ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TS NGUYỄN ĐĂNG TOẢN Khoa Hệ Thống Điện Đại học Điện Lực Các câu hỏi         Thế ổn định điện áp Phân biệt ổn định góc (tính chất đồng hóa)? Các loại ổn định điện áp, khoảng thời gian? Vai trò việc truyền tải công suất tác dụng phản kháng nào? Hiện tượng động hay tĩnh (static or dynamic)? Các yếu tố ảnh hưởng Ví dụ mô sụp đổ điện áp Các biện pháp nâng cao ổn định áp 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 1.1 Thế ổn định điện áp   Ổn định điện áp liên quan đến ổn định tải (load stability) Theo định nghĩa IEEE/CIGRÉ   Ổn định điện áp:Là khả htđ trì mô đun điện áp nút khoảng giới hạn cho phép sau trải qua kích động Một tải nối với HTĐ qua đường dây đơn, liên quan trực tiếp đến ổn định điện áp TG Vô lớn  Q Tải Ổn định góc liên quan đến đồng MPĐ TG Vô lớn NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 8/9/2012 1.1 Thế ổn định điện áp  So sánh ổn định góc rô to ổn định điện áp    Khoảng thời gian xảy ổn định điện áp    Nghiên cứu ổn định góc MPĐ nghiên cứu khả dẫn đến đồng MPĐ dựa phương trình chuyển động MPĐ Nghiên cứu ổn định điện áp liên quan đến sụp đổ điện áp giả thiết MPĐ giữ trạng thái đồng Ngắn hạn Dài hạn Thông thường vùng tải, sau lan rộng ra, dẫn đến điện diện rộng 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN Cơ chế xảy ổn định điện áp  Một phần HTĐ mang tải nặng, điện áp giảm thấp, số đường dây/MPĐ bị cắt ra:       Điện áp bị suy giảm Các phụ tải “nhạy” với thay đổi điện áp giảm giá trị, HTĐ ổn định trở lại Nếu đường dây bị ngắn mạch, làm cho Động điện giảm tốc độ cần nhiều công suất phản kháng, dẫn đến tượng tự dừng Các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp cố gắng khôi phục lại giá trị phụ tải giá trị điện áp bình thường Việc khôi phục lại phụ tải lại làm cho HTĐ bị tải hơn, dẫn đến điện áp ổn định sụp đổ Vậy: ổn định điện áp liên hệ chặt chẽ với ổn định tải, cân tải khả dự trữ công suất phản kháng nguồn 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN Cơ chế xảy ổn định điện áp thời tiết Cắt tải Mất ổn định góc Nặng Tải P Q Sự đồng đ/d G Cắt MPĐ,đ/dây thiếu Q Mất ổn định Tần số Tan rã HTĐ Sự cố Nguy hiểm G Max Q Quá tải G line V? V thấp Max tap V giảm Tổn thất Q đ/d dài G Tải 8/9/2012 Mất ổn định Điện áp V Sụp đổ điện áp Q? HTĐ Mất đồng G line Dao động P NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 1.3 Ổn định điện áp khoảng ngắn hạn  Khoảng thời gian ngắn hạn liên quan đến động điện, đặc biệt tải điều hòa, bơm nhiệt…      8/9/2012 NM làm giảm tốc độ ĐCĐ điều hòa, yêu cầu dòng điện lớn để mở máy ĐCĐ Các ĐCĐ bị dừng, làm giảm trình phục hồi điện áp nhanh sau NM bị loại trừ Các động máy nén khí bị cắt sau vài giây nhiệt sau bị dừng Sự ổn định điện áp diễn sau vài giây Nhắc lại đặc tính động điện, NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 1.3 Ổn định điện áp khoảng ngắn hạn  Mô men ĐCĐ tỉ lệ với bình phương điện áp  Đặc tính Mômen-Tốc độ cho động công suất mã lực, pha, động máy nén khí điều hòa không khí 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 1.3 Ổn định điện áp khoảng ngắn hạn  Ổn định điện áp ngắn hạn: Vùng Phoenix  Điện áp giảm 58,4V khoảng thời gian 15,8s ngưỡng ( nguồn: John A Diaz de Leon II – Understanding and Solving  Short-Term Voltage Stability Problems http://b-dig.iie.org.mx/BibDig/P03-0999/DATA/39_01.PDF ) 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 10 1.3 Ổn định điện áp khoảng ngắn hạn  Lượng công suất phản kháng tăng vọt 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 11 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 12 1.4 Ổn định điện áp khoảng dài hạn  Sự ổn định điện áp khoảng thời gian dài chủ yếu liên quan đến vận hành thiết bị điều khiển điện áp như: ULTC (OLTC, LTC), OEL   8/9/2012 Các thiết bị cố gắng phôi phục lại điện áp tải nhạy điện áp Thời gian thường từ vài chục giây đến, vài chục phút NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 13 1.4 Ổn định điện áp khoảng dài hạn  Mất ổn định điện áp khoảng thời gian dài có nguyên nhân từ loại tải không phụ thuộc điện áp phụ tải nhiệt    Nếu mô tả chi tiết mô hình tải, mà thay S=P+JQ cần thêm công suất phản kháng điện áp thấp Khoảng thời gian cỡ vài chục phút Sự khôi phục tải dẫn đến tải công suất phản kháng máy phát điện  8/9/2012 Các thiết bị giới hạn kích từ tác động để đưa dòng điện kích từ giá trị định mức NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 14 1.4 Ổn định điện áp khoảng dài hạn        Sự cố tan rã htđ Sweden/Denmark 23/9/2003 Trong HTĐ Sweden, đ/d 400kV tổ máy NMĐ hạt nhân bị cắt cho mục đích bảo dưỡng Lúc 12h30, tổ máy 1200MW miền nam Sweden Lúc 12h35, cố góp kép TBA miền nam Sweden làm tổ máy nhà máy điện hạt nhân khác, 900MW Sảy sụp đổ điện áp sau 97s sau Mất điện vùng nam Sweden đông Denmark Sa thải phụ tải: 4700MW Sweden 1850MW Denmark 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 15 1.4 Ổn định điện áp khoảng dài hạn Phía 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 16 1.4 Ổn định điện áp khoảng dài hạn NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 8/9/2012 17 1.5 Ổn định điện áp HTĐ đơn giản  Xét HTĐ đơn giản có sơ đồ thay pha hình vẽ:   Z  R  jX  Y  G  jB (B  0) S 12  P12  jQ12  R=0, Z=jX, => Y=1/Z = -jB Nút V1 Nút I + V2 V1 Z=R+jX V2 ~ _ _ S12 8/9/2012 + NGUYÊN ĐĂNG TOẢN SD=-S21 18 1.5 Ổn định điện áp HTĐ đơn giản  Khai triển ta có P12 | V1 |2 G  | V1 || V2 | G cos(1   ) | V1 || V2 | B sin( 1   ) Q12 | V1 |2 B | V1 || V2 | B cos(1   ) | V1 || V2 | G sin(1   )  Giả sử đường dây không tổn thất, R=0 hay G=0 P12 | V1 || V2 | B sin(1   ) Q12 | V1 |2 B | V1 || V2 | B cos(1   ) 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 19 1.5 Ổn định điện áp HTĐ đơn giản  Giả sử rằng: 12=1-20, sin12  12 , cos12  P12 | V1 || V2 | B(12 ) Q12 | V1 | B| V1 |  | V2 |   C/s tác dụng P phụ thuộc góc công suất 12 và,c/s tác dụng chạy từ nơi góc lớn nơi góc nhỏ C/s phản kháng Q phụ thuộc vào mô đun điện áp chạy từ nơi có điện áp cao nơi có điện áp thấp 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 20 10 1.8 Mô hình tải    Ảnh hưởng phụ tải: Hiểu ảnh hưởng thành phần phụ tải đến ổn định điện áp cần hiểu hai khái niệm: Sự ổn định áp giảm phụ tải giảm Vì I giảm giảm tổn thất I2X hệ thống truyền tải Vì ổn định điện áp dẫn đến giảm điện áp, để giảm nguy ổn định điện áp cần phải giảm tải mà điện áp giảm thấp    Z không đổi (p1): Tốt điện áp tải giảm tải giảm theo bình phương điện áp tải I không đổi (p2) : Bình thường điện áp tải giảm tải giảm theo điện áp P không đổi (p3): Nguy hiểm điện áp tải giảm, tải không thay đổi NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 8/9/2012 39 1.8 Mô hình tải   Động điện dừng động ĐC 3pha chiếm tỉ lệ lớn tổng tải, đáp ứng tải ĐC với thay đổi điện áp quan trọng Xét sơ đồ thay pha Đ/c điện hình vẽ: Za=R1+jX1 V1 8/9/2012 X’2 Zb= Rc//jXm NGUYÊN ĐĂNG TOẢN I’2 R’2+R’2(1-s)/s =R’2 / s 40 20 1.8 Mô hình tải  Dòng điện là: Với    Vth  V1 I '2  Zb Za  Z b Vth Z th  (R '2 / s)  jX '2 Z th  Z a // Z b  Za Z b Za  Zb đ/k bình thường, hệ số trượt nhỏ R’2/s >> R’2, I’2 có giá trị nhỏ Khi V1 giảm, mô men điện từ sinh giảm, làm đ/c giảm tốc độ Khi Đ/c dừng quay, s=1, dẫn đến R’2/s = R’2 Do dòng điện I’2 lớn nhiều so với tình trạng làm việc bình thường VÌ X1 X’2 Đ/C, dòng điện “dừng” đ/c lớn, nên coi Đ/c phụ tải công suất phản kháng lớn 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 41 1.9 MBA với ULTC     Vì ULTC dùng để điều chỉnh điện áp phía phụ tải, điện áp cao áp giảm, điện áp phía tải không thay đổi Do chế độ xác lập cho dù tải phía hạ áp Z không đổi phía cao áp coi tải P không đổi Có hai tiêu chuẩn Khi điện áp giảm thấp với tốc độ nhanh phía hạ áp giảm điện áp đủ thấp Đ/C dừng quay dẫn đến giảm tức thời phụ tải (vì ULTC thường tác động khoảng thời gian cỡ vài phút- ULTC không kịp điều chỉnh) Nếu ULTC đạt đến giá trị giới hạn (đầu phân áp nhỏ nhất),thì điện áp phía hạ áp bắt đầu giảm thấp, lúc cần phải mô hình nhạy phụ tải theo điện áp 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 42 21 1.9 MBA với ULTC V1 t đơn vị tương đối  HV V1 V1/t LV Trong hệ đvtđ, tỉ số là: t:1      t:1 Trong đó: t thay đổi từ 0,85-1,15 pu Mỗi bước thay đổi từ 0,005 pu (thông thường 5/8%=0,00625) Thời gian dịch chuyển bước khoảng 5s Có khoảng thời gian trễ từ 2-3 lần khoảng thời gian dịch chuyển để tránh ULTC dịch chuyển nhiều Trong điều kiện điện áp thấp phía cao áp ULTC giảm tỉ số t để tăng tỉ số V1/t= V2 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 43 1.9 MBA với ULTC  Mô hình điều áp tải (IEEE model) 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 44 22 1.10 Đặc tính làm việc MPĐ OXL  Đặc tính làm việc MPĐ Giới hạn kích từ giới hạn nhiệt Do tác dụng giới hạn kích từ If Q Qmax Giới hạn dòng điện phần ứng giới hạn nhiệt phần ứng, tác dụng điều khiển P If Gía trị xấp xỉ dùng để tính LF P Qmin Giới hạn ổn định tĩnh (giá trị điện áp đầu cực nhỏ E dẫn đến |E||V|Bsin nhỏ), giới hạn nhiệt stator dòng điện xoáy 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 45 1.10 Đặc tính làm việc MPĐ OXL    Sự ổn định điện áp có nguyên nhân từ việc MPĐ đạt đến giới hạn phát công suất phản kháng Các chương trình tính toán LF thường mô tả MPĐ với Qmax cố định Thực Qmax không cố định Đường đặc tính Q Qmax hàm P bị giới hạn P tăng Qmax thiết lập theo giới hạn kích từ (Over-eXcitation Limiter (OXL-OEL) Dòng điện kích từ có giá trị chế độ xác lập If2 max Từ đặt giá trị giới hạn Vì nhiệt tỉ lệ với  I f dt , t tai      Các OXL thường đặt thời gian hàm tỉ lệ nghịch với tỉ lệ If/Iđm Khi OXL tác động để giới hạn If, 2.0 Đặc tính OXL MPĐ tăng thêm Q If Do vẽ đặc tính PV hay QV, Iđm có giảm đột ngột đường cong 1.0 10 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 120 Thời gian tải (sec)  46 23 1.10 Đặc tính làm việc MPĐ OXL  Ảnh hưởng OXL đường cong PV Khi MPĐ đạt đến giới hạn Q |V|  Khi giới hạn Q o P (tải) NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 8/9/2012 47 1.11 Khi đường dây truyền tải  So sánh tổn thất Q không đ/d truyền tải I/2 I X I/2 X Q=(I/2)2X+ (I/2)2X=I2X/2  P P Q=I2X Ý nghĩa: Việc mạch đường dây làm tăng tổn thất Q toàn HTĐ 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 48 24 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp Vùng Phát  HTĐ BPA Vùng tải P, Q G1 C5 C8 G2 G3 C6 C7 11 10 C9 C11 ULTC  Gồm có: 10 nút, vùng MPĐ, 5MBA, 1MBA có ULTC, tụ bù Mô hình: G1 HTĐ vô lớn, G2, G3 mô hình MPĐ chi tiết GENROU, kích từ SEXS, MPĐ G3 có OEL Tải tĩnh Động nút  Kịch bản: Khi t=5s, cắt mạch -     8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 49 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  MPĐ 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 50 25 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Kích từ 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 51 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Giới hạn kích từ 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 52 26 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Bộ điều áp tải ULTC 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 53 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Động điện 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 54 27 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Khi có ULTC T/H C: có ULTC Đi ện áp Đầu phân áp lớn/nhỏ ULTC tác động lần đầu Các bước điều chỉnh đầu phân áp T/H B: ULTC 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 55 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Chỉ có OEL T/H B: OXL G3 Đi ện áp T/H D: với OEL G3 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 56 28 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp Công suất phản kháng G3 Quá trình độ (sau 5s) Tác động ULTC (at t=35 s) Tác động OEL(t=65s) Sụp đổ điện áp (lúc t=80s) Điện áp nút 11 35 65 80 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 8/9/2012 100(s) 57 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp      HTĐ lớn, Nordic 32 nút, vùng, HT truyền tải 400kV Có tụ bù dọc,ngang Các model chi tiết      8/9/2012 MPĐ PSS Kích từ ULTC Tải ZIP NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 58 29 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Kịch 1: đ/d “North area”, 4011-4021 bị cắt t=5(s) MPĐ nút 4012 cắt 0,1(s) Mất 600 MW 1.05 V O LTA G EM A G N ITU D E(PU ) 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 59 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Kịch 2: Cắt MPĐ nút 4047 vùng tải t=5(s) 1.0 VOLTAGEM AGNITUDE(PU) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 60 30 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Kịch Cắt MPĐ 1043 t=5(s), 180 MW 100 MVAr Tại t=500(s), tăng tải 1% /1phút 1.0 VOLTAGE MAGNITUDE (PU) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 61 1.12 Mô yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp  Công suất phản kháng REACTIVE POWER OUTPUT (PU) 10 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 62 31 1.13 Các biện pháp nâng cao ổn định điện áp  Nguyên nhân chủ yếu thiếu hụt công suất phản kháng=> bù công suất phản kháng Lắp đặt tụ điện phía lưới phân phối để giảm truyền tải Q đường dây truyền tải Tăng khả điều khiển công suất phản kháng dự trữ từ MPĐ Các tụ đóng cắt được, FACTS ( SVC, Statcom )      Sa thải phụ tải Khóa thay đổi chiều điều khiển ULTC NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 8/9/2012 63 1.13 Các biện pháp nâng cao ổn định điện áp Làm thể để ngăn chặn sụp đổ điện áp Biện pháp phòng ngừa Điều chỉnh điện áp thứ cấp Đóng tụ bù Điều chỉnh lại đầu phân áp 8/9/2012 Biện pháp cứu vãn Phân phối lại công suất Phân bố lại công suất tổ máy Điều khiển khẩn cấp ULTC Xa thải phụ tải Khóa đầu phân áp Xa thải tối ưu lượng tải Đảo đầu phân áp Xa thải theo kinh nghiệm NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 64 32 Ví dụ     Rơ le UVLS khởi động sau thời gian 120(s) mà điện áp giảm: 5% phụ tải cắt điện áp 0.9(pu) với thoài gian trễ 3,5 (s) 5% phụ tải cắt điện áp 0.92(pu) với thoài gian trễ (s) 5% phụ tải cắt điện áp 0.93(pu) với thoài gian trễ (s) NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 8/9/2012 65 Ví dụ  Cắt MPĐ nút 4042 khu vực trung tâm (mất 630 MW 265 MVar) 1.0 VOLTAGE MAGNITUDE (PU) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Hình vẽ 3: Kịch – Điện áp 42 có cấu UVLS đề xuất 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 66 33 5.Một số công cụ mô EMTP-RV -Tài liệu PSS/E -Sách chuyên ngành POWERWOLD -Báo khoa học IEEE MATLAB/Simulink - Các ví dụ minh họa 8/9/2012 NGUYÊN ĐĂNG TOẢN 67 34