6.4.1. Giới thiệu
Trong phần này, các tác giả nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp tổng trở của mạng một cửa trong việc giám sát và phát hiện sớm sụp đổ điện áp. Về cơ bản, phương pháp này dựa trên các định luật Kirchhoff để xây dựng nên mạch điện một cửa Thevenin tương đương bao gồm một hệ thống kết nối với 1 nút tải. Trong đó, thơng số của mạch điện Thevenin được xây dựng dựa trên cấu trúc lưới điện và các giá trị đo lường của điện áp nút. Từ các thông số của mạng điện một cửa sẽ dùng để đánh gia ổn định điện áp thông qua chỉ số giới hạn truyền tải cơng suất. Giả sử có thể đẳng trị sơ đồ hệ thống điện về sơ đồ như Hình 6-3 Sơ đồ mạng 1 cửa xét tại nút k., với các tham số Eeq, Zeq, Uk và Pk.
8 PSS/E cịn cho phép mơ tả đáp ứng tăng tải dựa trên hằng số quán tính của máy phát. Tuy nhiên trong khuôn khổ của nghiên cứu này là tập trung vào các quá trình ổn định dài hạn, các tác giả không đi sâu vào nội dung này.
~
Eeq Zeq Uk
Pk
Hình 6-3 Sơ đồ mạng 1 cửa xét tại nút k.
Trong hình trên, nút k là nút tải được khảo sát, phần còn lại được đẳng trị thành một hệ thống có suất điện động Eeq và tổng trở thevenin Zeq. Theo lý thuyết mạch điện, công suất truyền tải tối đa tới nút tải trong mạch điện một của đạt được khi tổng trở thevenin bằng tổng trở phụ tải | Zload | = | Zthevenin |. Từ đó, ta tính được cơng suất cực đại truyền tải được tới nút phụ tải k là:
𝑆|𝐸𝑒𝑞| 2 .[|𝑍𝑒𝑞|−(𝑖𝑚𝑎𝑔(𝑍𝑒𝑞).𝑠𝑖𝑛 𝛿+𝑟𝑒𝑎𝑙(𝑍𝑒𝑞).𝑐os𝛿)] 2.|𝑖𝑚𝑎𝑔(𝑍𝑒𝑞).𝑐os𝛿−𝑟𝑒𝑎𝑙(𝑍𝑒𝑞).𝑠𝑖𝑛 𝛿|2 𝑚𝑎𝑥 (6.36) 𝑀𝑎𝑟𝑔𝑖𝑛𝑘 =𝑆max,k−𝑆𝐿𝑘 𝑆max,k . 100% c Trong đó:
▪ Smax: cơng suất biểu kiến truyền tải tối đa tới nút k. ▪ SLk: là công suất biểu kiến tại nút k.
▪ δ: góc tải tương ứng với hệ số công suất tại nút k. ▪ Margin: Độ dự trữ ổn định tại nút k.
Độ dự trữ của hệ thống chính là giá trị thấp nhất của độ dự trữ ổn định của các nút phụ tải trong hệ thống.
Marginhệ thống = Min{Margin1, Margin2,…, Marginn}. (6.37)
6.4.2. Tổng trở của mạng một cửa tương đương
Theo đề xuất của [44], một sơ đồ hệ thống điện bất kỳ có thể được mơ tả theo sơ đồ trên Hình 6-4. Trường hơp tổng quát, hệ thống được coi như bao gồm m máy phát, n nút tải.
Hình 6-4 Hình vẽ thu gọn mạng điện nhiều cửa
Theo lý thuyết mạch điện, hai định luật Kirchoff được mô tả dưới dạng ma trận như sau:
| −𝐼𝐿 0 𝐼𝐺 | = |𝑌|. | 𝑈𝐿 𝑈𝑇 𝑈𝐺 | = | 𝑌𝐿𝐿 𝑌𝐿𝑇 𝑌𝐿𝐺 𝑌𝑇𝐿 𝑌𝑇𝑇 𝑌𝑇𝐺 𝑌𝐺𝐿 𝑌𝐺𝑇 𝑌𝐺𝐺 | . | 𝑈𝐿 𝑈𝑇 𝑈𝐺 | (6.38) trong đó: ▪ Y: là ma trận tổng dẫn của hệ thống. ▪ U, I là điện áp và dòng điện nút.
▪ “L”, “G”, “T” là các ký hiệu tương ứng với nút tải, nút máy phát, nút trung gian (các nút khơng có phụ tải, cũng khơng có máy phát).
Bằng cách loại trừ các nút trung gian – khơng có nguồn và phụ tải, phương trình dạng ma trận trên được biến đổi thành các phương trình như sau:
𝑈𝐿 = 𝐾. 𝑈𝐺− 𝑍𝐿𝐿. 𝐼𝐿 (6.39)
𝑍𝐿𝐿 = (𝑌𝐿𝐿− 𝑌𝐿𝑇. 𝑌𝑇𝑇−1. 𝑌𝑇𝐿)−1
(6.40)
𝐾 = 𝑍𝐿𝐿. (𝑌𝐿𝑇. 𝑌𝑇𝑇−1. 𝑌𝑇𝐺 − 𝑌𝐿𝐺) (6.41)
Trong các phương trình trên, K là ma trận có kích thước n x m và được thiết lập từ các thành phần của ma trận tổng dẫn Y; ZLL là ma trận tổng trở có kích cỡ n x n.
Từ các phương trình trên ta có:
𝑈𝐿𝑗 = 𝐸𝑒𝑞𝑗− 𝑍𝑒𝑞𝑗. 𝐿𝐿𝑗 (6.42)
𝑍𝑒𝑞𝑗 = 𝑍𝐿𝐿𝑗𝑗 (6.43)
𝐸𝑒𝑞𝑗= |𝐾. 𝑈𝐺|𝑗− ∑𝑖=1,𝑖#𝑗𝑛 𝑍𝐿𝐿𝑗𝑖. 𝐼𝐿𝑖 (6.44) Các phương trình (6.42)-(6.44) dùng để xác định giá trị của điện áp đẳng trị Thevenin và tổng trở tương đương Thevenin cho mạch điện 1 cửa xét tại nút phụ tải j. Sau đó, sử dụng công thức (6.36)-(6.37) để xác định công suất truyền tải tối đa và độ dự trữ ổn định cho nút j. Tương tự khảo sát toàn bộ các nút phụ tải trên toàn hệ thống (hoặc các nút được quan tâm) để xác định độ dự trữ của hệ thống. Từ (6.37) sẽ xác định được được độ dự trữ ổn định của hệ thống điện.
Với cách tiếp cận như trình bày ở trên, có thể giám sát tình trạng làm việc của hệ thống điện thông qua các thông số của các mạng một cửa. Khi tình trạng làm việc của hệ thống trở nên kém ổn định, công suất cực đại và điện áp Thevenin sẽ có xu hướng giảm.