., "Fast Calculation of a Voltage Stability Index", IEEE Trans on Power Systems, vol 7, no I Feb 1993, pp 5464 57 Lyapunov A M (1967) Stability of Motion English translaton, Academic Press, 141 Inc., Moscow 58 Machowski J., Robak S., and Bialek J., “Damping of power swings by optimal control of series compensators,” Proc 10th International Conference on Power System Automation and Control, Bled, Slovenia, Oct 1997 59 Marchowiski J., Smolarczyk A., and Bialek J W., "Power System Transient Stability Enhancement by co-ordinated Fast Valving and Excitation Control of Synchronous Generators", CIGRE Symposium "Working Plants and Systems Harder", London, June 1999 60 Marija Ilié & John Zaborszky (2000), Dynamics and Control of Large Electric Power Systems, John Wiley & Sons, Inc New York 61 Martins N., Pinto H., and Paserba J., “Using a TCSC for power scheduling and system oscillation damping-small signal and transient stability studies,” in Proc IEEE/Power Eng Soc Winter Meeting, Singapore, Jan 2000 62 25,52 Mathur R M and Varma R K (2002), Thyristor-Based FACTS Controllers for Electrical Transmission Systems, IEEE Press, New York 63 Mertens Ph., Karoui K., Van Ranst A., "Vietnam North - South 500 kV Transmission System Static and Dynamic Analysis", Seminar on Vietnam 500 kV Transmission System - years in Operation and Future Development Hanoi 1416/12/1999 64 Mike Bryson and Satish Samineni (2006) Sel-421 performance as both a protective relay and a phasor measurement unit white paper Schweitzer Engineering Laboratories, Inc Pullman, WA USA 65 Mithulananthan N., Cañizares C A., Reeve J., and Rogers G J., "Comparison of PSSS, SVC and STATCOM Controllers for Damping Power System Oscillations", IEEE Transactions on Power Systems, Vol 18, No 2, May 2003, pp 786-792 66 Mojtaba Noroozian, Mehrdad Ghandhari, Goran Anderson, I.Hiskens, "Robust Control Strategy for Shunt and Series Reactive compensators to Damp Electromechanical Oscillations", IEEE Trans on Power Delivery, Vol.16, No.4, Nov 2001 67 Nguyen T.T., Derek Humpage W (1992), Computer applycations in power, 142 Energy Systems Center, University of Western Australia 68 Ning Yang, Qinghua Liu, "TCSC controller design for damping interarea oscillations", IEEE Trans on Power system, Vol 13, No.4, November, 1998 69 Noroozian M., Andersson G and Tomsovic K., "Robus Near Time-Optimal Control of Power System Oscillations With Fuzzy Logic", IEEE Trans Power Delivery, Vol 11, No 1, Jenuary 1996 70 Noroozian M., Wilk-Wilcznski A., Halavarsson P., and Niklasson K., “Control strategy for damping of power swings using TCSC”, Proc 6th Symposium of Specialists in Electric and Expansion Planning (VISEPOPE), Brazil, 1998 71 North-South 500 KV transmission system project Technical report (1992) Nippon Koei Co, Ltd Tokyo September 72 North-South 500 kV transmission line Project Consultancy with State committee for technical acceptance (1993) Nippon Koei Co, Ltd Tokyo 73 Pai M.A (1981) Power System Stability Analysis by the Direct Method of Lyapunov North-Holland Publishing Company 74 Paserba J., Miller N., Larsen E., and Piwko R., “A thyristor controlled series compensation model for power system stability analysis”, IEEE Trans Power Syst., vol 10, pp 1471–1478, Nov 1995 75 Paterni P., Vitet S., Bena M., and Yokoyama A., "Optimal location of phase shifters in the French network by genetic algorithm", IEEE Trans Power Syst., vol 14, no 1, pp 37–42, Feb 1999 76 Povh D., Mihalic R "Enhancement of transient stability on AC transmission by means of controled series and parallel compensation" Siemen AG, Erlangen, Germany 77 Program operation guide , program application guide (1998) Power Teconologies, Inc., PSSE 78 Qihua Zhao, Jin Jiang, "Robust SVC controller design for improving power system damping", IEEE Trans on Power system, Vol 10, No.4, November, 1995 79 Racz L.Z., Bokay B (1988), Power System Stability, Elsevier Science Publishers, New York, USA 143 80 Savu C Savulescu, Michael L Oatts, J Gregory Pruitt, "Fast steady-state stability assessment for real time and operations planning", IEEE Trans on Power Systems Vol 8, No 4, November,1993 81 Schweickardt H E., Romegialli G., Reichert K., "Closed Loop Control of Static Var Source (SVS) on EVH Transnission Lines", IEEE/PES 1978 Winter Meeting, New York, pp A 78 135-136 82 Sharma N., Ghosh A., and Varma R., "A novel placement strategy for FACTS controllers" IEEE Trans Power Delivery, vol 18, pp 982–987, Jul 2003 83 Singh J G., Singh S N., and Srivastava S C., "Placement of FACTS controllers for enhancing power system loadability", IEEE Power India Conf., New Delhi, 2006 84 Tamura Y., Mori H and Iwamoto S., "Relationship between voltage instability and multiple load flow solutions in electric power systems", IEEE Trans on Power App and Systems, Vol PAS-102, No 5, May 1983 85 Tamura Y., Mori H and Iwamoto S., "Relationship between voltage instability and multiple load flow solutions in electric power systems", IEEE Trans on Power App and Systems, Vol PAS-102, No 5, May 1983 86 “Thyristor controlled series compensation,” CIGRE Working Group14.18, Dec 1997 87 Tuan Tran-Quoc, Lam-Du S., Le-Kim H., Ut La-Van, Cuong Nguyen-Duc "Investigation of several OPF applications in the Vietnamese power system", IEEE PES Transmission and Distribution Conference & Exposition Conference Proceeding, Vol 2, Session 610, Dallas, Texas 88 Tuan Tran Quoc, Praing Ch., Feuillet R., JSabonnadière C., Ut La Van, Cuong Nguyen Duc, "Improvement of voltage stability on the vietnam power system", IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, 23-27 January, 2000, Conference Proceeding, Singapore 89 Venikov V A., Stroev V A., Idelchick V I., Tarasov V I., "Estimation of Electrical Power System Steady State Stability in Load Flow Calculations", IEEE Trans on Pow App Sys., vol PAS-94, May/Jun, 1975, pp.1034-1041 90 Venikov V.A Transient processes in Electrical Power Systems (1977), MIR 144 Publishers, Moscow 91 Walter Sattinger, Rudolf Baumann, Philippe Rothermann (2007), Austrian Utility Installs Wide Area Monitoring System The ABB Group, WAMS evolution 92 Yakout Mansour, Wilsun Xu, "SVC placement using critical modes of voltage instability", IEEE Trans Power system, Vol 9, No.2, May, 1994 93 .А (1981), , 94 .А., ая Э ., а, а ., А У 95 .А., ая а, А., а (1975), Э , 96 а C (1948), У Э а 97 , Э 98 а ая а (1977), я, , , а а (1964), , а 99 (1971), В а 100 я Ф 101 (1961), а - а А а , а (1996), а , 145 PH PHÁT TRI N PH T I Bài toán t i Gi L C NG PHÁP BI N PHÂN THAM S Đ U HÓA TÁC Đ NG ĐI U KHI N QTQĐ u hóa thơng s tác đ ng u n thiết hệ phương trình vi phân (PTVP) chuyển động hệ thống, tác động điều khiển, có d ng sau: dx = f1 ( t , x1 , x , , x n , Π ); dt dx = f2 ( t , x1 , x , , x n , Π ); dt (PL.1,a) dx n = f n ( t , x , x , , x n , Π ) dt Các điều kiện đầu: xi (0) = xi0 ; i=1,2,3, ,n (PL.1,b) Trong đó, x i - thông số tr ng thái hệ thống; П - thông số tác động điều khiển (thể tham số hàm vế ph i) xi0 - giá trị đầu thông số tr ng thái Cần lựa chọn thông số điều khiển П cho đ t cực tiểu hàm mục tiêu: T J= ∫ G(x , x , , x n )dt ⇒ (PL.2) ti Trong trư ng hợp chung, tác động điều khiển chứa nhiều thông số Ph ng pháp bi n phân tham s Cơ s phương pháp biến phân tham số phân tích số gia hàm mục tiêu (HMT) lân cận giá trị biết tham số Phụ thuộc vào dấu số gia xác định hướng thay đổi tham số HMT nhận cực trị Với hàm mục tiêu tìm cực tiểu (cực đ i) cho tham số biến thiên liên bước thay đổi đủ nhỏ, 146 chừng số gia cịn có dấu âm (dấu dương) Thông số điều khiển tối ưu nhận giá trị tham số trước lúc số gia đổi dấu Gi thiết làm biến thiên thông số lượng ΔП hàm mục tiêu thay đổi, tương ứng với số gia ΔJ Ta có ΔJ = dJ ΔΠ = ΔΠ dτ T n ∂G dx i )dt i dΠ ∫ ∑ (∂ x t i =1 (PL.3) đây, dxi/dП hàm biến th i gian t, biểu thị tốc độ biến thiên thông số tr ng thái hệ thống thay đổi thông số điều khiển П Để xác định hàm cần dựa vào lý thuyết l i gi i hệ PTVP Về phương diện toán học, hệ PTVP chứa tham số, l i gi i hệ hàm biến thiên theo th i gian phụ thuộc tham số: xi(t, П) Theo định lý tính liên tục kh vi l i gi i PTVP theo tham số [100], t i th i điểm t, hàm x ph i liên i(t,П) tục kh vi theo tham số П (dù khơng biết biểu thức cụ thể nó) Như vậy, đ o hàm riêng l i gi i theo tham số hàm th i gian i(t), L đ o hàm dxi/dП nêu Có trư ng hợp xét đến lý thuyết PTVP: tham số nằm biểu thức vế ph i PTVP tham số nằm điều kiện đầu - Trư ng hợp thứ nhất, hệ có d ng (PL-1,a) Theo lý thuyết PTVP, hàm L i(t) xác định l i gi i hệ PTVP sau: n ∂f ∂f dL = ∑ Li + ; ∂Π dt j =1 ∂ xi n ∂f ∂f dL = ∑ Li + ; ∂Π dt j =1 ∂xi (PL.4,a) n ∂f ∂f n dL ; n =∑ n Li + ∂Π dt j =1 ∂x i Các điều kiện đầu: Li (0) = 0; i = 1,2, , n (PL.4,b) Trong fi - hàm vế ph i hệ phương trình vi phân (PL.1) 147 Hệ (PL.4,a) cịn gọi hệ phương trình sai phân (PL.1), cịn Li (t) hàm sai phân cấp biến tr ng thái xi Hệ nhận cách lấy đ o hàm hệ PTVP ban đầu (PL-1) theo tham số П Trên hình (PL-1,a) thể biến phân xi (t) theo tham số Khi ΔП hữu h n biến phân Δxi t i th i điểm t hàm ixkhác Tuy nhiên ΔП→0 Δx i→0 (phụ thuộc liên tục vào П tốc độ biến thiên khác nhau) Các hàm sai phân hiểu giới h n: Δx i ( t ) ΔΠ L i ( t ) = ΔΠ lim → xi xi0 Δxi (t) t Hình PL.1 Gi i đồng th i hệ (PL-1) với (PL-4) ứng với trị số П=П 0, ta xác định tất c hàm xi (t) L i(t) để tính số gia HMT - Trư ng hợp tham số nằm điều kiện đầu, hệ PTVP có d ng: dx = f1 ( t , x1 , x , , x n ); dt dx = f ( t , x , x , , x n ); dt dx n = f n ( t , x , x , , x n ) dt Các điều kiện đầu: xi (0) = φi(П) ; i = 1,2, ,n (PL-5) 148 Trong φi (П) - hàm quan hệ, thể phụ thuộc điều kiện đầu vào tham số Δx i (t ) ; i = 1, 2, , n Đó thay đổi điều kiện đầu ΔΠ Ta có: Li (t ) = lim ΔΠ → làm biến phân hàm xi suốt c trình th i điểm t hàm ixthay đổi liên tục theo tham số Trong trư ng hợp theo lý thuyết PTVP [103] hệ phương trình sai phân có d ng sau: n ∂f dL = ∑ Li ; dt j =1 ∂x i n ∂f dL = ∑ Li ; dt j=1 ∂ x i (PL.6,a) n ∂f dL n = ∑ n Li ; dt j=1 ∂x i Với điều kiện đầu : Li (0) = ∂ ϕ (0,Π ) ∂Π Π =Π ; i = 1,2, , n (PL-6,b) Để có hàm xi (t), Li(t) cần gi i đồng th i hệ (PL-6) với hệ PTVP ban đầu (PL-5) cho điều kiện đầu: xi(0) = φ i(П0) ; i = 1,2, ,n xi Δxi (0) Δxi (t) Hình PL.2 t 149 Phát tri n ph ng pháp bi n phân tham s đ ứng d ng toán u n QTQĐ nâng cao ổn định HTĐ Xét với tác động điều khiển QTQĐ HTĐ, không ph i bao gi PTVP mô t hệ tr ng thái hệ thống có d ng (PL-1) (PL-5) Chẳng h n điều khiển QTQĐ cách đóng cắt tụ bù dọc, thơng số cần lựa chọn tối ưu th i điểm đóng cắt, không chứa biểu thức hàm vế ph i PTVP hay điều kiện đầu Cũng vậy, xét tác động điều khiển d ng xung, với chiều dài xung thông số cần lựa chọn tối ưu Trong trư ng hợp nhận hệ phương trình sai phân theo phương pháp biết nêu Để áp dụng phương pháp tối ưu hóa thơng số cho trư ng hợp này, cần phát triển nội dụng phương pháp nhằm thiết lập hệ phương trình sai phân tham số biến thiên điểm gián đo n hàm Xét QTQĐ mô t b i hệ PTVP sau: dx i ⎧f i( I ) ( x 1, x , , x n ) = ⎨ ( II ) dt ⎩fi ( x , x , , x n ) khi ≤ t < τ; τ ≤ t < T (PL-8) i = 1, 2, , n Trong τ th i điểm tác động điều khiển làm thay đổi đột biến thông số cấu trúc hệ thống Vẫn xét hàm mục tiêu d ng chung (PL.2) Dễ thấy, cách mô t phù hợp với hầu hết tác động điều khiển d ng r i r c d ng xung Đó tác động lo i mơ t thay đổi vế ph i hệ phương trình vi phân Mọi tác động đóng cắt làm thay đổi cấu trúc hệ thống QTQĐ coi tác động điều khiển Tác động hiệu qu làm thay đổi hàm mục tiêu theo hướng có lợi Trong (PL-8), biểu thức hàm fi (I) fi(II) khác hoàn toàn, miễn phụ thuộc vào biến tr ng thái xi hệ thống QTQĐ 150 Hình PL.3.a mơ t diễn biến QTQĐ có tác động điều khiển làm thay đổi thơng số hệ thống t i th i điểm τ t i τ+Δτ (Δτ đủ nhỏ) nh hư ng thay đổi th i điểm tác động x y từ sau th i điểm τ (phần g ch chéo) Như vậyi(t)=0 L t< τ, Li(t) ≠ t >τ Hình PL.3.b cho thấy biến phân xi(t) xuất từ sau th i điểm τ giống xuất độ lệch giá trị đầu Δxi t i th i điểm τ Nhận xét giúp ta suy cách thiết lập hệ phương trình sai phân biến phân tham số điểm gián đo n τ hàm Thật vậy, từ hình vẽ ta tính biến phân Δx i t i th i điểm τ, gây thay đổi lượng nhỏ Δτ theo gi thiết: Δxi (τ) = Δxi (I)(τ) - Δxi (II)(τ) (PL-9) Có thể hiểu Δx i(τ) biến phân "điều kiện đầu t i τ" hệ phương trình vi phân QTQĐ Từ áp dụng phương pháp biến phân điều kiện đầu để thiết lập hệ phương trình sai phân (từ sau th i điểm τ) Theo (PL-6,b) để có điều kiện đầu hệ phương trình sai phân, ta cần tìm đ o hàm hàm xi t i τ theo tham số Chia c vế (PL-9) cho Δτ lấy giới h n Δτ → ta nhận điều kiện đầu phương trình sai phân t i τ: (I) (II) Li(τ) = fi (τ,X) -fi (τ,X); i = 1, 2, , n Như vậy, hệ phương trình sai phân trư ng hợp thiết lập sau: n ∂ ( II ) dL i f = ∑ i Lj ; dt j =1 ∂x j i=1,2, ,n Điều kiện đầu t i τ : Li(τ) = fi (I) (τ,X) -fi(II)(τ,X); (PL-10,a) (PL-10,b) Có thể hiểu giá trị fi (I) (τ,X) -fi(II)(τ,X) "bước nhẩy" hàm vế ph i t i th i điểm τ 151 xi Δxi(t) Δτ τ fi t τ+Δτ f i( I ) f i( II ) t a) (I) xi (t) -Δxi (II)(τ) Δxi(I)(τ) (II) xi (t) Δτ τ t τ+Δτ b) Hình PL-3 152 Ví d Xét hệ PTVP HTĐ sau: dδ = s; dt ds ω = dt TJ ⎛ ⎞ EU ⎜ ⎜P T − X − X sin δ ⎟⎟; ⎝ ⎠ L C (PL-11) Các điều kiện đầu: δ(0) = δ0 ; s(0) = 0; Dễ thấy phương trình QTQĐ HTĐ đơn gi n, máy phát có sđđ E nối với điện áp khơng đổi U, Đư ng dây có bù dọc với dung lượng XC Xét trư ng hợp bù dọc TSC đóng cắt thay đổi từ XCmin lên XCmax ngược l i Hãy thiết lập hệ phương trình sai phân tác động đóng cắt t i th i điểm τ Đặt điện dẫn hệ thống y = 1/(X L-XC) điều khiển TSC trị số y nhận giá trị ymin ymax Để tổng quát ta ký hiệu điện dẫn hệ thống trước τ y(I) sau τ y(II) (nghĩa y(I) = ymax y(II) = ymin ngược l i) Viết l i theo (PL-8) ta có hệ: dδ = s; dt ⎧ω (PT − EUy (I) sin δ ) ≤ t < τ ; ⎪ ds = ⎪TJ ⎨ dt ⎪ω ( − ( II ) PT EUy sin δ ) τ ≤ t < T ; ⎪ ⎩TJ (PL-12) Các điều kiện đầu: δ(0) = δ0 ; s(0) = 0; Theo phương pháp trình bầy phần ta thiết lập hệ phương trình sai phân nhưa sau: dL δ = LS ; dt ω dL S = − EUy( II ) cos δ.L δ ; dt TJ Điều kiện đầu t i t = τ : (PL.13,a) 153 L δ (τ) = 0; ω L S ( τ) = − EU( y ( I ) − y ( II ) ) sin δ TJ (PL.13,b) Trong hệ phương trình hàm sai phân ký hiệu tương ứng theo biến: Lδ = dδ/dτ; LS = ds/dτ; Gi thiết hàm mục tiêu chọn cực tiểu hàm lượng toàn phần t i cuối trình điều khiển (t=T): J = W ( δ, s ) t =T T = J s − [PT (δ − δ ∞ ) + EUy(cos δ − cosδ ∞ ) ] ⇒ ω0 Đ o hàm HMT theo τ ta có: ∂ ∂ dJ = dW = W LS + W Lδ t =T ∂δ ∂δ d τ dτ T = J sL S − (PT + EUy sin δ) L δ ω0 Các biến δ, s, Lδ, LS - nghiệm hệ (PL-12) (PL-13) ... tiêu ổn định tổng hợp đề xuất áp dụng biện pháp nâng cao ổn định tĩnh Phần thứ hai luận án nghiên cứu áp dụng phương tiện điều khiển nhanh (SVC, TCSC) để nâng cao ổn định động Đây vế nội dung quan... biện pháp nâng cao ổn định tĩnh HTĐ phức tạp 10 Chương 1: Tổng quan phương pháp phân tích ổn định hệ thống điện Chương Phương pháp tính tốn xác định nhanh chế độ giới hạn ổn định hệ thống điện... Chương Nghiên cứu tiêu đánh giá mức độ ổn định HTĐ phức tạp, ứng dụng phân tích đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện Việt Nam Phần II: Nghiên cứu áp dụng thiết bị bù có điều khiển để nâng cao ổn định