Nghiên cứu một số bài toán về các đặc tính của phụ tải và tính ổn định của phụ tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM ĐỨC TÀI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BÀI TỐN VỀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA PHỤ TẢI VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA PHỤ TẢI Chuyên nghành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHAN ĐĂNG KHẢI Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn thầy giáo TS Phan Đăng Khải Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Các trích dẫn, tài liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Phạm Đức Tài LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn, TS Phan Đăng Khải động viên, giúp đỡ hướng dẫn tận tình để tơi hồn thành luận văn Tơi xin cám ơn quý thầy, cô giáo công tác Viện đào tạo Sau đại học, đặc biệt quý thầy, cô giáo công tác Viện Điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tác giả suốt trình học tập trình nghiên cứu thực luận văn Cuối xin gửi lời cám ơn đến toàn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình người thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cám ơn ! Tác giả Phạm Đức Tài NỘI DUNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái quát chung ổn định hệ thống điện (HTĐ): 1.1.1 Các chế độ hệ thống điện: 1.1.2 Yêu cầu chế độ HTĐ: 1.1.3 Định nghĩa ổn định HTĐ 1.2 Tiêu chuẩn đánh giá ổn định hệ thống điện: 1.2.1 Tổng quan chung tiêu chuẩn nghiên cứu ổn định HTĐ 1.2.2 Các tiêu chuẩn nghiên cứu ổn định tĩnh HTĐ 1.2.3 Các tiêu chuẩn nghiên cứu ổn định động HTĐ 16 1.3 Kết luận 20 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CỦA PHỤ TẢI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ PHỤ TẢI TỔNG HỢP 22 2.1 Khái niệm đặc tính phụ tải 22 2.2 Đặc tính làm việc phụ tải động ĐB máy bù ĐB 23 2.2.1 Động ĐB 23 2.2.2 Máy bù ĐB 24 2.3 Đặc tính làm việc phụ tải động không đồng (KĐB) 25 2.3.1 Sơ đồ thay quan hệ công suất động KĐB 26 2.3.2 Đặc tính cơng suất động KĐB 28 2.4 Đặc tính phụ tải lò hồ quang điện 29 2.5 Đặc tính phụ tải chiếu sáng 34 2.6 Đặc tính phụ tải hỗn hợp 35 2.7 Kết luận 38 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA PHỤ TẢI 39 3.1 Đặt vấn đề 39 3.2 Bài toán 39 3.2.1 Thành lập phụ tải có cơng suất Sđm dạng tổng trở 40 3.2.2 Xây dựng biến thiên Zpt phụ thuộc vào biến thiên cosφ 40 3.3 Bài toán 42 3.3.1 Xác định hệ số trượt giới hạn, công suất giới hạn điện áp giới hạn 43 3.3.2 Đường đặc tính cơng suất – tốc độ với giá trị điện áp khác 44 3.3.3 Đường đặc tính cơng suất – điện áp giá trị hệ số trượt khác 47 3.4 Bài toán 49 3.5 Bài toán 51 3.6 Bài toán 55 3.6.1 Phương án khơng có thiết bị bù ( cosφ =0,89) 56 3.6.2 Phương án bù hệ số công suất đạt tới cosφ =0,95 57 3.6.3 Phương án bù hệ số công suất đạt tới cosφ =1 58 3.7 Kết luận 60 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐƢỜNG ĐẶC TÍNH PV VÀ ÁP DỤNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ TÌM GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH PHỤ TẢI TRONG HTĐ 4.1 Đặt vấn đề 61 4.2 Mối liên hệ đặc tính PV giới hạn ổn định điện áp 61 4.2.1 Phương pháp lặp Gauss-Seidel (GS) 66 4.2.2 Phương pháp lặp Newton-Rapson(NR) 67 4.2.3 Phương pháp phân bố công suất liên tục (CPF) 70 4.3 Khả ứng dụng phần mềm Matlab vào tính tốn, phân tích giới hạn ổn định điện áp phụ tải 73 4.4 Ứng dụng cơng cụ PSAT để tính tốn, phân tích giới hạn ổn định điện áp cơng suất phụ tải cực đại HTĐ 76 4.4.1 Áp dụng công cụ PSAT phân tích ổn định điện áp cho sơ đồ HTĐ 14 nút 76 4.4.2 Xác ảnh hưởng bù CSPK tới ổn định tĩnh HTĐ 86 4.4.3 Đánh giá độ ổn định điện áp khi thay đổi cấu trúc hệ thống 91 4.5 Kết luận 94 KẾT LUẬN CHUNG 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 98 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT 10 11 Ký hiệu HTĐ CSTD CSPK KĐB ĐB ĐD NM PF (Power Flow) CPF (Continous Power Flow) NR GS Diễn giải Hệ thống điện Công suất tác dụng Công suất phản kháng Không đồng Đồng Đường dây Nhà máy Phân bố công suất Phân bố công suất liên tục Newton Rapson Gauss Seidel -i- DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình hệ thống điện đơn giản Hình 1.2 Đặc tính cơng suất HTĐ đơn giản Hình 1.3 Đặc tính CSPK HTĐ đơn giản Hình 1.4 Đặc tính cơng suất HTĐ xảy kích động lớn Hình 1.5 Miền ổn định theo phương pháp Lyapunov 11 Hình 1.6 Phân tích ổn định động HTĐ đơn giản 16 Hình 2.1 Đặc tính CSTD động ĐB 24 Hình 2.2 Đặc tính CSPK máy bù ĐB 25 Hình 2.3 Sơ đồ thay động KĐB 26 Hình 2.4 Sơ đồ thay động KĐB 28 Hình 2.5 Đặc tính tĩnh động KĐB 29 Hình 2.6 Sơ đồ cấp điện cho lò hồ quang .30 Hình 2.7 Sơ đồ thay tương đương lò hồ quang điện 31 Hình 2.8 Đặc tính cơng suất – dịng điện lị hồ quang điện 33 Hình 2.9 Đặc tính cơng suất – cosφ lò hồ quang điện 33 Hình 2.10 Đặc tính phụ tải phụ tải đèn dạng hàm số mũ 34 Hình 2.11 Tổng trở thay phụ tải đặc tính cơng suất phụ tải 36 Hình 2.12 Đặc tính tĩnh phụ tải tổng hợp .37 Hình 3.1 HTĐ đơn giản 40 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn biến thiên tổng trở định mức theo cosφ 41 Hình 3.3 Sơ đồ thay động KĐB 43 Hình 3.4 Đặc tính CSTD – tốc độ điện áp thay đổi .45 Hình 3.5 Đặc tính CSPK – tốc độ điện áp thay đổi 46 Hình 3.6 Đặc tính PV với giá trị hệ số trượt khác 47 Hình 3.7 Đặc tính QV với giá trị hệ số trượt khác 48 Hình 3.8 Sơ đồ thay động 49 Hình 3.9 Quan hệ Q=f(U)khi động làm việc hãm 51 Hình 3.10 Sơ đồ thay HTĐ .52 Hình 3.11 Đường đặc tính quan hệ EĐT điện áp 53 -ii- Hình 3.12 Đường đặc tính quan hệ QĐT EĐT 54 Hình 3.13 Sơ đồ thay động lưới điện 55 Hình 3.14 Trường hợp có tụ bù hệ số cơng suất tới cosφ =0,95 57 Hình 3.15 Trường hợp có tụ bù hệ số công suất tới cosφ=1 58 Hình 3.16 Quan hệ EĐT = f(U) 59 Hình 3.17 Quan hệ QĐT = f(EĐT ) 59 Hình 4.1 Hệ thống điện đơn giản 62 Hình 4.2 Đường cong PV nút phụ tải 63 Hình 4.3 Bước dự đoán theo phương tiếp tuyến 72 Hình 4.4 Bước hiệu chỉnh theo phương pháp giao điểm trực giao .73 Hình 4.5 Giao diện cơng cụ PSAT 75 Hình 4.6 Sơ đồ HTĐ 14 nút 78 Hình 4.7 Điện áp nút hệ số mang tải λ = 82 Hình 4.8 Điện áp nút hệ số mang tải cực đại max=4,2554 84 Hình 4.9 Đường đặc tính P-V nút hệ số mang tải max=4,2554 84 Hình 4.10 Đường đặc tính P-V nút 4, 5, 9,14 hệ số mang tải max=4,063 85 Hình 4.11 Sơ đồ HTĐ 14 nút lắp đặt tụ bù tĩnh nút 14 87 Hình 4.12 So sánh điện áp nút trước sau bù λ=1 88 Hình 4.13 Đặc tính P-V nút sau bù 89 Hình 4.14 Đặc tính P-V nút 14 sau bù nút 14 .90 Hình 4.15 Đường đặc tính Q-V nút 14 trước sau bù .90 Hình 4.16 Đặc tính P-V nút cắt ĐD L16 93 -iii- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thành phần phụ tải nút phụ tải tổng hợp 22 Bảng 2.2 Thơng số cho đặc tính dạng hàm số mũ 34 Bảng 2.3 Các hệ số ap,bp, cp 37 Bảng 2.4 Các hệ số aq, bq, cq phụ thuộc cosφ .37 Bảng 3.1 CSTD cực đại Pmax động KĐB điện áp thay đổi 45 Bảng 3.2 CSTD điện áp U=1 với hệ số trượt khác 48 Bảng 3.3 CSPK tiêu thụ động làm việc .50 Bảng 3.4 CSPK tiêu thụ động hãm .50 Bảng 3.5 Giá trị CSTD CSPK phụ tải điện áp thay đổi 52 Bảng 3.6 Sự phụ thuộc EĐT QĐT vào điện áp U 53 Bảng 3.7 Giá trị hệ số trượt s giá trị khác điện áp 56 Bảng 3.8 Giá trị QĐT EĐT trường hợp thiết bị bù 57 Bảng 3.9 Giá trị QĐT EĐT trường hợp bù CSPK đạt tới cosφ = 0,95 58 Bảng 3.10 Giá trị QĐT EĐT trường hợp bù CSPK đạt tới cosφ = 58 Bảng 4.1 Chức công cụ mở rộng Matlab 74 Bảng 4.2 Thông số nút cân công suất 78 Bảng 4.3 Thông số nhánh đường dây (ĐD) 79 Bảng 4.4 Thông số máy biến áp 79 Bảng 4.5 Thông số nút tải PQ hệ số mang tải λ =1 79 Bảng 4.6 Thông số nút PV hệ số mang tải λ =1 80 Bảng 4.7 Lời giải chế độ xác lập λ=1 .80 Bảng 4.8 Phân bố công suất nhánh máy biến áp λ=1 81 Bảng 4.9 Tổng hợp công suất λ=1 81 Bảng 4.10 Lời giải chế độ xác lập hệ số mang tải lớn λmax= 4,2554 82 Bảng 4.11 Phân bố công suất đường dây hệ số mang tải λmax = 4,2554 83 Bảng 4.12 Tổng hợp công suất λmax = 4,2554 83 Bảng 4.13 Lời giải chế độ xác lập có tụ bù λ =1 .88 Bảng 4.14 Bảng tổng hợp công suất .88 Bảng 4.15 Kết CPF sau có tụ bù hệ số mang tải λmax = 4,262 89 Bảng 4.16 So sánh giới hạn ổn định điện áp trước sau bù nút số 14 91 Bảng 4.17 Phân bố công suất cắt ĐD L24 hệ số mang tải λ =1 91 Bảng 4.18 Kết CPF cắt ĐD L16 hệ số mang tải λmax =3,4207 92 Bảng 4.19 So sánh độ dự trữ ổn định điện áp trước sau cắt ĐD L16 92 -iv- MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài nghiên cứu Phụ tải HTĐ nơi điện biến đổi thành dạng lượng khác phục vụ cho sản suất đời sống năng, nhiệt năng, quang Ổn định phụ tải thực chất ổn định điện áp vận hành HTĐ ổn định điện áp vấn đề quan trọng cần quan tâm Khi điện áp nút phụ tải thay đổi phụ tải xảy dao động cơng suất Các q trình thường không xét riêng cho thiết bị dùng điện riêng biệt mà xét chung cho nhóm lớn phụ tải cung cấp điện từ nút phụ tải như: phụ tải chiếu sáng, phụ tải nhiệt (lò hồ quang), phụ tải động (động ĐB, KĐB) Trong hệ thống phụ tải động KĐB chiếm tới 90% tổng công suất động tiêu thụ chiếm khoảng 60% CSPK tiêu thụ toàn hệ thống, đáp ứng nhanh với thay đổi điện áp loại phụ tải có tính ảnh hưởng lớn tới ổn định điện áp Do động KĐB công suất lớn quan tâm đặc biệt xem xét tính ổn định điện áp phụ tải Các trình xảy nút phụ tải điện áp thay đổi có ảnh hưởng ngược trở lại tới chế độ làm việc HTĐ, đặc biệt đến ổn định Các ảnh hưởng xét đến thơng qua đường đặc tính tĩnh phụ tải tức quan hệ phụ thuộc công suất phụ tải tiêu thụ điện áp đặt cực phụ tải Chỉ điện áp có giá trị định mức cơng suất thực dùng phụ tải công suất thiết kế, điện áp khác định mức cơng suất thực dùng khác cơng suất thiết kế (hay công suất yêu cầu phụ tải nguồn điện) Khi để đánh giá tính ổn định phụ tải xem xét qua đường đặc tính tĩnh phụ tải Do tác giả chọn tên đề tài “Nghiên cứu số tốn đặc tính phụ tải tính ổn định phụ tải” 2.Mục đích nghiên cứu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Với đặc thù hệ thống truyền tải điện Việt nam liên quan đến độ dự trữ CSTD HTĐ thấp, truyền tải công suất lớn đường dây, điện áp nút thấp độ dự trữ CSPK thấp nên sử dụng đường đặc tính phụ tải phù hợp hiệu để đánh giá ổn định điện áp HTĐ Luận văn nghiên cứu số toán đường đặc tính làm việc phụ tải thành phần phụ tải động (động ĐB, KĐB), phụ tải chiếu sáng, phụ tải -v- Nhận xét: - Trên hình 4.12, ta thấy bù cơng suất nút 14, điện áp nút bù nút lại hệ thống cải thiện đáng kể so với trường hợp khơng có tụ bù - Qua bảng 4.14 ta thấy bù tổn hao công suất tác dụng ∆P=0,1682 pu (6,0968%), tổn hao giảm so với trước bù ∆P = 0,1689 (6,1223%) Tiếp tục tìm phân bố cơng suất liên tục (CPF) để tìm giới hạn ổn định điện áp Bảng 4.15 Kết CPF sau có tụ bù hệ số mang tải λmax = 4,262 Nút 10 11 12 13 14 U [pu] 1,0500 1,1000 1,0500 0,6849 0,6657 1,0700 0,7938 1,0900 0,6864 0,7078 0,8679 0,9697 0,9178 0,6608 Phase [rad] -0,7266 -1,6263 -1,3705 -1,1621 -1,9683 -1,6898 -1,6898 -1,8591 -1,9248 -1,9607 -2,0393 -2,0361 -2,1074 P phát [pu] 16,4688 1,7000 0 0 0 0 0 0 Q phát[pu] 2,5934 15,5461 6,0513 0 4,7000 1,8329 0 0 0 P tải[pu] 0,9223 4,0035 2,0315 0,3230 0,4760 0 1,2538 0,3825 0,1488 0,2593 0,5738 0,6333 Hình 4.13 Đặc tính P-V nút sau bù -89- Q tải [pu] 0,5398 0,8075 0,1700 0,0680 0,3188 0 0,7055 0,2465 0,0765 0,0680 0,2465 0,1907 Hình 4.14 Đặc tính P-V nút 14 sau bù nút 14 Hình 4.15 Đường đặc tính Q-V nút 14 trước sau bù -90- Bảng 4.16 So sánh giới hạn ổn định điện áp trước sau bù nút số 14 Điều kiện vận hành Điện áp trước bù Điện áp sau bù Tại λ =1 1,0320 pu 1,0429 pu Tại λmax 0,6520 pu 0,6608 pu Độ dự trữ ổn định điện áp 36,8217 % 36,6382 % Nhận xét: - Từ hình 4.13 4.14 ta thấy hệ số mang tải lớn λmax = 4,262 hệ số tăng lên so với trường hợp trước bù λmax = 4,2554 - Đánh giá độ dự trữ ổn định điện áp nút đặt tụ bù (nút 14) Dựa vào hình 4.15 bảng 4.16 ta thấy độ dự trữ ổn định điện áp giảm lắp đặt tụ bù, điều giải thích bởi: trị số dung dẫn tụ điện tính cộng thêm vào trị số phần tử tổng dẫn y(14,14) đường chéo ma trận tổng dẫn nút hệ thống làm giảm trị số y(14,14) dẫn đến làm giảm khả xác định nghiệm điện áp mô trạng thái xác lập hệ thống điều phản ánh trị số bị giảm độ trữ ổn định điện áp nút 14 có đặt tụ bù Tổng quát chung lại, việc đặt tụ bù giúp nâng cao chất lượng điện áp vận hành hệ thống, giúp giảm tổn hao công suất đồng thời giúp hệ thống điện làm việc ổn định tin cậy Tuy nhiên độ dự trữ ổn định điện áp bù CSPK thường bị giảm đi, cần phải tính tốn trước, nhằm định biện pháp kiểm sốt vận hành hệ thống thích hợp để tránh ổn định điện áp xảy biến động ngẫu nhiên trạng thái xác lập 4.4.3 Đánh giá độ ổn định điện áp khi thay đổi cấu trúc hệ thống Đánh giá thay đổi độ ổn định điện áp cắt đường dây nối (L16) cách mở máy cắt CB16 sơ đồ HTĐ 14 nút hình 4.6 Bảng 4.17 Phân bố công suất cắt ĐD L24 hệ số mang tải λ =1 Nút U [pu] 1,0500 1,1000 1,0500 1,0220 1,0283 Phase [rad] -0,0974 -0,2507 -0,2298 -0,1880 P phát [pu] 2,3765 0,4000 0 -91- Q phát [pu] -1,3655 1,9195 0,3555 0 P tải [pu] 0,2170 0,9420 0,4780 0,0760 Q tải [pu] 0,1270 0,1900 0,0400 0,0160 Nút 10 11 12 13 14 U [pu] 1,0700 1,0548 1,0900 1,0385 1,0366 1,0496 1,0538 1,0479 1,0244 Phase [rad] -0,2803 -0,2640 -0,2640 -0,2821 -0,2867 -0,2856 -0,2948 -0,2951 -0,3056 P phát [pu] 0 0 0 0 Q phát [pu] 0,1554 0,0000 0,2177 0 0 0 P tải [pu] 0,1120 0 0,2950 0,0900 0,0350 0,0610 0,1350 0,1490 Q tải [pu] 0,0750 0 0,1660 0,0580 0,0180 0,0160 0,0580 0,0500 Bảng 4.18 Kết CPF cắt ĐD L16 hệ số mang tải λmax =3,4207 Nút 10 11 12 13 14 U [pu] 1,0500 1,1000 1,0500 0,6821 0,6643 1,0700 0,8277 1,0900 0,7456 0,7686 0,9026 0,9914 0,9501 0,7447 Phase [rad] -0,5053 -1,4214 -1,4049 -1,1134 -1,7636 -1,6246 -1,6246 -1,7320 -1,7661 -1,7721 -1,8202 -1,8186 -1,8788 P phát [pu] 12,4578 1,3674 0 0 0 0 0 0 Q phát [pu] 1,2731 10,0352 5,5369 0 3,9077 1,6230 0 0 0 P tải [pu] 0,7418 3,2202 1,6340 0,2598 0,3829 0 1,0085 0,3077 0,1196 0,2085 0,4615 0,5094 Q tải [pu] 0,4341 0,6495 0,1367 0,0547 0,2564 0 0,5675 0,1983 0,0615 0,0547 0,1983 0,1709 Bảng 4.19 So sánh độ dự trữ ổn định điện áp trước sau cắt ĐD L16 Trước cắt ĐD L24 Sau cắt ĐD L24 Độ dự trữ UGiới hạn Uλ=1 [pu] ổn định kS [pu] (%) ∆ =kT - kS (%) Nút Uλ=1 [pu] UGiới hạn [pu] Độ dự trữ ổn định kT (%) 1,0500 1,0500 1,0500 1,0500 0 1,1000 1,1000 1,1000 1,1000 0 1,0500 1,0500 1,0500 1,0500 0 1,0416 0,6840 34,3262 1,0220 0,6821 33,2558 1,0704 1,0420 0,6648 36,1975 1,0283 0,6643 35,4023 0,7952 1,0700 1,0700 1,0700 1,0700 0 1,0652 0,7921 25,6353 1,0548 0,8277 21,5308 4,1045 1,0900 1,0900 1,0900 1,0900 0 -92- Trước cắt ĐD L24 Sau cắt ĐD L24 Độ dự trữ UGiới hạn [pu] ổn định kS [pu] (%) ∆ =kT - kS (%) Nút Uλ=1 [pu] UGiới hạn [pu] Độ dự trữ ổn định kT (%) 10 11 12 13 14 1,0504 0,6835 34,9305 1,0385 0,7456 28,2115 6,7190 1,0465 0,7053 32,6052 1,0366 0,7686 25,8581 6,7471 1,0548 0,8667 17,8345 1,0496 0,9026 14,0045 3,8300 1,0546 0,9687 8,1495 1,0538 0,9914 5,9243 2,2252 1,0497 0,9158 12,7560 1,0479 0,9501 9,3302 3,4259 1,0320 0,6520 36,8282 1,0244 0,7447 27,3054 9,5227 Uλ=1 Hình 4.16 Đặc tính P-V nút cắt ĐD L16 Nhận xét: Trong vận hành hệ thống điện có thao tác đóng - cắt phần tử hệ thống làm thay đổi thông số cấu trúc hệ thống phân bố cơng suất ĐD thay đổi Khi phụ tải gia tăng số ĐD hệ thống đạt giới hạn truyền tải công suất nhanh so với trước cắt phần tử hệ thống khơng có biện pháp cắt giảm phụ tải hệ thống ổn định, dẫn đến hệ số mang tải giới -93- hạn thay đổi Như trường hợp khảo sát cắt ĐD L16 hệ số mang tải lớn λmax giảm từ 4,2554 xuống 3,4207 Cùng với thay đổi độ dự trữ ổn định điện áp, thay đổi tùy theo cấu trúc hệ thống Trong trường hợp xét, bảng 4.20 ta thấy cắt ĐD L16 độ dự trữ ổn định điện áp nút 1, 2, 3, 6, không đổi nút nút giữ điện áp, nút lại hệ thống giảm Do thực tế tình thay đổi cấu trúc hệ thống cần phải tính tốn khảo sát trước để đưa phương án vận hành an toàn hệ thống cung cấp điện 4.5 Kết luận Nội dung chương khảo sát quan hệ điện áp công suất nút tải (PV) Phương pháp chung sử dụng phương pháp số Gauss-Seidel, Newton-Rapson để giải tốn phân bố cơng suất, sau dùng phương pháp phân bố cơng suất liên tục để tìm giới hạn ổn định điện áp nút HTĐ công suất phụ tải lớn Trong thực tế HTĐ có số lượng nút lớn, việc tìm lời giải tốn chế độ xác lập phức tạp Hơn với hệ số công suất không đổi, tăng công suất phụ tải làm cho điện áp giảm, công suất nút lớn công suất giới hạn nút hệ thống khơng tồn chế độ xác lập (hệ thống ổn định) Do phần việc tác giả giới thiệu chung khả tính tốn, phân tích ổn định HTĐ phần mềm Matlab sử dụng công cụ PSAT để kháo sát quan hệ điện áp công suất nút tải (PV) số toán ổn định cụ thể Qua khảo sát quan hệ điện áp công suất nút tải (PV) cho thấy tồn điểm (Pgh, Vgh), điểm giới hạn ổn định điện áp nút tải Điện áp giới hạn V gh phụ thuộc vào hệ số công suất phụ tải mà không phụ thuộc vào điện kháng đường dây Trong cơng suất giới hạn Pgh phụ thuộc vào hệ số công suất phụ tải đồng thời tỉ lệ nghịch với điện kháng đường dây Hệ số cơng suất bé cơng suất tác dụng giới hạn Pgh giảm Như việc đặt tụ bù giúp nâng cao công suất giới hạn nút phụ tải, nâng cao chất lượng điện áp vận hành hệ thống, giúp giảm tổn hao công suất đồng thời giúp hệ thống điện làm việc ổn định tin cậy Tuy nhiên độ dự trữ ổn định điện áp bù CSPK thường bị giảm đi, cần -94- phải tính tốn trước, nhằm định biện pháp kiểm soát vận hành hệ thống thích hợp để tránh ổn định điện áp xảy biến động ngẫu nhiên trạng thái xác lập Trong vận hành hệ thống cung cấp điện có thao tác đóng - cắt phần tử hệ thống làm thay đổi thơng số cấu trúc hệ thống cơng suất truyền tải hệ thống giảm dẫn đến hệ số mang tải giới hạn thay đổi khơng có biện pháp cắt giảm phụ tải hệ thống ổn định Do thực tế tình thay đổi cấu trúc hệ thống cần phải tính tốn khảo sát trước để đưa phương án vận hành vận hành an toàn hệ thống điện - Từ đường đặc tính PV ta xác định điểm ổn định điện áp xác định công suất tải cực đại điểm sụp đổ điện áp.Tại gần điểm sụp đổ điện áp, tiếp tục tăng tải nút HTĐ dẫn đến sụp đổ điện áp Do không nên vận hành HTĐ chế độ gần với điểm sụp đổ điện áp - Phương pháp phân bố công suất liên tục (CPF) phương pháp hiệu để phân tích ổn định điện áp -95- KẾT LUẬN CHUNG Ổn định phụ tải thực chất ổn định điện áp vận hành HTĐ ổn định điện áp vấn đề quan trọng cần quan tâm, điện áp thay đổi phụ tải xảy thay đổi công suất tiêu thụ, điều lại tác động ngược trở lại tới tính ổn định điện áp hệ thống Để xem xét đáp ứng phụ tải điện áp thay đổi xem xét qua đặc tính PV, QV Trong HTĐ nói chung hệ thống cung cấp điện nói riêng có nhiều loại phụ tải phụ tải chiếu sáng, phụ tải nhiệt (lò hồ quang), phụ tải động (động ĐB, KĐB) Đặc tính PV, QV loại phụ tải khơng giống phụ thuộc vào tính chất tải (tải trở, cảm, dung) Trong HTĐ phụ tải động KĐB chiếm tới 90% tổng công suất động tiêu thụ, chiếm khoảng 60% CSPK tiêu thụ toàn hệ thống, đáp ứng nhanh với thay đổi điện áp loại phụ tải có tính ảnh hưởng lớn tới ổn định điện áp Do xem xét tính ổn định điện áp phụ tải động KĐB công suất lớn quan tâm, đặc biệt q trình khởi động động KĐB cơng suất lớn Có thể sử dụng tiêu chuẩn tương đương dE/dU>0 để đánh giá tính ổn định tĩnh phụ tải tổng hợp bao gồm tỷ lệ lớn động KĐB thay cho tiêu chuẩn dPđ/ds > Để nâng cao tính ổn định điện áp bù CSPK biện pháp phổ biến hiệu Bù CSPK giúp cho giảm tổn hao công suất, tổn hao điện áp, nâng cao khả truyền tải công suất, nâng cao hệ số cơng suất cosφ, nhiên lại làm cho độ dự trữ ổn định điện áp giảm Để xác định giới hạn ổn định điện áp giới hạn truyền tải công suất luận văn giới thiệu phương pháp tính tốn phân bố cơng suất liên tục Qua việc tính tốn xác định nút có ổn định điện áp yếu hệ thống, từ có biện pháp nâng cao ổn định điện áp Luận văn áp dụng công cụ PSAT phần mềm Matlab để tính tốn, phân tích giới hạn ổn định điện áp làm việc, giới hạn công suất nút phụ tải dựa phương pháp tính tốn phân bố cơng suất liên tục cho HTĐ 14 nút Đồng thời đánh giá ổn định điện áp trường hợp: bù tĩnh nút ổn định điện áp yếu cấu trúc hệ thống thay đổi Các kết tính tốn phù hợp với sở lý thuyết kết tính tốn tay phần -96- TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Bách, Ổn định hệ thống điện, Nhà xuất Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2011 Trần Bách, Tối ưu hóa chế độ hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2000 Phan Đăng Khải, Bù CSPK lưới cung cấp lưới phân phối điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2003 Vũ Gia Hanh, Máy điện 1,2 – Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2003 Phạm Văn Hòa, Ngắn mạch đứt dây hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2004 Lã Văn Út, Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2011 Đinh Thành Việt - Ngô Văn Dưỡng, Xây dựng chương trình đường cong P-V xác định điểm sụp đổ điện áp hệ thống điện, Tạp chí khoa học cơng nghệ Đại học Đà Nẵng - Số 6(35).2009 Alan L.Sheldrake, Handbook of Electrical Engineering For Practitioners in the Oil, Gas and Petrochemical Industry, Consulting Electrical Engineer, Bangalore, India Danlel Karlsson, Modeling and Identification of Nonelinear Dynamic Load in Power Systems, IEEE Transactions on Power System, Vol 9, No 1, February 1994, Sweden 10 Federico Milano, Documentation for PSAT version 1.3.4, July 14, 2005 and Quick Reference Manual for PSAT version 2.1.2, June 26, 2008 11 Frequencies K G Sabbir, M A Kashem, M Negnevitsky, Response Analysis of Large Induction Motors at Different Voltages and Frequencies, University of Tasmania, Australia 12 Kerstin Lindén and Inger Segerqvist, Modelling of load devices and studying load and system characteristics, Göteborg Sweden, 1992 13 P.Kundur, Power System Stability and Control, NewYork 1993 14 Youssef A.Mobarak, Arc furnace loads voltage stability, South Valley University, Egypt -97- PHỤ LỤC Đặc tính cơng suất – Dịng điện lị hồ quang điện % Code MATLAB tinh toan Dac tinh cong suat - dong dien cua lo ho quang dien function out = dactinhcongsuat_dongdien U=input('Nhap gia tri dien ap thu cap MBA lo dien,V: ');%420 r=input('Nhap gia tri dien tro,m ohm/pha: ');%0,5 X=input('Nhap gia tri dien khang,m ohm/pha: ');%2,9 i=1; for I=0:80 R2(i)=sqrt(U^2/(3*I^2)-X^2); R(i)=r+R2(i); S(i)=U^2/sqrt(R(i)^2+X^2); Q(i)=U^2*X/(R(i)^2+X^2); P(i)=sqrt(S(i)^2-Q(i)^2); Pl(i)=3*r*I^2; Phq(i)=P(i)-Pl(i); i=i+1; end plot(S,'Color','k','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); hold on plot(Q,'Color','r','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'), plot(P,'Color','b','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'), plot(Pl,'Color','o','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'), plot(Phq,'Color','k','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'),grid on hold off ylabel('Cong suat (kVA,kW,kVAr)','Fontweight','Bold'); xlabel('I(kA)','Fontweight','Bold'); title ('Dac tinh Cong suat-Dong dien cua lo ho quang dien', 'Fontweight','Bold'); Đặc tính cơng suất – cos φ lò hồ quang điện % Code MATLAB tinh toan Dac tinh cong suat - cosφ cua lo ho quang dien function out = dactinhcongsuat_cosphi U = input('Nhap gia tri dien ap thu cap MBA lo dien,V: ');%420 r = input('Nhap gia tri dien tro,m ohm/pha: ');%0,5 -98- X=input('Nhap gia tri dien khang,m ohm/pha: ');%2,9 i=1; for I=0:80 R2(i)=sqrt(U^2/(3*I^2)-X^2); R(i)=r+R2(i); S(i)=U^2/sqrt(R(i)^2+X^2); Q(i)=U^2*X/(R(i)^2+X^2); P(i)=sqrt(S(i)^2-Q(i)^2); Pl(i)=3*r*I^2; Phq(i)=P(i)-Pl(i); cos(i)=R(i)/sqrt(R(i)^2+X^2); i=i+1; end plot(cos,S,'Color','k','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); hold on plot(cos,Q,'Color','r','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'), plot(cos,P,'Color','b','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'), plot(cos,Pl,'Color','r','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'), plot(cos,Phq,'Color','k','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'),grid on hold off ylabel('Cong suat (kVA,kW,kVAr)','Fontweight','Bold'); xlabel('cos phi','Fontweight','Bold'); title ('Dac tinh Cong suat - cos phi','Fontweight','Bold'); Đặc tính cơng suất – tốc độ với giá trị điện áp khác % Dac tinh cong suat – toc voi cac gia tri dien ap khac U=1; %U dinh muc Pc=1; %P dinh muc X=0.202; %Dien khang tong Xm=3.59; %dien khang tu hoa Rr=0.006; % dien tro roto pole=2; % so cuc f=50; % tan so Ugh=sqrt(2*Pc*X); % dien ap gioi han Ndb=60*f/pole; %toc dong bo -99- %khao sat dac tinh P– toc do, Q – toc tai tai gia tri dien ap U1=1.1; U2=1.0; U3=0.9; U4=0.8; U5=0.7; U6 = Ugh; m=1; for Nr1=0:Ndb s(m)=(Ndb-Nr1)/Ndb; P1(m) = (U1^2*s(m)*Rr)/(Rr^2+(s(m)*X)^2); Q1(m) = U1^2/Xm+U1^2*s(m)^2*X/(Rr^2+(s(m)*X)^2); m=m+1; end m=1; for Nr2=0:Ndb s(m)=(Ndb-Nr2)/Ndb; P2(m) = (U2^2*s(m)*Rr)/(Rr^2+(s(m)*X)^2); Q2(m) = U2^2/Xm+U2^2*s(m)^2*X/(Rr^2+(s(m)*X)^2); m=m+1; end m=1; for Nr3=0:Ndb s(m)=(Ndb-Nr3)/Ndb; P3(m) = (U3^2*s(m)*Rr)/(Rr^2+(s(m)*X)^2); Q3(m) = U3^2/Xm+U3^2*s(m)^2*X/(Rr^2+(s(m)*X)^2); m=m+1; end m=1; for Nr4=0:Ndb s(m)=(Ndb-Nr4)/Ndb; P4(m) = (U4^2*s(m)*Rr)/(Rr^2+(s(m)*X)^2); Q4(m) = U4^2/Xm+U4^2*s(m)^2*X/(Rr^2+(s(m)*X)^2); m=m+1; end m=1; for Nr5=0:Ndb s(m)=(Ndb-Nr5)/Ndb; P5(m) = (U5^2*s(m)*Rr)/(Rr^2+(s(m)*X)^2); -100- Q5(m) = U5^2/Xm+U5^2*s(m)^2*X/(Rr^2+(s(m)*X)^2); m=m+1; end m=1; for Nr6=0:Ndb s(m)=(Ndb-Nr6)/Ndb; P6(m) = (U6^2*s(m)*Rr)/(Rr^2+(s(m)*X)^2); Q6(m) = U6^2/Xm+U6^2*s(m)^2*X/(Rr^2+(s(m)*X)^2); m=m+1; end plot(P1),grid on hold on plot(P2); plot(P3); plot(P4); plot(P5); plot(P6),grid on hold off ylabel('Cong suat tac dung P(pu)','Fontweight','Bold'); xlabel('Toc roto (vong/phut)','Fontweight','Bold'); title ('Dac tinh CSTD-Tocdo voi cac gia tri dien ap khac nhau', 'Fontweight', 'Bold'); figure plot(Q1) hold on plot(Q2); plot(Q3); plot(Q4); plot(Q5) plot(Q6),grid on hold off xlabel('Toc roto (vong/phut)','Fontweight','Bold'); ylabel('Cong suat phan khang Q(pu)','Fontweight','Bold'); title ('Dac tinh CSPK-Tocdo voi cac gia tri dien ap khac nhau','Fontweight','Bold'); -101- Đặc tính công suất – điện áp với giá trị hệ số trƣợt khác % Dac tinh PV, QV cac he so truot khac U=1; %U dinh muc Pc=1; %P dinh muc X=0.202; %Dien khang tong Xm=3.59; %dien khang tu hoa Rr=0.006; % dien tro roto pole=2; % so cuc f=60; % tan so Ugh=sqrt(2*Pc*X); % dien ap gioi han Ndb=60*f/pole; %toc dong bo sgh=Rr/X; %he so truot gioi han disp('Gia tri he so truot gioi han cua DCKDB sgh:') fprintf('%f'),disp([sgh]) %khao sat PV,QV tai gia tri he so truot s1=0.01; s2=0.02; s3=0.03; s4=0.04; s5=0.1; s6=0.2; % Dac tinh P,Q tai gia tri s1 U1=0:0.1:1.1; P1 = (U1.^2*s1*Rr)/(Rr^2+(s1*X)^2); Q1 = U1.^2/Xm+U1.^2*s1^2*X/(Rr^2+(s1*X)^2); % Dac tinh P,Q tai gia tri s2 U2=0:0.1:1.1; P2 = (U2.^2*s2*Rr)/(Rr^2+(s2*X)^2); Q2 = U2.^2/Xm+U2.^2*s2^2*X/(Rr^2+(s2*X)^2); % Dac tinh P,Q tai gia tri s3 U3=0:0.1:1.1; P3 = (U3.^2*s3*Rr)/(Rr^2+(s3*X)^2); Q3 = U3.^2/Xm+U3.^2*s3^2*X/(Rr^2+(s3*X)^2); % Dac tinh P,Q tai gia tri s4 U4=0:0.1:1.1; P4 = (U4.^2*s4*Rr)/(Rr^2+(s4*X)^2); Q4 = U4.^2/Xm+U4.^2*s4^2*X/(Rr^2+(s4*X)^2); % Dac tinh P,Q tai gia tri s5 U5=0:0.1:1.1; -102- P5 = (U5.^2*s5*Rr)/(Rr^2+(s5*X)^2); Q5 = U5.^2/Xm+U5.^2*s5^2*X/(Rr^2+(s5*X)^2); % Dac tinh P,Q tai gia tri s6 U6=0:0.1:1.1; P6 = (U6.^2*s6*Rr)/(Rr^2+(s6*X)^2); Q6 = U6.^2/Xm+U6.^2*s6^2*X/(Rr^2+(s6*X)^2); % Ve duong dac tinh P,Q theo U voi he so truot khac plot(P1,U1,'Color','k','LineWidth',1.5,'LineStyle',' '),grid on hold on plot(P2,U2,'Color','b','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); plot(P3,U3,'Color','m','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); plot(P4,U4,'Color','y','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); plot(P5,U5,'Color','g','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); plot(P6,U6,'Color','r','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'),grid on hold off xlabel('Cong suat tac dung P(pu))','Fontweight','Bold'); ylabel('U[pu]','Fontweight','Bold'); title ('Dac tinh P-V voi cac gia tri he so truot khac nhau','Fontweight', 'Bold'); figure plot(Q1,U1,'Color','k','LineWidth',1.5,'LineStyle',' ') hold on plot(Q2,U2,'Color','b','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); plot(Q3,U3,'Color','b','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); plot(Q4,U4,'Color','y','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'); plot(Q5,U5,'Color','g','LineWidth',1.5,'LineStyle','-') plot(Q6,U6,'Color','k','LineWidth',1.5,'LineStyle','-'),grid on hold off xlabel('Cong suat phan khang Q(pu)','Fontweight','Bold'); ylabel('U[pu]','Fontweight','Bold'); title ('Dac tinh Q-V voi cac gia tri he so truot khac nhau','Fontweight','Bold'); -103- ... đường đặc tính tĩnh phụ tải Do tác giả chọn tên đề tài ? ?Nghiên cứu số toán đặc tính phụ tải tính ổn định phụ tải? ?? 2.Mục đích nghiên cứu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Với đặc thù hệ thống truyền tải. .. giá ổn định hệ thống điện Chƣơng Nghiên cứu đặc tính phụ tải động khơng đồng phụ tải tổng hợp Chƣơng Nghiên cứu số tốn đánh giá tính ổn định tĩnh phụ tải Chƣơng Nghiên cứu sử dụng đường đặc tính. .. đường đặc tính tĩnh thực tế phụ tải - Thay phụ tải hàm đa thức: Mỗi nút phụ tải tổng hợp nhiều loại phụ tải khác Phụ tải thực tế phụ thuộc vào điện áp tần số hệ thống Nhưng tính toán ổn định tĩnh