CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH

7.3.1 Nâng cao khả năng truyền tải

Nâng cao khả năng truyền tải của một hệ thống điện nghĩa là năng lượng cĩ thể truyền tải qua các phần tử khơng sự cố khác nhau của hệ thống điện khi cĩ một sự cố xảy ra. Hậu quả của sự cố sẽ khơng quá nặng nề. Cĩ các phương pháp sau:

Dùng hệ thống điện áp cao ( giảm tổn thất và giảm dịng điện mang tải, đặc biệt quan trọng khi truyền tải điện năng đi xa, qua các đường dây dài). Xây dựng thêm các đường dây truyền tải mới.

Xây dựng và lắp đặt các đường dây, MBA với điện kháng nhỏ. Xây dựng các đường dây bù dọc để giảm điện kháng đường dây. Lắp đặt các thiết bị bù cơng suất phản kháng và FACTS.

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

7.3.2 Ứng dụng các thiết bị bảo vệ tốc độ nhanh

Nhanh chĩng loại trừ sự cố ra khỏi hệ thống điện. Điều này cĩ ý nghĩa quan trọng trong việc giảm hậu quả sự cố.

Dùng các hệ thống bảo vệ hiệu quả. Các máy cắt hiện đại.

7.3.3 Ứng dụng hệ thống đĩng lặp lại tốc độ cao

Phần lớn các sự cố là thống qua, việc đĩng lặp lại cĩ hiệu quả nhanh chĩng khơi phục lại khả năng truyền tải cho đường dây.

Cần chú ý khi đĩng lặp lại vào sự cố duy trì , lúc đo máy cắt phải được cắt ra và khơng được tiếp tục đĩng lặp lại.

7.3.4 Ứng dụng hệ thống đĩng cắt một pha

Phần lớn sự cố ngắn mạch là một pha, và việc chỉ cắt một pha sự cố cho phép tiếp tục truyền tải cơng suất qua các đường dây cịn lại.

Các nghiên cứu cho rằng phần lớn các sự cố ngắn mạch một pha thường tự triệt tiêu, do đĩ việc đĩng cắt và đĩng lặp lại một pha thường cĩ hiệu quả lớn trong việc nâng cao ổn định.

7.3.5 Máy phát điện với hệ số quán tính lớn và điện kháng quá độ nhỏ

Một máy phát điện cĩ hằng số quán tính ( H ) lớn cho phép giảm khả năng tăng tốc của gĩc roto và do đĩ giảm khả năng dao động của gĩc roto.

Do đĩ tăng thời gian tới hạn loại trừ sự cố.

Giảm điện kháng quá độ, cho phép tăng khả năng mang tải của máy phát điện trong thời gian sự cố và trong khoảng sau sự cố.

7.3.6 Sử dụng hệ thống kích từ đáp ứng nhanh và độ lợi lớn

Hệ thống kích từ hiện đại cĩ thể được thiết kế để tác động nhanh với độ lợi lớn khi cảm nhận được sự giảm nhanh của điện áp đầu cực máy phát điện khi cĩ ngắn mạch.

Hiệu quả của nĩ là tăng cơng suất đầu ra trong suốt quá trình sự cố và sau sự cố. Do đĩ thời gian tới hạn loại trừ sự cố tăng lên.

7.3.7 Ứng dụng hệ thống van điều khiển tốc độ cao

Một số tua bin được trang bị hệ thống van điều khiển dịng hơi tốc độ cao, cĩ thể nhanh chĩng giảm cơng suất cơ đầu ra. Khi một sự cố xảy ra gần máy phát điện, cơng suất điện đầu ra giảm và hệ thống van điều khiển tốc độ cao nhanh chĩng tác động để cân bằng giữa cơng suất cơ và cơng suất điện. Điều này giảm sự tăng tốc của roto và tăng thời gian tới hạn loại trừ sự cố.

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

7.4 MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI

Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 27/12/1983 tại Thụy Điển: Việc hư hỏng một bộ dao cách ly và sự cố ở một trạm biến áp ở phía tây của Stockholm dẫn đến việc ngắt tồn bộ trạm biến áp và 2 đường dây 400 kV

Sự cố tan rã hệ thống điện ở Ý năm 2003: Phụ tải bị cắt 27GW, thiệt hại ước tính khoảng 50 tỷ USD.

Sự cố ở Mỹ năm 2003: Phụ tải bị cắt 65 GW, thời gian cắt điện 30 giờ.

Một số sự cố tan rã hệ thống điện khác như ở Pháp ( năm 1978- cắt 29GW, thiệt hại 300 triệu USD, 1987), ở Bỉ ( năm 1982), ở các quốc gia Tây Âu ( 11/2006)…đều gây những thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế.

Như vậy phần lớn sự cố tan rã hệ thống điện là do cĩ sự dao động lớn về cơng suất, chủ yếu là do đĩng cắt đột ngột các phụ tải lớn, đường dây tải điện,máy biến áp đang mang tải…và đặc biệt nguy hiểm là sự cố ngắn mạch. Vì vậy việc nghiên cứu ổn định quá độ cho hệ thống điện là rất cần thiết và vơ cùng quan trọng, đĩ cũng là nội dung chính của phần II.

7.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 7

Trong chương này cĩ những nội dung chủ yếu sau:

Tổng quát về ổn định hệ thống điện, các chế độ hệ thống điện. Điều kiện tồn tại chế độ xác lập – ổn định của hệ thống.

Các biện pháp nâng cao ổn định hệ thống điện. Sự cần thiết của việc nghiên cứu ổn định quá độ.

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

CHƯƠNG 8. ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ

Khảo sát ổn định quá độ là một bài tốn lớn và nan giải địi hỏi cĩ sự đầu tư nghiên cứu chọn lọc để cĩ thể đưa ra những biện pháp hiệu quả giúp cho hệ thống điện vận hành ổn định, tin cậy và liên tục. Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, cĩ nhiều phần mềm tính tốn ổn định hệ thống ra đời như: PSS/E, POWERWORLD…

Trong phần II này phần mềm powerworld simulator 17 sẽ được sử dụng để khảo sát tính ổn định của nhà máy thiết kế.

8.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Ổn định quá độ (ổn định động) là khả năng một hệ thống điện (gồm nhiều máy phát đồng bộ nối với nhau) vẫn giữ được sự đồng bộ sau khi trải qua các kích động lớn.

Nghiên cứu ổn định động là nghiên cứu khả năng của hệ thống điện khơi phục lại chế độ làm việc ban đầu sau khi trải qua các kích động lớn.

Các kích động lớn xảy ra trong hệ thống điện do các nguyên nhân sau: Cắt hoặc đĩng đột ngột các phụ tải lớn.

Cắt đường dây tải điện hoặc máy biến áp đang mang tải. Cắt máy điện đang mang tải.

Ngắn mạch các loại.

Trong các dạng kích động nĩi trên thì ngắn mạch là nguy hiểm hơn cả, vì vậy ổn định động của hệ thống điện được xét cho trường hợp xảy ra ngắn mạch.

Các loại ngắn mạch gồm cĩ: một pha chạm đất, hai pha, hai pha chạm đất, ba pha. Theo thống kê cho thấy cĩ tới 70-90% tổng số ngắn mạch là ngắn mạch một pha chạm đất, 5-15% là ngắn mạch hai pha các loại, cịn ngắn mạch ba pha chỉ xảy ra cĩ 5-10% tuy nhiên đĩ là loại ngắn mạch nguy hiểm nhất vì nĩ làm cho mối liên hệ giữa nhà máy và phụ tải, giữa các nhà máy với nhau hồn tồn bị gián đoạn, độ giảm cơng suất đạt giá trị cực đại làm cho máy phát điện dao động mạnh. Do đĩ ngắn mạch ba pha sẽ được khảo sát trong phần II này.

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

8.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ

Gồm 4 phương pháp:

8.2.1 Phương pháp cân bằng diện tích

Đơn giản, trực quan, dễ hiểu về hiện tượng, vùng ổn định.

Chỉ áp dụng cho hệ thống điện đơn giản (1 máy phát nối với HTĐ vơ cùng lớn hoặc 2 máy phát điện).

A1  Trước sự cố Sau sự cố Khi sự cố o c max A2 Pe Pm a b c d e ~ jXd’1 ZL E’1 Vg2 Zs1 Vg1 jXd’2 ~ E’2 Zs2 ~ jXd ’ ZL1 V Vgg ZL2 MBA G E’’

Hình 8-1: Phương pháp cân bằng diện tích 8.2.2 Phương pháp số

Sau khi đã mơ hình hĩa HTĐ bằng các phương trình vi phân người ta dùng phương pháp số để giải các phương trình này.

Vẽ được các đáp ứng khi cĩ sự cố.

Tính được thời gian loại trừ sự cố lớn nhất. Khơng xác định được vùng ổn định. T/hợp 2 T/hợp 3 t(s) G ĩ c ro to  T/hợp 1 0 CCT ~ jXd’ ZL1 V Vgg ZL2 MBA G E’’ Hình 8-2: Phương pháp số 8.2.3 Phương pháp hàm năng lượng quá độ

Dễ hiểu, xác định được giới hạn ổn định.

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh u

Năng lượng

Năng lượng tới hạn =PE(u)

1800 KE(c)

0 C

Năng lượng tới hạn

Hình 8-3: Phương pháp hàm năng lượng quá độ 8.2.4 Phương pháp hỗn hợp

Kết hợp giữa phương pháp số và phương pháp cân bằng diện tích. Dễ hiểu, xác định được giới hạn ổn định.

Nhưng việc phân các MPĐ thành các nhĩm khác nhau là rất khĩ khăn.

Hình 8-4: Phương pháp hỗn hợp 8.2.5 Mục đích của các phương pháp nghiên cứu

Xác định xem khi nào một hệ thống điện cịn giữ được trạng thái đồng bộ sau khi trải qua các kích động.

Từ đĩ xác định giới hạn ổn định và độ dự trữ ổn định.

8.2.6 Đề ra các biện pháp

Phịng ngừa (ngăn chặn nguy cơ xảy ra mất ổn định). Tiến hành trước khi sự cố.

Cứu vãn (nhanh chĩng khơi phục lại HTĐ). Tiến hành khi xảy ra sự cố nhằm nhanh chĩng khơi phục lại chế độ làm việc bình thường.

Trong chương trình PowerWorld này sẽ sử dụng phương pháp số để khảo sát ổn định.

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

8.3 CHƯƠNG TRÌNH POWERWORLD SIMULATOR 8.3.1 Giới thiệu 8.3.1 Giới thiệu

Phần mềm Powerworld cĩ cơng sức nghiên cứu và hỗ trợ xây dựng của các chuyên gia, các nhà khoa học trường đại học Illinois – Mỹ. Phần mềm cĩ những đặc điểm như sau:

 Phần mềm cĩ khả năng phân tích, tính tốn và thể hiện dịng cơng suất trên các sơ đồ đơn tuyến của các hệ thống điện lớn lên đến 60.000 nút.

Cho phép người sử dụng cĩ thể nhìn thấy đầy đủ sơ đồ đơn tuyến một cách sinh động và màu sắc, cĩ thể phĩng to, thu nhỏ.

Phần mềm cho phép ta đĩng cắt dễ dàng các đường dây, máy phát, tụ bù, tải… khi đang vận hành hệ thống điện cĩ nghĩa là cho phép người sử dụng vận hành trưc tuyến (online) sơ đồ đang vận hành.

Phần mềm cho phép chèn thêm hoặc bớt đi các đường dây truyền tải, máy phát điện, tụ bù… khi muốn chỉnh sửa để thiết lập nên một hệ thống điện mới theo một cách vận hành khác.

Phần mềm phân tích, tính tốn và điều khiển với các bảng kết quả, các đặc tuyến cho phép người sử dụng nắm vững được các đặc điểm của hệ thống, các vấn đề liên quan đến hệ thống, cũng như các tình huống cĩ thể xảy ra khi vận hành và điều khiển hệ thống, trên cơ sở này cĩ thể đề xuất các cách giải quyết sao cho hiệu quả nhất.

Phần mềm Powerworld cĩ thể hỗ trợ phân tích các bài tốn: Bài tốn phân bố trào lưu cơng suất trong hệ thống điện.

Bài tốn khảo sát và vận hành đường dây tải điện trên khơng trong hệ thống điện.

Bài tốn tính tốn ngắn mạch trong hệ thống điện. Bài tốn điều khiển tần số trong hệ thống điện. Bài tốn điều khiển điện áp trong hệ thống điện. Bài tốn giảm tổn thất cơng suất trong hệ thồng điện. Bài tốn điều phối kinh tế trong hệ thống điện.

Mơ phỏng động ổn định quá độ trong hệ thống điện.

Trong bài tốn giảm tổn thất cơng suất trong hệ thống điện bằng phương pháp cấu trúc lưới điện bằng phần mềm PowerWorld khơng cĩ khả năng tính tốn và xác định ra một cấu trúc tối ưu mà địi hỏi cần kết hợp thêm một phần mềm khác để xác định cấu trúc tối ưu với mục tiêu là giảm tổn thất cơng suất. Cũng như người vận hành cũng cĩ thể giảm tổn thất cơng suất bằng phương pháp bù cơng suất phản kháng và đối với phương pháp này PowerWorld cũng khơng thể xác định được một

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

cách chính xác dung lượng bù cũng như vị trí cần đặt tụ bù mà địi hỏi người sử dụng phải kết hợp thêm một phần mềm khác. Tuy nhiên, trong khuơn khổ đồ án này thì phần mềm PowerWorld được dùng để mơ phỏng ổn định quá độ trong nhà máy đang thiết kế nên ta cĩ thể dùng phần mềm PowerWorld để thực hiện bài tốn này.

Trong đồ án này, PowerWorld Simulator 17 là phiên bản mới nhất và khá đầy đủ về một hệ thống điện hồn chỉnh được dùng để mơ phỏng động.

Sơ lược các đối tượng trên sơ đồ như sau:

Thanh cái (Bus): là nơi mà các thiết bị như đường dây hoặc máy biến áp, máy phát, tải …nối vào. Trong đĩ:

+ Nút 1 đến nút 4: là các nút điện áp máy phát 10,5 kV. + Nút 5: là thanh gĩp điện áp trung 110 kV.

+ Nút 6: là thanh gĩp điện áp cao (220 kV). + Nút 7: là nút cân bằng (nút nối với hệ thống).

Đường dây và máy biến áp: thiết bị truyền tải cơng suất giữa các Bus. Trong đĩ các cuộn dây của máy biến áp 2 cuộn hoặc 3 cuộn dây được thể hiện bằng các màu khác nhau trên hình vẽ.

Nguồn (Generator): Nguồn phát cơng suất nối vào các nút 1, 2, 3, 4 và nút 7 của hệ thống.

Tải (Load): Chỉ cĩ tải phía trung và tự dùng nối vào các Bus máy phát điện. Máy cắt (là các chấm đỏ hình vuơng trên hình vẽ): thiết bị đĩng/cắt các thiết

bị đường dây, máy biến áp, máy phát, phụ tải…Ta cĩ thể đĩng cắt bất kì thiết bị nào đang hoạt động trên hệ thống khi cĩ sự cố hoặc để tính tốn ngắn mạch bằng cách kích chuột vào chấm đỏ đĩ.

Khi vẽ các thiết bị xong ta tiến hành nhập số liệu cho từng thiết bị, ví dụ như nhập số liệu cho máy phát điện hoặc máy biến áp tự ngẫu sẽ hiện lên bảng để nhập số liệu như sau:

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

Trong bảng nhập số liệu của máy biến áp tự ngẫu trên đây ta thấy được tính chính xác của phần mềm đĩ là ta cĩ tính tốn đến ΔS = ΔP + j.ΔQ để nhập số liệu 0 0 0 cho Gb và Bb mà tính tốn bằng tay ta đã bỏ qua:

Đối với MBA tự ngẫu:

Δ -3 -6 0 b 2 2 cdđ P 120.10 G = = = 2.10 (s) U 230 6 2 3 b b (pu) cb cb G G 2.10 .230 G = = = = 1,058.10 Y 1/Z 100    Δ 0 0 đmB -5 b 2 2 2 cdđ cdđ Q i %.S 0,5.250 B = = = =2,36.10 (s) U 100.U 100.230 b b (pu) cb cb B B B = = = 0, 0125 Y 1/Z 

(trong đĩ: U2cdđlà điện áp danh định của cuộn cao áp).

Ta nhập điện kháng giữa các cuộn dây vào phần mềm như sau: CH N cb C-H đmB U % S 32 100 X = . = . = 0,128 100 S 100 250 CT N cb C-T đmB U % S 11 100 X = . = . = 0,044 100 S 100 250 TH N cb T-H đmB U % S 20 100 X = . = . = 0,08 100 S 100 250

Với MBA 2 cuộn dây:

Δ -3 -6 0 b 2 2 cdđ P 100.10 G = = = 7.5610 (s) U 115 6 2 3 b b (pu) cb cb G G 7, 56.10 .115 G = = = = 1.10 Y 1/Z 100    -5 0 0 đmB b 2 2 2 cdđ cdđ Q i %.S 0,5.125 B = = = =4,73.10 (s) U 100.U 100.115  3 b b (pu) cb cb B B B = = = 6, 25.10 Y 1/Z  

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

GVHD: Ts.Nguyễn Đăng Toản SVTH: Hồng Đình Binh

8.3.2 Mơ hình thiết bị

Bảng 8-1: Thơng số động máy phát điện Thơng số Xd Xq X1 Xd’ Xq’