Báo cáo học phần ổn định trong hệ thống điện đề tài ổn định điện áp

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  KHOA ĐIỆN BÁO CÁO HỌC PHẦN ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN  ĐỀ TÀI : ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Việt Sinh viên thực Vũ Đức Duy 20191481  Nguyễn Văn Khải 20191534 Hoàng Thùy Linh 20191546 Đặng Ngọc Anh 20191435 Hà Nội, 11/2023 MỤC LỤC PHẦN Một số cố sụp đổ điện điện áp 1.1 Trên giới 1.2 Tại Việt Nam PHẦN Cơ chế xảy ổn định điện áp PHẦN Ổn định điện áp .5 3.1 Khái niệm .5 3.2 Phân loại ổn định điện áp .5 PHẦN Nguyên nhân gây ổn định điện áp PHẦN Đường cong QV PV PHẦN Tiêu chuẩn ổn định điện áp 13 PHẦN Các biện pháp cải thiện ổn định điện áp .16 7.1 Các biện pháp thiết kế .16 7.2 Các biện pháp vận hành 16 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.1 Phân loại ổn định điện áp .6 Hình 5.1 Hệ gốm máy phát tải, sơ đồ thay họa đồ vecto điện áp Hình 5.2 Mối quan hệ P-Q Hình 5.3 Mối quan hệ P-Q U thay đổi Hình 5.4 Pn Qn thay đổi đặc tính tải 10 Hình 5.5 Dạng đường cong P-V 11 Hình 5.6 Dạng đường cong Q-V điển hình 12 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 6.1 Hệ thống điện xoay chiều có điện áp danh nghĩa đến 000 V thiết bị liên quan 14 Bảng 6.2 Hệ thống điện dùng cho phương tiện vận tải dùng điện chiều phương tiện vận tải dùng điện xoay chiều .15 Bảng 6.3 Hệ thống ba pha xoay chiều có điện áp danh nghĩa kV không vượt 35 kV thiết bị có liên quan* 15 Bảng 6.4 Hệ thống ba pha xoay chiều có điện áp danh nghĩa 35 kV không vượt 230 kV thiết bị liên quan* 16 PHẦN 1.1 Một số cố sụp đổ điện điện áp Trên giới - - 1.2 Sự cố ngày 02/07/1996 hệ thống điện miền Tây nước Mỹ: Sự cố đường dây 345 kV cấp nguồn gây sụp đổ điện áp nút 500 kV Malin nút 220 kV Boise dẫn đến rã lưới miền Tây nước Mỹ Sự cố ngày 14/08/2003 hệ thống điện nước Mỹ Canada: Sự cố đường dây 345 kV dẫn đến công suất truyền tải số đường dây đạt giới hạn, công suất phản kháng tăng cao gây sụp đổ điện áp Sự cố làm điện bang nước Mỹ, ảnh hưởng đến 50 triệu người, gây khoảng 61800 MW thiệt hại lên đến tỷ USD Sự cố ngày 13/09/2003 hệ thống điện Thụy Điển Đan Mạch: Sự cố nút 400 kV miền Tây Thụy Điển, điện áp tụt giảm dần đến mức điện áp giới hạn ổn định gây sụp đổ điện áp Sự cố làm điện 385 phút thiếu hụt khoảng 4850 MW Tại Việt Nam - Sự cố ngày 17/05/2005: Sự cố tụ bù dọc 500 kV chế độ vận hành cao điểm, điện áp thấp gây ổn định điện áp làm tách đôi hệ thống điện Việt Nam, tổng phụ tải điện 1074 MW - Sự cố ngày 25/07/2009: Lúc 10h07, điện áp sụt giảm nhanh trạm 500 kV Đà  Nẵng (425 kV) trạm 500 kV Hà Tĩnh (415 kV) gây sụp đổ điện áp hệ thống điện 500 kV Tại trạm Hà Tĩnh bảo vệ điện áp thấp mức (350 kV) tác động cắt mạch đường dây 500 kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng, tách đôi hệ thống điện 500 kV, tổng phụ tải điện 1440 MW PHẦN - Một phần hệ thống điện mang tải nặng, điện áp giảm thấp số đường dây, máy phát điện bị cắt Các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp cố gắng khôi phục lại giá trị phụ tải giá trị điện áp bình thường Việc khơi phục lại phụ tải làm cho hệ thống điện bị tải dẫn đến việc ổn định điện áp sụp đổ điện áp hệ thống điện PHẦN 3.1 Cơ chế xảy ổn định điện áp Ổn định điện áp Khái niệm Theo IEEE: Ổn định điện áp khả hệ thống điện cịn trì modul điện áp nút khoảng thời gian giới hạn cho phép sau trải qua kích động từ điều kiện vận hành xác lập bình thường ban đầu (Kundur, 1994) 3.2 Phân loại ổn định điện áp - Ổn định điện áp phân loại theo tiêu chuẩn khác nhau, số dựa vào chất kích động số dựa thời gian nghiên cứu - Ổn định điện áp có kích động lớn: khả hệ thống điện cịn trì giá trị điện áp ổn định sau có kích động lớn, chẳng hạn hư hỏng hệ thống điện, nguồn phát điện, cố mạch điện Việc xác định ổn định điện áp có kích động lớn cần phải khảo sát đáp ứng phi tuyến hệ thống điện khoảng thời gian đủ để thu nhận hoạt động tương tác thiết bị, chẳng hạn động điện, ULTC (bộ điều áp tải máy biến áp), hạn chế dịng kích từ máy phát (OEL – hạn chế trạng thái bị kích thích mức) - Ổn định có kích động nhỏ: Là khả hệ thống điện cịn trì điện áp ổn định chịu tác động nhỏ, chẳng hạn như, tải thay đổi tăng Dạng ổn định chịu tác động đặc trưng tải, điều khiển mang tính chất liên tục điều khiển rời rạc vào điểm thời gian cho trước Khái niệm hữu ích xác định vào thời điểm bất kì, cách thức mà điện áp hệ thống đáp ứng với thay đổi hệ thống nhỏ Với giả thiết thích hợp, phương trình hệ thống tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc để phân tích cho phép tính tốn thơng tin độ nhạy hữu ích việc nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp Tuy nhiên, q trình tuyến tính hóa khơng tính đến ảnh hưởng phi tuyến, chẳng hạn máy biến áp với điều áp tải - Ổn định điện áp ngắn hạn: liên quan đến tính chất tác động thành phần tải tác động nhanh, chẳng hạn như: động cảm ứng, tải điều khiển điện tử  biến đổi HVDC Trường hợp thời gian nghiên cứu cần đến vài giây, kỹ thuật việc phân tích u cầu phải giải phương trình vi phân - Ổn định điện áp dài hạn: liên quan đến thiết bị tác động chậm hơn, chẳng hạn như: ULTC, tải nhiệt điều khiển tĩnh giới hạn kích từ (OEL) Thời gian nghiên cứu đến vài phút nhiều phút, việc mô khoảng thời gian dài hạn cần sử dụng để phân tích hoạt động hệ thống điện Thơng thường, tính ổn định xác định việc thiết bị khơng phải tính nghiêm trọng kích động ban đầu Tính khơng ổn định có ngun nhân cân khoảng dài hạn (khi tải cố gắng khôi phục lại công suất vượt khả hệ thống truyền tải nguồn kết nối)  Hình 3.1 Phân loại ổn định điện áp PHẦN Nguyên nhân gây ổn định điện áp Hệ thống rơi vào trạng thái ổn định điện áp nguyên nhân sau: - Những kích động nhỏ hệ thống xuất yêu cầu công suất phụ tải thay đổi hay thay đổi đầu phân áp trạm biến áp Những kích động lớn tải đột ngột lý đó, tình trạng tải đường dây cố thay đổi cấu trúc mạng lưới Yêu cầu cung cấp công suất phản kháng phụ tải yếu tố dẫn đến dao động điện áp Các điều kiện vận hành hệ thống như: khoảng cách nguồn phụ tải xa, đồ thị phụ tải không thuận lợi, phối hợp thiết bị bảo vệ chưa hệu PHẦN Đường cong QV PV Xét hệ hình 2a sơ đồ thay hình 2b:  Hình 5.2 Hệ gốm máy phát tải, sơ đồ thay họa đồ vecto điện áp (1) (2) Do nên ta có: (3) Phương trình có tính đến đặc tính tĩnh phụ tải theo điện áp  Nếu công suất không phụ thuộc vào điện áp cân công suất điện áp định mức: , biểu thức viết lại sau: (4)  Hình 5.3 Mối quan hệ P-Q  Hình 5.4 Mối quan hệ P-Q U thay đổi Cho giá trị U: - Với giá trị U (4) biểu diễn hình tròn mặt phẳng P-Q (H 5.3); Tăng dần giá trị U cho ta họ đường tròn dịch chuyển dần xuống Đường bao vòng trịn có dạng hình (5.2); Mỗi điểm bên đường bao giao hai vòng tròn (điểm A) tương ứng với hai giá trị điện áp Còn điểm B đường bao nghiệm (4) tương ứng với giá trị U Do (4 ) viết lại: Tìm , cho (4) có nghiệm U nhất: (5) (5) có nghiệm khi:  (6) Đây phương trình parabol ngược theo có giá trị lớn (H.4) Mỗi điểm bên đường parabol tương ứng với giá trị điện áp nghiệm đồng thời hai phương trình dạng (4), điểm đường bao tương ứng với giá trị U thỏa mãn (4) Khơng thể tải lượng cơng suất ( ngồi parabol Khi đường đặc tính tĩnh có dạng , ) mở phía ( tương ứng với ) Đặc biệt, P Q phụ thuộc U dạng hàm bậc U khơng có giới hạn cho  Như vậy, giá trị áp: Lúc tải biểu diễn , : vào (3) ln tính điện (7) 10  Hình 5.5 Pn Qn thay đổi đặc tính tải Đường cong P-V 11  Hình 5.6 Dạng đường cong P-V Hình biểu diễn dạng tiêu biểu đường cong P-V Nó thể thay đổi điện áp nút, xem hàm tổng cơng suất tác dụng truyền đến nút Có thể thấy điểm “mũi” đường cong P-V, điện áp giảm nhanh phụ tải tăng lên Hệ thống bị sụp đổ điện áp công suất vượt điểm “mũi” này, điểm gọi điểm tới hạn Như vậy, đường cong sử dụng để xác định điểm làm việc tới hạn hệ thống để không làm ổn định điện áp sụp đổ điện áp, từ xác định độ dự trữ ổn định dùng làm số để đánh giá ổn định điện áp hệ thống  Đường cong Q-V  Sự ổn định điện áp định thay đổi công suất tác dụng P công suất phản kháng Q tác động đến điện áp nút Tầm ảnh hưởng đường đặc tính cơng suất phản kháng phụ tải hay thiết bị bù biểu diễn rõ ràng quan hệ đường cong Q-V Nó độ nhạy biến thiên nút điện áp lượng công suất  phản kháng bơm vào tiêu thụ Để biểu diễn đường cong Q-V, máy phát tưởng tượng đặt nút phân tích Trục tung biểu diễn đầu máy phát ảo (MVAr) Trục hoành biểu diễn điện áp tương ứng đơn vị tương đối (p.u.) Đường cong Q-V xác định tải MVAr lớn trước sụp đổ điện áp Điểm vận hành xác định giao điểm trục hoành đường cong Đây điểm mà máy phát ảo phát công suất phản kháng MVAr Khi vạch đường cong xuống, thể máy phát ảo phát công suất phản kháng MVAr giảm Sự giảm thể tăng tải MVAr Tại điểm, giá trị MVAr máy phát ảo ngừng giảm chạm tới đáy đường cong Điểm thể tăng lớn tải MVAr nút Bất kì tải MVAr cao gây sụp đổ điện áp 12  Hình 5.7 Dạng đường cong Q-V điển hình PHẦN Tiêu chuẩn ổn định điện áp Tiêu chuẩn ổn định điện điện áp chế độ vận hành cho góp hệ thống, biên độ điện áp tăng công suất phản kháng bơm vào góp tăng Hệ thống khơng có ổn định điện áp có góp hệ thống biên độ điện áp giảm cơng suất phản kháng bơm vào tăng Khơng ổn định điện áp tượng cục bộ, nhiên có ảnh hưởng rộng Một trường hợp đặc biệt phức tạp ổn định điện áp sụp đổ điện áp, thường hậu chuỗi kiện kèm với ổn định điện áp dẫn đến biên độ điện áp góp phần đáng kể hệ thống giảm thấp Tiêu chuẩn điện áp: TCVN 7995-2009 (tương đương IEC 600038 : 2002 giá trị điện áp tiêu chuẩn ứng với hệ thống điện có tần số 50 Hz)  Phạm vi áp dụng  Tiêu chuẩn áp dụng cho: - Hệ thống truyền dẫn, hệ thống phân phối hệ thống sử dụng điện xoay chiều thiết bị để sử dụng hệ thống vậy, có tần số tiêu chuẩn 50 Hz, có điện áp danh nghĩa 100 V Hệ thống điện dùng cho phuơng tiện vận tải dùng điện xoay chiều hệ thống vận tải dùng điện chiều Thiết bị điện xoay chiều thiết bị điện chiều có điện áp danh nghĩa thấp 120 V xoay chiều thấp 750 V chiều, điện áp xoay chiều dự kiến (nhưng không riêng) dùng cho ứng dụng 50 Hz; thiết bị bao gồm pin (pin không nạp lại pin nạp lại được), cấu nguồn 13 khác (xoay chiều chiều), thiết bị điện (kể thiết bị dùng công nghiệp truyền thông), thiết bị Tiêu chuẩn không áp dụng cho điện áp thể truyền tín hiệu Tiêu chuẩn không áp dụng cho điện áp tiêu chuẩn linh kiện phận sử dụng thiết bị điện hạng mục thiết bị điện  Điện áp tiêu chuẩn Trong bảng đây, hệ thống ba pha bốn dây có chứa mạch điện pha (mạch mở  rộng, mạch dịch vụ, v.v.) nối tới hệ thống Các giá trị thấp điện áp so với trung tính giá trị cao giá trị điện áp pha Khi có giá trị ra, hệ thống ba dây điện áp pha Điện áp vượt 230/400 V thích hợp với ứng dụng cơng nghiệp nặng sở  thương mại lớn Liên quan đến dải điện áp nguồn, điều kiện vận hành bình thường, khuyến cáo điện áp đầu nối nguồn không nên vượt ±10% so với điện áp danh nghĩa hệ thống  Bảng 6.1 Hệ thống điện xoay chiều có điện áp danh nghĩa đến 000 V thiết bị liên quan Hệ thống ba pha bốn dây hệ thống ba dây Điện áp danh nghĩa 50 Hz 230/400 1) 400/690 1) 1000 1)  Điện áp danh nghĩa hệ thống 220/380 V 240/415 V phải chuyển dần giá trị khuyến cáo 230/400 V Thời gian chuyển đổi phải ngắn tốt Trong thời gian chuyển đổi này, nhà cung cấp điện có thẩm quyền nước có hệ thống 220/380 V cần cung cấp điện áp dải 230/400 V +6%, -10% nước có hệ thống 240/415 V cần cung cấp điện áp dải 230/400 V +10%, -6% Ở cuối thời gian chuyển đổi này, cần đạt dung sai 230/400 V ±10% Sau xem xét đến việc thu hẹp dải Tất xem xét áp dụng cho giá trị 380/600 V hành liên quan đến giá trị khuyến cáo 400/690 V Đối với dải điện áp sử dụng, biến động điện áp nguồn, sụt áp xuất hệ thống lắp đặt hộ tiêu thụ Đối với hệ thống lắp đặt điện hạ áp, sụt áp giới hạn 4%, dải điện áp sử dụng +10%, -14% 14  Bảng 6.2 Hệ thống điện dùng cho phương tiện vận tải dùng điện chiều phương tiện vận tải dùng điện xoay chiều Thấp nhất(V) Điện áp Danh nghĩa (V) Cao nhất(V) Tần số danh định hệ thống điện xoay chiều Hệ thống điện chiều (400) (600) (720) 500 750 900 1000 1500 1800 2000 3000 3600** Hệ thống điện (4750) (6250) (6900) 50/60Hz xoay chiều 12000 15000 17250 19000 25000 27500 * Các giá trị dấu ngoặc đơn coi giá trị không ưu tiên Khuyến cáo giá trị không nên sử dụng cho hệ thống xây dựng tương lai Cụ thể hệ thống pha xoay chiều, điện áp danh nghĩa 250 V nên sử dụng điều kiện địa phương không cho phép chấp nhận điện áp danh nghĩa 25 000 V ** Tại số nước Châu Âu, giá trị điện áp đạt đến 000 V Thiết bị điện phương tiện vận tải thực dịch vụ quốc tế vào nước phải có khả chịu điện áp lớn tuyệt đối thời gian đến  Bảng 6.3 Hệ thống ba pha xoay chiều có điện áp danh nghĩa kV khơng vượt  35 kV thiết bị có liên quan* Điện áp cao dùng cho thiết bị (kV) Điện áp danh định hệ thống (kV) 3,61) 31) 7.21) 61) 12 10 (17,5) (15) 24 20 362) 40,52) 352) * Hệ thống thường hệ thống ba dây trừ có định khác Các giá trị điện áp pha CHÚ THÍCH 1: Khuyến cáo rằng, tỷ số hai điện áp danh định liền kề không nhỏ hai CHÚ THÍCH 2: Trong hệ thống bình thường, điện áp cao điện áp thấp không nên sai khác ±10% so với điện áp danh nghĩa hệ thống  1)  Không nên sử dụng giá trị cho hệ thống phân phối điện công cộng 2)  Sự thống giá trị xem xét 15  Bảng 6.4 Hệ thống ba pha xoay chiều có điện áp danh nghĩa 35 kV không vượt  230 kV thiết bị liên quan* Điện áp cao dùng cho thiết bị(kV) Điện áp danh định hệ thống(kV) (52) (45) 72,5 66 123 110 145 132 (170) (150) 245 220 * Các giá trị ngoặc đơn coi giá trị không ưu tiên Khuyến cáo giá trị không nên sử dụng hệ thống xây dựng tương lai Các giá trị điện áp pha PHẦN 7.1 Các biện pháp cải thiện ổn định điện áp Các biện pháp thiết kế - Chọn kích cỡ, vị trí thiết bị bù cần nghiên cứu tỉ mỉ để tránh sụp đổ điện áp Tiêu chuẩn thiết kế dựa sụt áp cho phép điều kiện cố thường thỏa mãn nhìn từ tiêu chuẩn ổn định điện áp Bù (SVC): Bằng cách điều khiển nhanh điện áp thay đổi công suất phản kháng  bộ SVC góp phần nâng cao tính ổn định động hệ thống Hệ thống kích từ tốc độ cao: Việc tăng nhanh kích từ máy phát làm tăng điện áp máy phát giảm tăng tốc roto Việc sử dụng phối với điều khiển kích từ power system stabilizer (PSS) giảm tượng dao động PSS: Chức PSS giảm tượng dao động máy phát Các tín hiệu đầu vào tốc độ, tần số hay tích phân cơng suất Dùng tự động điều chỉnh điện áp phía cao áp máy biến áp nâng áp ảnh hưởng tốt tới ổn định điện áp Các điều áp tải dùng kỹ thuật vi xử lý cho thay đổi rộng đặc tuyến tải Sử dụng tự động sa thải theo điện áp Biện pháp ngăn chặn tượng sụp đổ hệ thống tổng thể Sơ đồ sa thải càn thiết kế để phân biệt điều kiện cố, sụt áp thoáng qua, giảm áp dẫn tới sụp đổ điện áp + Cắt nhanh cố: Việc cắt nhanh cố làm giảm lượng động tích lũy q trình tăng tốc làm tăng hội ổn định hệ thống có nhiễu lớn +Giảm điện kháng lưới truyền tải: Giúp nâng cao khả tải chế độ sau cố, cụ thể nâng công suất truyền tải sau cố, tăng diện tích hãm tốc max Điều thực nhờ bù dọc Tuy nhiên có cố cần nối tắt tụ sau cần đóng trở lại tụ cách nhanh chóng 7.2 Các biện pháp vận hành - Cần có phân chia cơng suất nguồn Q hợp lý để có độ dự trữ tương hợp ổn định điện áp Dự trữ nóng cơng suất phản kháng cần đảm bảo nhờ kích từ 16 - Nhân viên điều phối cần nhận biết triệu chứng ổn định có biện  pháp kịp thời điều khiển Q, cắt tải… 17