Sự cố tan rã HTĐ thƣờng xuất hiện khi các sự cố xảy ra liên tiếp, có liên quan với nhau, nhƣng nếu các sự cố này xảy ra riêng rẽ thì hồn tồn có thể khắc phục đƣợc. Các nguyên nhân dẫn đến sự cố có thể bắt nguồn từ giai đoạn lập quy hoạch và thiết kế các chế độ vận hành hiện hành. Để ngăn chặn các sự cố tan rã HTĐ trong tƣơng lai, một số khuyến cáo trên thế giới đƣợc trích ra từ các tài liệu tham khảo [13], [30], [31]:
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 45
a. Trong giai đoạn này, dự báo phụ tải nên đƣợc điều tra và nghiên cứu cẩn thận để dự đoán các xu hƣớng tăng tải, và khả năng tải tăng tối đa. Từ đó tính tốn thời gian cần xây dựng các đƣờng dây truyền tải mới, hoặc nhà máy điện mới…
b. Thực tế là, việc phân tích tất cả các kịch bản sự cố có thể xảy ra trong HTĐ là khơng thể, do đó, cần đặc biệt quan tâm đến các sự cố ngẫu nhiên có xác suất xảy ra cao nhất. Mơ hình chính xác của các thành phần HTĐ nên đƣợc sử dụng để phân tích các sự cố ngẫu nhiên và hiện tƣợng trong HTĐ.
c. Việc nghiên cứu qui hoạch bình thƣờng thƣờng khơng thể nắm bắt tất cả các kịch bản có thể xảy ra và dẫn đến tình trạng tan rã HTĐ, do nhiều nguyên khác nhau, và do việc vận hành HTĐ. Trong một sự cố tan rã HTĐ vừa qua, chỉ tiêu an ninh "N-1" rõ ràng là không đủ để cứu vãn HTĐ. Do đó, các tiêu chuẩn an ninh mới dựa trên tiêu chí N- m (m ≥ 2 hoặc 3) cần đƣợc áp dụng để đảm bảo rằng HTĐ phải chịu đƣợc tình trạng mất một số phần tử trong HTĐ.
d. Việc áp dụng các thiết bị điều khiển tự động nhƣ là thiết bị tự động điều chỉnh điện áp, bộ ổn định công suất … cần phải đƣợc bắt buộc đối với các MPĐ.
e. Các bài học kinh nghiệm từ những sai lầm trong quá khứ phải đƣợc kết hợp vào các kịch bản mới cũng nhƣ sử dụng những kinh nghiệm đã đúc kết đƣợc để giúp phát triển công nghệ mới và cải tiến cho các hệ thống điều khiển và giám sát.
2. Công tác bảo trì:
a. Những nâng cấp các trạm biến áp hiện có và các thiết bị khác thơng qua sửa chữa và thay thế các thiết bị quan trọng là cơng việc cần thiết để phịng ngừa và ngăn chặn sự cố. Việc phát quang hành lang tuyến cũng phải đƣợc thực hiện thƣờng xuyên nhƣ là một biện
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 46
pháp phòng ngừa sự cố (đặc biệt là phóng điện từ dây dẫn vào cây cối).
b. Các thiết bị giám sát, điều khiển nên đƣợc kiểm tra thƣờng xuyên nhằm phát hiện sớm những sự cố xảy ra.
c. Các chƣơng trình đào tạo cho các kỹ sƣ vận hành HTĐ và các nhân viên là hết sức quan trọng và cần đƣợc khuyến khích thực hiện. Các kỹ sƣ vận hành cần phải có đủ trình độ để họ có thể nắm bắt đƣợc các tình trạng nguy hiểm và từ đó đƣa ra các biện pháp đúng đắn và kịp thời.
3. Các vấn đề liên quan đến vận hành HTĐ:
a. Bảo đảm độ tin cậy, tính dự phịng của các thiết bị điều khiển từ xa và thông tin liên lạc.
b. Nâng cao khả năng ghi nhớ, đặc biệt là trong việc thiếp lập sự đồng bộ hóa về thời gian.
c. Thiết lập các yêu cầu về việc báo cáo các gói dữ liệu đƣợc xác định trƣớc, và tiêu chuẩn hóa việc định dạng dữ liệu.
d. Những ngƣời vận hành và các trung tâm điều khiển HTĐ cần có tinh thần trách nhiệm và hợp tác để có những quyết định cấp thiết và chính xác.
4. Giám sát sự cố [31]:
Để tạo điều kiện tìm hiểu biết tốt hơn các nguyên nhân gây ra tan rã HTĐ và phân tích đầy đủ sau sự cố, cần phải có cả việc phân tích và giám sát các sự cố. Công việc này đã dẫn đến sự phát triển của khái niệm “hệ thống đo lƣờng diện rộng” (WAMS)
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 47
a. Tinh chỉnh quá trình nhập, phân tích và báo dữ liệu WAMS. Điều này cũng phải bao gồm việc phát triển nhân viên và các nguồn lực.
b. Thiết lập một Website WAMS để cho phép tự do trao đổi WAMS dữ liệu, tài liệu, và phần mềm và do đó thúc đẩy phát triển nó. c. Mở rộng việc sƣu tập các sự kiện chuẩn và tín hiệu động để
xác định một dải những chế độ làm bình thƣờng của hệ thống.
d. Thực hiện các nghiên cứu liên quan đến khả năng xử lý của hệ thống giám sát.
e. Sử dụng đầy đủ các khả năng thƣờng có sẵn trong HVDC và / hoặc thiết bị FACTS để trực tiếp kiểm tra phản ứng hệ thống để kiểm tra đầu vào.
f. Tự động thực hiện các báo cáo sự cố.
Nhanh chóng khơi phục hệ thống là vơ cùng quan trọng để giảm thiểu những ảnh hƣởng của sự cố tan rã HTĐ. Do đó, các biện pháp phải đƣợc nghiên cứu để đo lƣờng và giảm thời gian phục hồi HTĐ. Các kỹ sƣ vận hành phải đƣợc đào tạo, bồi dƣỡng thƣờng xuyên và thực tập sống trong việc phục hồi hệ thống để đảm bảo rằng họ quen thuộc với các thủ tục phục hồi và có kỹ năng thực hành tốt nhất.
2.4 KẾT LUẬN
Trong chƣơng này, những phân tích cơ bản về các sự cố tan rã HTĐ gần đây trên thế giới đã đƣợc thảo luận tóm tắt. Những hiện tƣợng của các sự cố tan rã HTĐ có liên hệ với nhau rất phức tạp và dạng hiện tƣợng là không giống nhau. Những hậu quả của các sự cố tan rã HTĐ là rất lớn cả về an toàn HTĐ và quan điểm kinh tế.
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến các sự cố tan rã HTĐ. Các nguyên nhân có thể bắt nguồn từ giai đoạn lập quy hoạch và thiết kế, các lỗi trong quá trình vận
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 48
hành HTĐ, quá trình bảo dƣỡng thiết bị, hoặc từ các nguyên nhân khách quan khác, nhƣ sự hƣ hỏng bất thƣờng của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lƣợng - ESM, hệ thống đánh giá trạng thái - SE và hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian thực.
Các cơ chế xảy ra sự cố tan rã HTĐ đã đƣợc trình bày trong luận văn. Các sự cố tan rã là kết quả của một chuỗi những biến cố nhƣ: bắt đầu với các điều kiện tải bất lợi, khơng đủ dự phịng cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng, với một sự cố bất thƣờng cực kỳ nguy kịch dẫn đến HTĐ rơi vào tình trạng nguy hiểm. Việc thiếu biện pháp ngăn chặn và phối hợp giữa các trung tâm vận hành HTĐ, cùng với sự tác động sai của các thiết bị bảo vệ có thể làm cho tình trạng của HTĐ trở lên xấu hơn. Một vài lỗi của các nhà vận hành HTĐ đôi khi làm cho sự cố nghiêm trọng hơn. Việc thiếu các biện pháp điều khiển trong tình huống nguy kịch là giai đoạn cuối cùng dẫn đến sự tan rã HTĐ.
Trong luận văn này, chúng tôi tập trung vào phân tích về ổn định góc. Một số định nghĩa có liên quan đến ổn định quá độ, các phƣơng pháp nghiên cứu và cải thiện ổn định góc rotor cũng đƣợc thảo luận trong chƣơng này.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 49
CHƢƠNG III:
NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ PSS VÀ SVC
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Nhƣ đã phân tích ở trên, nguyên nhân chính của vấn đề mất ổn định góc rotor máy phát điện là do thiếu mômen cản dao động và hiện tƣợng dao động công suất trong HTĐ. Do đó để nâng cao ổn định góc rotor cần phải đặt thiết bị cung cấp mô men cản dao động và thiết bị chống dao động công suất vào HTĐ. Sử dụng thiết bị PSS và thiết bị FACTS- SVC là một trong những phƣơng pháp có hiệu quả nhất để nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện trong HTĐ.
3.2 THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT – POWER SYSTEM STABILIZER- PSS
3.2.1 Mơ hình thiết bị PSS
Cấu trúc một hệ thống kích từ điển hình đƣợc mơ tả nhƣ hình vẽ:
Hình vẽ III-1: Sơ đồ điển hình về hệ thống kích từ Bộ điều chỉnh Bộ điều chỉnh
AVR
Máy kích từ
Bộ biến đổi điện áp đầu cực và bộ bù tải Bộ ổn định (PSS) Bộ hạn chế và bảo vệ Hệ thống điện MÁY PHÁT
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 50
Chức năng của máy kích từ: Cung cấp dịng một chiều cho cuộn dây tạo từ trƣờng của máy điện đồng bộ, tạo nên cơng suất của hệ thống kích từ.
Bộ điều chỉnh điện áp (AVR): Xử lý và khuyếch đại tín hiệu điều khiển đầu vào là điện áp đầu cực máy phát để tạo ra cách thức thích hợp nhằm điều khiển bộ kích từ.
Bộ cảm biến điện áp đầu cực và bộ bù tải: Cảm nhận điện áp ra đầu cực máy phát, Chỉnh lƣu và lọc nó thành điện một chiều, so sánh nó với một trị chuẩn (trị số đặt) là điện áp đầu ra máy phát mong muốn.
Bộ ổn định hệ thống công suất (PSS): Cung cấp thêm một tín hiệu đầu vào để hạn chế dao động cơng suất của hệ thống. Những tín hiệu ở ngõ vào thƣờng dùng là độ lệch tốc độ rôto, sự tăng công suất và độ lệch tần số.
Bộ hạn chế và bảo vệ: Đảm bảo khả năng của bộ kích từ và máy phát đồng bộ khơng vƣợt q giới hạn.
Mơ hình ví dụ về PSS đƣợc Kundur mơ tả nhƣ trong hình vẽ
Hình vẽ III-2: Sơ đồ một hệ thống kích từ đơn giản với thiết bị AVR và PSS 1 1 1sTR KA 1 w w sT sT 1 2 1 1 sT sT STAB K (3) (4) (5) (1) (2) Vref Efd Et ∆ω r v1 - + + v2 vs
Khuếch đại Lọc cao tần Khối bù pha Bộ chuyển đổi điện áp đầu cuối
Máy kích thích
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 51
Trong đó PSS gồm 3 khối sau:
Khối bù pha (phase compensation (5)): cung cấp đặc tính sớm pha tƣơng thích để bù sự trễ pha giữa đầu vào bộ kích từ và mơ men điện từ máy phát (khe hở khơng khí). Thơng thƣờng, dải tần số cần xem xét là 0,1÷0,2 Hz và hệ thống sớm pha nên cung cấp bù vƣợt quá dải tần số này. Đặc tính pha để bù thƣờng thay đổi theo điều kiện hệ thống. Do đó có thể chấp nhận một đặc tính với điều kiện hệ thống khác nhau. Nói chung sự bù thiếu là thích hợp, vì PSS ngồi việc tăng đáng kể momen cản dao động còn làm tăng nhẹ memon đồng bộ
Khối lọc cao tần (signal washout 4) với hằng số thời gian TW đủ lớn để cho phép tín hiệu ghép nối với dao động trong bộ lọc cao tần không thay đổi. Khơng có nó những thay đổi ổn định về tốc độ sẽ dẫn đến thay đổi điện áp đầu cuối. Nó cho phép PSS đáp ứng duy nhất về thay đổi tốc độ. Từ những quan điểm về chức năng bộ lọc, giá trị của TW khơng bị giới hạn và có thể trong dải từ 1÷20s. Việc xem xét chính là nó có đủ dài để vƣợt qua tín hiệu ổn định ở các tần số khác nhau, nhƣng khơng vì thế nó dẫn đến sự sai lệch điện áp máy phát không mong muốn trong hệ thống cô lập.
Khối khuếch đại ổn định (stabilizer gain 3) KSTAB để khuếch đại tín hiệu, và xác định giá trị của các momen cản đƣợc đƣa vào bởi hệ thống kích từ chính. Lý tƣởng, khối khuếch đại thiết lập tại một giá trị tƣơng ứng với giá trị cản lớn nhất. Tuy nhiên, nó thƣờng bị giới hạn bởi các điều kiện khác.