ỔN ĐỊNH TĨNH
2.1. Các chỉ tiêu đánh giá giới hạn khả năng tải của lưới theo điều kiện ổn
định tĩnh
2.1.1. Đặt vấn đề
Việc đánh giá được giới hạn khả năng tải của hiện trạng hệ thống có vai trò hết sức quan trọng trong thực tế vận hành. Bên cạnh đó, các kết quả đánh giá khả năng tải theo những kịch bản khác nhau cũng cho ta biết được những yếu tố ảnh hưởng chính đến khả năng mất ổn định của hệ thống, từ đó giúp ta có các biện pháp khắc phục trong vận hành, trong thiết kế hay cả trong quy hoạch.
Chương 2 của luận văn đặt mục tiêu tìm hiểu các chỉ tiêu đánh giá khả năng tải công suất của HTĐ. Từ đó lựa chọn, đề xuất các chỉ tiêu thích hợp để áp dụng hiệu quả trong công tác quản lý và vận hành HTĐ nói chung cũng như lưới điện truyền tải 500kV Việt Nam nói riêng.
Cũng do đặc thù, ở các HTĐ phức tạp, các đường dây liên lạc đóng vai trò bảo đảm công suất giữa các khu vực thường có chiều dài khá lớn, giới hạn truyền tải công suất như đã phân tích trong chương 1 gắn liền với khả năng ổn định tĩnh của hệ thống. Khả năng ổn định tĩnh lại được quyết định chủ yếu bởi độ dự trữ làm việc ổn định của hệ thống trong đó việc xác định chế độ giới hạn có tính then chốt. Chúng ta có thể tìm giới hạn này bằng cách tìm nghiệm hệ PTVP mô tả quá trình của hệ thống. Sau đó căn cứ vào nghiệm này để tìm ra giới hạn ổn định. Tuy nhiên, đối với các HTĐ lớn thì hệ PTVP cũng vô cùng phức tạp. Việc giải nó rất khó và đòi hỏi một khối lượng tính toán rất lớn. Hơn nữa, khi đã có nghiệm, việc quan sát sự thay đổi các nghiệm để tìm giới hạn ổn định cũng vô cùng khó khăn bởi quá
trình tiến tới giới hạn, tốc độ di chuyển toạ độ của các nghiệm trên mặt phẳng phức không giống nhau, nghiệm gần nhất lại luôn bị hoán đổi (hình 2.1). Do những khó khăn đó mà cho đến nay người ta luôn tìm cách áp dụng các tiêu chuẩn gần đúng, thực dụng để đánh giá nhanh giới hạn làm việc của hệ thống.
Hình 2.1: Chuyển động của nghiệm PTĐT trong mặt phẳng phức
2.1.2. Một số chỉ tiêu chủ yếu đang được ứng dụng a) Hệ số dự trữ a) Hệ số dự trữ
Hệ số dự trữ ổn định là chỉ tiêu được áp dụng phổ biến nhất do tính đơn giản của nó. Về nguyên tắc hệ số dự trữ có thể tính theo thông số quan sát bất kỳ ([2], [5]), tuy nhiên hai thông số chính thường được tính toán là công suất tác dụng và điện áp: gh 0 P 0 P - P k = 100% P (2.1) 0 gh U 0 U - U k = 100% U +j +1 0
Pgh
1'
Trong đó: Pgh, P0 là công suất hệ thống ở chế độ giới hạn và chế độ hiện tại; Ugh, U0 là điện áp nút ở chế độ giới hạn và chế độ hiện tại.
Ở các HTĐ đơn giản thì hệ số dự trữ ổn định rất tiện dùng và có ý nghĩa rất rõ ràng. Ví dụ như với hệ thống có một máy phát phát công suất lên thanh cái điện áp không đổi (có 1 bậc tự do), giới hạn công suất phát lên hệ thống tính được tương ứng với góc truyền tải δ=90º và hệ số dự trữ k=(Pgh-P0)/P0.100%. Song với HTĐ phức tạp, thì việc tính toán hệ số dự trữ ổn định lại khá khó khăn, hơn nữa khái niệm về độ dự trữ ổn định cũng không còn ý nghĩa chặt chẽ trong việc thể hiện mức độ ổn định hệ thống. Chẳng hạn, với HTĐ một máy phát, có thanh cái điện áp không đổi nhưng thiếu công suất (cần nhận về cho phụ tải phía máy phát), độ dự trữ ổn định tính theo công suất tác dụng chưa đủ để đặc trưng cho độ tin cậy ổn định. Đó là vì trong trường hợp này giới hạn công suất tác dụng truyền tải phụ thuộc vào công suất phản kháng truyền kèm theo. Đặc trưng của sự ổn định lúc này là một miền trên mặt phẳng công suất (P, Q – hình 2.2). Để xác định hệ số dự trữ cần giả thiết hệ thống biến thiên theo một kịch bản nào đó, ví dụ như trong kịch bản điển hình, phụ tải được tăng dần với cosφ được giữ nguyên như cosφ ban đầu, đường đi đến giới hạn ổn định là đường 1, còn trong kịch bản nguy hiểm nhất phụ tải sẽ thay đổi sao cho đường đi đến giới hạn ổn định là đường 2 (đường ngắn nhất).
Hình 2.2: Miền ổn định và một số kịch bản đi tới giới hạn ổn định P Q0 Qh Q 0 P''gh P0 Ph P'gh 1 1'' 2
Tuy nhiên, ở HTĐ phức tạp thì dù đã xác định được một kịch bản làm biến thiên thông số chế độ cũng chưa đủ để giải quyết vấn đề với một hệ số dự trữ độ ổn định, bởi nó không đủ tin cậy. Điều này có thể dễ thấy như ở kịch bản nguy hiểm nhất, hệ thống tiến đến giới hạn theo đường 2. Ở trường hợp này, hệ số dự trữ theo P rất thấp, nhưng thực tế sự biến thiên thông số P không phải là nguy hiểm. Ngược lại biến thiên công suất phản kháng Q nguy hiểm hơn vì biến thiên nhanh hơn.
Do vậy, để đánh giá mức độ ổn định của HTĐ phức tạp, người ta cần tính các hệ số dự trữ theo nhiều kịch bản khác nhau, đồng thời ở mỗi kịch bản hệ số dự trữ lại được tính theo nhiều thông số, tạo thành một vec-tơ các hệ số dự trữ. Và cũng vì các hệ số dự trữ được tính theo các thông số có thứ nguyên khác nhau nên cần quy đổi về chuẩn. Trong [14], định nghĩa vector hệ số dự trữ được quy đổi như sau:
K = [kj] = [k1, k2,..., kj] (2.2) Với: gh j 0 j j 0 j Pđm P - P k = 100%; j=1,2,...,J' P .k (2.3) gh j 0 j j 0 j Uđm U - U k = 100%; j=J'+1, J'+2, ..., J. U .k
Trong đó: 1, 2, ..., J' - các nút có thông số thay là công suất tác dụng. J'+1, J'+2, ..., J - các nút có thông số thay đổi là điện áp.
Sau khi tính được vector hệ số dự trữ như trên, để đánh giá độ tin cậy ổn định ta có thể sử dụng một trong các chỉ tiêu tổng hợp sau:
I j K = max k ; j=1,2,...,J (2.4) J II j j=1 K = k ; j J 2 III j=1 K = k
Thực tế người ta hay dùng chỉ tiêu KI . Điều kiện cần đảm bảo độ tin cậy ổn định cho hệ thống là: KI ≥ 1. KI có thể giải thích theo nghĩa: trong 1 kịch bản làm nặng chế độ chính thông số có kj lớn mới là thông số nguy hiểm do tốc độ biến thiên nhanh. Do vậy khảo sát sự ổn định của thông số này sẽ đảm bảo sự ổn định ở tất cả các thông số còn lại trong hệ thống.
Mặc dù vậy, việc sử dụng chỉ tiêu hệ số dự trữ trong HTĐ phức tạp vẫn còn rất nhiều nhược điểm. Ngoài việc phải tính toán nhiều, ý nghĩa đặc trưng cho độ tin cậy ổn định cũng không thật sự rõ ràng. Các ứng dụng của hệ số dự trữ ổn định chủ yếu vẫn chỉ giới hạn trong các sơ đồ đơn giản.