lý thuyết ổn định

1.Hệ đơn vị tương đối -ĐN : Hệ đơn vị tương đối tỷ số đại lượng thực tế đại lượng Đ/L(pu)= (Đ/lthực tế)/(Đ/lcơ bản) -Lợi ích hệ đvtđ : +Hệ đvtđ cung cấp giá trị tương đối đại lượng S, I, V, Z +Các giá trị hệ đvtđ có giá trị nhỏ +Các giá trị đvtđ MBA, MPĐ đơn giản khơng cần quan tâm đến phía +cao áp, hạ áp, … +Rất thuận lợi tính tốn HTĐ phức tạp +Vẫn áp dụng công thức tính tốn thơng thường 2.Đường dây tải điện -Đ/dtt thiết bị q/t htđ -Có nhiều loại đ/d khác : Trên khơng/cáp ngầm,một chiều, xoay chiều, có bù -Các thông số đ/d không: R, G, L,C R=ρ L = 0, ln C= Trong l A D (mH / km) Ds 0, 0556 ( F / km) D ln ữ r  ρ: điện trở suất A: diện tích mặt cắt l; chiều dài đường dây D: k/cách pha Ds: bán kính hình học =r.e-1/4 r: bán kính dây dẫn -Các mơ hình đường dây : +Đường dây ngắn,dài,trung bình : +Đường dây có tụ bù dọc +Đường dây có tụ bù ngang +Đường dây có kháng bù ngang +Các đường dây có bù linh hoạt facts,hvdc 3.Phụ tải : -Có loại mơ hình phụ tải : +Tính theo % Động lớn +% động nhỏ +% cơng suất khơng đổi +% bóng đèn +% loại khác +Chi tiết : Động điện 4.Máy phát điện đồng : 5.Các thiết bị khác HVDC, FACTS -HVDC : Câu -FACTS : +FACTS dựa phối hợp thiết bị điện tử công suất phương pháp bù phía cao áp htđ để nâng cao khả truyền tải làm cho HTĐ dễ dàng điều khiển +FACTS -một thiết bị tích hợp tinh vi - khái niệm để xuất thập kỷ 80 kỷ trước EPRI (Electrical Power Research Institute -US) +FACTS chủ yếu tập trung vào thiết bị điện tử công suất với điện áp dòng điện cao để nhằm mục đích : Là tăng khả truyền tải điều khiển dòng cơng suất htđ cao áp điều kiện xác lập độ +FACTS có lợi ích sau: Điều khiển dòng cơng suất thứ tự thuận Điều khiển dòng cơng suất pha Tối ưu hóa dòng cơng suất Giảm q độ điện từ Nâng cao khả ổn đinh : Ổn định độ, Dao động công suất Chất lượng điện Đo lường xác định trạng thái 6.SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU -HVDC +Hành lang tuyến hẹp chi dùng 1-2 dây dẫn +Chi phí truyền tải điện xa +Giới hạn ổn định (khơng phụ thuộc vào góc lệch pha,) +Mặc dù chỉnh/nghịch lưu cần công suất phản kháng, đ/d +HVDC khơng có tổn thất cơng suất phản kháng +Bù đường dây: khơng cần +Khơng có dòng điện điện dung hiệu ứng mặt +Tiết kiệm đáng kể cách điện Ví dụ: 500kV DC điện áp là: 500kV +Dễ dàng đảo chiều công suất +Liên kết hệ thống khác dễ dàng +Nhìn chung tổn thất +Tổn thất vầng quang hơn, nhiễu +Có thể vận hành song song đ/d AC-DC - AC +Hành lang tuyến lớn phải truyền tải ba pha +Nếu k/c nhỏ 700km dùng AC +Phụ thuộc vào độ lệch góc pha hai đầu,(giới hạn truyền tải giảm chiều dài tăng) +Đ/dây dài tổn thất cơng suất phản kháng lớn, đặc biệt đ/d cáp (đ/d cáp thường khó để truyền tải Q xa +Giảm Q truyền tải đường dây giảm tổn thất P +Giảm Q truyền tải đường dây giảm tổn thất Q( tiết kiệm chi phí +đầu tư) +Vấn đề ổn định điện áp +Gây điện áp tạm thời mà tải đột ngột 5.Hiện tượng động hay tĩnh (static or dynamic)? 6.Các yếu tố ảnh hưởng +Mơ hình tải ( tải tĩnh, động cơ…) +Giới hạn công suất phản kháng MPĐ +Sự đường dây truyền tải +Sự sẵn có tụ điện đóng cắt -Hai vấn đề là: +Sự ổn định điện áp xảy thiếu công suất phản kháng từ lưới: Đường dây truyền tải mang tải nặng Điện áp đầu cực MPĐ thấp Thiếu nguồn bù Q Tác dụng tải động +Rất khó truyền tải Q xa: Tổn thất Q nhiều truyền 7.Các biện pháp đối phó sụp đổ điện áp? +Biện pháp phòng ngừa -Điều chỉnh điện áp thứ cấp -Đóng tụ bù -Điều chỉnh lại đầu phân áp -Phân phối lại công suất -Phân bố lại công suất tổ máy +Biện pháp cứu vãn -Điều khiển khẩn cấp ULTC -Khóa đầu phân áp -Đảo đầu phân áp -Sa thải phụ tải -Sa thải tối ưu lượng tải -Sa thải theo kinh nghiệm Phần Ổn định với nhiễu loạn nhỏ Định nghĩa ổn định góc rotor với nhiễu loạn nhỏ -Là khả HTĐ (với nhiều MPĐ đồng nối với nhau) giữ đồng sau trải qua kích động nhỏ xảy HTĐ -Các kích động nhỏ phải thoả mãn: hệ phương trình mơ tả HTĐ tuyến tính hóa quanh điểm làm việc Ổn định nhiễu loạn nhỏ HTĐ lớn +Là tượng phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố như: -MPĐ đồng bộ, hệ thống kích từ điều tốc tuabin -Hệ thống đường dây truyền tải -Mơ hình tải tĩnh (ZIP) hay tải động (động cơ) -Các thiết bị HVDC, FACTS +Với HTĐ lớn, cần có cơng cụ, thuật tốn để giải -Số lượng thiết bị, mơ hình hóa lớn -Yêu cầu tốc độ độ xác -u cầu mơ hình hóa cách chi tiết MPĐ, thiết bị khác HVDC< FACTS, Kích từ, điều tốc, … đến hàng nghìn biến trạng thái Các tính chất ổn định với nhiễu loạn nhỏ +Chế độ địa phương (local mode or machine mode) -Bao gồm phần nhỏ HTĐ Nó bao gồm dao động MPĐ nhà máy tồn phần lại HTĐ: local plan mode oscillation -Phần lớn ổn định với nhiễu loạn nhỏ dạng -Dải tần số dao động khoảng 0,7-2Hz +Chế độ liên vùng (interarea mode) -Bao gồm dao động nhóm MPĐ với nhóm MPĐ khác, phần lại HTĐ- thường gọi dao động liên vùng -Với tượng đầu, dải tần số thấp nằm khoảng 0,1-0,3Hz, bao gồm tất MPĐ HTĐ, HTĐ phân chia thành hai nhóm dao động so với -Với tượng sau dải tần số cao 0,3-0,7 +Chế độ điều khiển -Liên quan đến điều khiển tổ máy thiết bị điểu khiển Việc lựa chọn thông số không thiết bị điều khiển kích từ, điều tốc tuabin, chỉnh/nghịch lưu đ/d HVDC, thiết FACTS nguyên nhân dẫn đến định chế độ +Chế độ xoắn -Liên quan đến xoắn trục Tuabin-máy phát hệ thống quay Chủ yếu diễn HTĐ có đường dây với tụ bù dọc, tác động kích từ, điều tốc, điều khiển HVDC +HTĐ sau tuyến tính hóa xung quay điểm làm việc ban đầu mô tả hệ pt: ∆x = A∆x + B∆u ∆y = C∆x + D∆u Trong đó: ∆x : véc tơ biến trạng thái có kích thước nx1 ∆y : véc tơ đầu có kích thước mx1 ∆u: véc tơ biến điều khiển đầu vào có kích thước rx1 A: ma trận biến trạng thái có kích thước nxn Phần Ổn định q độ Định nghĩa: ổn định độ (ổn định góc rotor với kích động lớn- ổn định động) -Là khả HTĐ trì đồng sau trải qua kích động lớn ( MPĐ lớn, đ/d tt quan trọng, tải lớn) -Phương trình mơ tả HTĐ hệ pt vi phân phi tuyến Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định độ -Sự nặng tải HTĐ -C/s MPĐ q trình cố -Loại cố, vị trí cố -Thời gian loại trừ cố -Điện kháng HT truyền tải sau cố -Điện kháng độ MPĐ -Hằng số quán tính MPĐ (H lớn làm giảm khả tăng góc rơto, giảm diện tích tăng tốc -Điện áp q độ MPĐ E’, phụ thuộc vào HT kích từ -Điện áp góp vơ lớn Các phương pháp +Phương pháp cân diện tích -Đơn giản, trực quan, dễ hiểu tượng, vùng ổn định, giới hạn ổn định… -Chỉ áp dụng cho HTĐ đơn giản (1 mpđ nối với HTĐ vô lớn, MPĐ) +Phương pháp số -Sau mơ hình hóa HTĐ pt vi phân, người ta dùng p/p số để giải p/t -Vẽ đáp ứng có cố -Tính thời gian loại trừ cố lớn -Không xác định vùng ổn định Phương pháp nghiên cứu +Hàm lượng độ (P/p ổn định Lyapunov- Phương pháp trực tiếp) -Dễ hiểu, xác định giới hạn ổn định -Nhưng khó xác định n/lượng tới hạn quĩ tích cố +Phương pháp hỗn hợp (SIME: SIngle Machine Equivalent) -Kết hợp phương pháp số phương pháp cân diện tích -Dễ hiểu, xác định giới hạn ổn định -Nhưng việc phân MPĐ thành nhóm khác khó khăn Mục đích nghiên cứu pp -Xác định xem HTĐ giữ trạng thái đồng sau trải qua kích động -Từ xác định giới hạn ổn định độ dự trữ ổn định -Đề biện pháp Phòng ngừa (ngăn chặn nguy xảy ổn định) Tiến hành trước xảy cố Cứu vãn (nhanh chóng khơi phục lại htđ) Tiến hành xảy cố để nhằm nhanh chóng khơi phục lại chế độ làm việc bt Các biện pháp nâng cao ổn định qua độ Nâng cao khả truyền tải: -Nâng cao khả tải HTĐ nghĩa Phần Ổn định điện áp Định nghĩa ổn định điện áp: Là khả HTĐ trì modul điện áp nút khoảng cho phép sau sảy cố thời điểm vận hành Cơ chế xảy ổn định điện áp +Một phần HTĐ mang tải nặng, số đường dây/MPĐ bị cắt ra: -Điện áp bị suy giảm -Các phụ tải “nhạy” với thay đổi điện áp giảm giá trị, HTĐ ổn định trở lại -Nếu đường dây bị ngắn mạch, làm cho Động điện giảm tốc độ cần nhiều công suất phản kháng, dẫn đến tượng tự dừng +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 lại làm cho HTĐ bị tải hơn, dẫn đến điện áp ổn định sụp đổ +Có thể nói ổn định điện áp liên hệ chặt chẽ với ổn định tải, nói cân tải khả dự trữ nguồn Ổn định điện áp khoảng thời gian ngắn +Khoảng thời gian ngắn hạn liên quan đến động điện, đặc biệt tải điều hòa, bơm nhiệt… -NM làm giảm tốc độ ĐCĐ điều hòa, yêu cầu dòng điện lớn để mở máy ĐCĐ -Các ĐCĐ bị dừng, làm giảm q trình phục hồi điện áp nhanh sau NM bị loại trừ -Các động máy nén khí bị cắt sau vài giây nhiệt sau bị dừng -Sự ổn định điện áp diễn sau vài giây -Nhắc lại đặc tính động điện, Mơ men ĐCĐ tỉ lệ với bình phương điện áp Đặc tính Moomen-Tốc độ cho động công suất mã lực, pha, động máy nén khí điều hòa khơng khí Lượng cơng suất phản kháng tăng vọt Ổn định điện áp khoảng thời gian dài hạn +Sự ổn định điện áp khoảng thời gian dài chủ yếu liên quan đến vận hành thiết bị điều khiển như: ULTC, OEL -Các thiết bị cố gắng phôi phục lại điện áp tải nhạy điện áp -Thời gian thường từ vài chục giây đến, vài chục phút +Mất ổn định điện áp khoảng thời gian dài có ngun nhân từ loại tải không phụ thuộc điện áp phụ tải nhiệt +Nếu khơng có mơ tả chi tiết mơ hình tải, mà thay S=P+JQ cần thêm cơng suất phản kháng điện áp thấp -Khoảng thời gian cỡ vài chục phút +Sự khơi phục tải dẫn đến tải công suất phản kháng máy phát điện -Các thiết bị giới hạn kích từ tác động để đưa dòng điện kích từ giá trị định mức B: ma trận biến điều khiển có kích thước nxr C: ma trận đầu có kích thước mxn D: ma trận liên hệ biến trạng thái đầu có kích thước mxr Các biện pháp nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ +Trên quan điểm điều khiển -Thiết bị ổn định cơng suất (PSS= power system stabilizer) -Kích từ nhanh, hệ số độ lợi lớn, ( K gain) (loại kích từ tĩnh dùng chỉnh lưu ) -HVDC -FACTS *********** Chế độ xác lập: -Các thông số htđ không đổi dao động bé xung quanh giá trị HTĐ Có loại -Xác lập bình thường -Xác lập sau cố Các yêu cầu -Đảm bảo chất lượng điện -Đảm bảo tiêu chuẩn tần số, điện áp, sóng hài… -Đảm bảo độ tin cậy -Các phụ tải phải đc cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo -Đảm bảo hiệu kinh tế -Chi phí, sản xuất, truyền tải phân phối nhỏ -Đối với chế độ xác lập sau cố -Cần đảm bảo yêu cầu trên, tiêu chuẩn sau cố (N1) -Sau cần có biện pháp điều khiển, phương thức vận hành để đưa htđ chế độ vận hành bình thường Chế độ độ -Thông số biến đối nhanh, mô tả hệ phương trình vi phân Có hai loại: -Quá độ cố, NM, MPĐ… -Quá độ thao tác vận hành Các yêu cầu -Nhanh chóng loại trừ cố -Trong thời gian độ, thông số ht thay đổi giới hạn cho phép (của chế độ cố) Lợi ích hệ đvtđ: -Hệ đvtđ cung cấp giá trị tương đối đại lượng S, I, V, Z -Các giá trị hệ đvtđ có giá trị nhỏ -Các giá trị đvtđ MBA, MPĐ đơn giản không cần quan tâm đến phía cao áp, hạ áp, … -Rất thuận lợi tính tốn HTĐ phức tạp -Vẫn áp dụng cơng thức tính tốn thơng thường  lượng truyền tải qua phần khơng cố khác HTĐ có cố xảy Hậu cố không nặng nề Có phương pháp sau: -Dùng hệ thống điện áp cao( giảm tổn thất, giảm dòng điện mang tải, đặc biệt quan trọng truyền tải điện xa, qua đường dây dài) -Xây dựng thêm đường dây truyền tải -Xây dựng lắp đặt đường dây MBA với điện kháng nhỏ -Xây dựng đường dây bù dọc để giảm điện kháng đường dây -Lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng, FACTS Ứng dụng thiết bị bảo vệ tốc độ nhanh -Nhanh chóng loại trừ cố khỏi HTĐ Điều có ý nghĩa quan trọng việc giảm hậu cố -Dùng hệ thống bảo vệ hiệu -Các MC đại Ứng dụng hệ thống đóng lặp lại tốc độ cao -Phần lớn cố thống qua, việc đóng lặp lại có hiệu nhanh chóng khơi phục lại khả truyền tải đường dây -Cần ý đóng lặp lại vào cố trì, lúc MC phải cắt khơng tiếp tục đóng lặp lại, lúc MC ngắt ra, loại trừ hồn tồn cố trì Ứng dụng hệ thống đóng cắt pha -Phần lớn cố ngắn mạch pha, việc cắt pha cố cho phép tiếp tục truyền tải công suất qua đường dây lại -Các nghiên cứu rằng, phần lớn cố NM pha thường tự triệt tiêu, việc đóng cắt, đóng lặp lại pha thường có hiệu lớn việc nâng cao ổn định Sử dụng MPĐ với số quán tính lớn, điện kháng độ nhỏ -Một MPĐ có số qn tính (H) lớn cho phép giảm khả tăng tốc góc rotor giảm khả dao động góc rotor -Do tăng thời gian tới hạn loại trừ cố -Giảm điện kháng độ, cho phép tăng khả mang tải MPĐ thời gian cố, khoảng sau cố Sử dụng hệ thống kích từ đáp ứng nhanh độ lợi lớn (Gain lớn) -Hệ thống kích từ đại thiết kế để tác động nhanh với độ lợi lớn cảm nhận giảm nhanh điện áp đầu cực MPĐ có NM -Hiệu tăng cơng suất đầu suốt q trình cố sau cố Do thời gian tới hạn loại trừ cố tăng lên Ứng dụng hệ thống van điều khiển tốc độ cao -Một số tuabin trang bị hệ thống van điều khiển dòng tốc độ cao, nhanh chóng giảm cơng suất đầu Khi cố xảy gần MPĐ, công suất điện đầu giảm, hệ thống van điều khiển tốc độ cao nhanh chóng tác động để cân cơng suất công suất điện -Điều giảm tăng tốc rôto tăng thời gian tới hạn loại trừ cố SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU Ổn định điện áp HTĐ lớn +Các yếu tố ảnh hưởng -Mơ hình tải ( tải tĩnh, động cơ…) -Giới hạn công suất phản kháng MPĐ -Sự đường dây truyền tải -Sự sẵn có tụ điện đóng cắt +Hai vấn đề là: Sự ổn định điện áp xảy thiếu công suất phản kháng từ lưới: -Đường dây truyền tải mang tải nặng -Điện áp đầu cực MPĐ thấp -Thiếu nguồn bù Q Tác dụng tải động Rất khó truyền tải Q xa -Tổn thất Q nhiều truyền tải xa HVDC Hành lang tuyến hẹp chi dùng 1-2 dây dẫn Chi phí truyền tải điện xa Hành lang tuyến hẹp chi dùng 1-2 dây dẫn Chi phí truyền tải điện xa Giới hạn ổn định (khơng phụ thuộc vào góc lệch pha,) Mặc dù chỉnh/nghịch lưu cần công suất phản kháng, đ/d HVDC khơng có tổn thất cơng suất phản kháng Bù đường dây: khơng cần Khơng có dòng điện điện dung hiệu ứng mặt Tiết kiệm đáng kể cách điện Ví dụ: 500kV DC điện áp là: 500kV Dễ dàng đảo chiều công suất Liên kết hệ thống khác dễ dàng Nhìn chung tổn thất Tổn thất vầng quang hơn, nhiễu Có thể vận hành song song đ/d AC-DC Các vấn đề HVDC  Bộ biến đổi phức tạp, đòi hỏi cơng nghệ cao, chỉnh/ngịch lưu đắt tiền  Không thể tăng áp MBA (chỉ làm việc với dòng điện AC)  Tạo sóng hài, đòi hỏi mạch lọc  Cần cơng suất phản kháng cho chỉnh/nghịch lưu điều khiển khó khăn (50% tổng P)  Chế tạo MC chiều khó khăn Hệ thống kích từ  Dòng kích từ tạo từ trường quay, từ cảm ứng cuộn dây stato sức điện động cảm ứng  Sự điều chỉnh Dòng kích từ thực tay, thông thường dùng hệ thống điều khiển tự động qua hệ thống tự động điều chỉnh kích từ  Hệ thống điều khiển kích từ hệ thống điều khiển có phản hồi, có chức giữ điện áp đầu cực giá trị định trước việc điều chỉnh dòng điện kích từ MPĐ tùy theo AC Hành lang tuyến lớn phải truyền tải ba pha Nếu k/c nhỏ 700km dùng AC Hành lang tuyến lớn phải truyền tải ba pha Nếu k/c nhỏ 700km dùng AC Phụ thuộc vào độ lệch góc pha hai đầu,(giới hạn truyền tải giảm chiều dài tăng) Đ/dây dài tổn thất cơng suất phản kháng lớn, đặc biệt đ/d cáp (đ/d cáp thường