Xemtailieu Tải về Tối ưu hóa vị trí của thiết bị facts để nâng cao khả năng làm việc của hệ thống điện
MỤC LỤC TRANG Trang tựa ................................................................................................................. i Quyết định giao đề tài ............................................................................................ ii Lý lịch cá nhân ...................................................................................................... iii Lời cam đoan ......................................................................................................... iv Cảm tạ .................................................................................................................... v Tóm tắt .................................................................................................................. vi Mục lục ................................................................................................................. vii Danh sách các chữ viết tắt ................................................................................... viii Danh sách các hình................................................................................................ ix Danh sách các bảng ............................................................................................... x PHẦN A: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Đặt vấn đề ................................................................................................ 1 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ............................................................ 1 Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 2 Phương pháp giải quyết bài toán ................................................................. 2 Điểm mới của luận văn ............................................................................... 2 Giá trị thực tiễn ........................................................................................... 2 Bố cục luận văn ........................................................................................... 2 PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Đặc điểm của lưới điện truyền tải. ................................................................... 4 1.2 Cơ sở kiến thức ................................................................................................ 4 1.3 Điều khiển phân bố công suất .......................................................................... 7 1.4 Giới hạn ổn định của hệ thống ......................................................................... 7 1.4.1Giới hạn nhiệt .......................................................................................... 7 1.4.2 Giới hạn điện áp...................................................................................... 8 1.4.3 Giới hạn ổn định ..................................................................................... 9 1.4.3.1Ổn định quá độ ................................................................................ 10 1.4.3.2 Ổn định dao động bé ....................................................................... 10 1.4.4 Ổn định điện áp..................................................................................... 11 1.5 Nguyên lý bù trên đường dây truyền tải ........................................................ 11 1.5.1 Bù song song ......................................................................................... 12 1.5.2 Bù nối tiếp ............................................................................................. 13 1.6 Tầm quan trọng của việc giảm tổn hao công suất phản kháng ...................... 13 CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ THIẾT BỊ FACTS 2.1 Khái niệm về thiết bị FACTS ........................................................................ 15 2.1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................. 15 2.1.2 Khái niệm ............................................................................................. 16 2.2 Các bộ điều khiển thiết bị FACTS ................................................................. 17 2.2.1 Ưu điểm thiết bị FACTS ...................................................................... 17 2.2.2 Phân loại thiết bị FACTS ..................................................................... 17 2.2.2.1 Bộ bù ngang tĩnh SVC ( Static Var Compensator) ..................... 18 2.2.2.2 Bộ bù ngang tĩnh STATCOM (Static Synchronous Compensator) ....................... 22 2.2.2.3 Bộ bù dọc tĩnh TCSC( Thyristor Controlled Series Capacitor)........................... 23 2.2.2.4 Bộ tích hợp điều khiển luồng công suất UPFC(Unified Power Flow Controlled) ..................................... 27 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ FACTS 3.1 Giới Thiệu ...................................................................................................... 30 3.2 Các bộ điều khiển dựa trên Thyristor truyền thống. ...................................... 31 3.2.1Cuộn kháng điều khiển bằng Thyristor (TCR). ..................................... 31 3.2.2 Bộ bù tĩnh SVC ( Static Var Compensator). ........................................ 36 3.2.3 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor ........................................... 39 3.2.3.1 Mạch tương đương thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor. .. 39 3.2.3.2 Các phương trình dòng điện và điện áp TCSC ở trạng thái tĩnh. .......................................................................... 40 3.3 Các bộ điều khiển điện tử công suất dựa trên các thiết bị bán dẫn điều khiển hoàn toàn ........................................................................ 45 3.3.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SIN PWM) .......................... 47 3.3.2 Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi nguồn áp. ............................. 49 CHƯƠNG 4: KHÁI QUÁT VỀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GENETIC ALGORITHMS_GA)& PHÂN BỐ TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRUYỀN THỐNG 4.1 Giải thuật di truyền ( Genetic Algorithms_GA) ............................................ 51 4.1.1 Lịch sử phát triển .................................................................................. 51 4.1.2 Các khái niệm cơ bản ........................................................................... 52 4.1.3 Mô hình giải thuật di truyền ( Genetic Algorithms_GA) ..................... 53 4.1.4 Các thông số của giải thuật di truyền ( Genetic Algorithms_GA) ....... 55 4.1.5 Các bước thực hiện GA ........................................................................ 56 4.1.5.1 Mã hóa nhiễm sắc thể ................................................................. 56 4.1.5.2 Khởi tạo quần thể ban đầu .......................................................... 58 4.1.5.3 Hàm tính toán độ thích nghi........................................................ 58 4.1.5.4 Cơ chế lựa chọn .......................................................................... 58 4.1.5.5 Các toán tử duy truyền ................................................................ 60 4.1.5.6 Chiến lược nạp quần thể ............................................................. 64 4.2 Phân bố trào lưu công suất truyền thống ........................................................ 65 4.2.1 Công thức cơ bản .................................................................................. 65 4.2.2 Phân loại thanh cái ................................................................................ 69 4.2.3 Thuật toán phân bố công suất Newton – Raphson ............................... 70 CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GENETIC ALGORITHMS_GA) ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TỐI ƯU CỦA THIẾT BỊ FACTS 5.1Tối ưu hóa vị trí SVC và TCSC theo bài toán đa mục tiêu............................. 75 5.1.1 Thiết bị FACTS .................................................................................... 75 5.1.2 Xây dựng hàm mục tiêu của bài toán ................................................... 76 5.1.3 Các điều kiện ràng buộc ....................................................................... 78 5.1.4 Các biến tối ưu hóa ............................................................................... 79 5.2 Mã hóa hệ thống điện theo giải thuật di truyền ( Genetic Algorithms_GA) ............................................................. 79 5.2.1 Mã hóa các biến .................................................................................... 79 5.2.2 Khởi tạo quần thể ban đầu .................................................................... 80 5.2.3 Quá trình chọn lọc tự nhiên .................................................................. 80 5.2.4 Quá trình ghép chéo .............................................................................. 81 5.2.5 Quá trình đột biến ................................................................................. 81 5.3 Xác định vị trí tối ưu của thiết bị FACTS trong các trường hợp cụ thể. ....... 81 5.3.1 Trường hợp 1: Xét đến cả hai thành phần tổn thất công suất phản khángvà chi phí đầu tư thiết bị FACTS. ............................................... 87 5.3.2 Trường hợp 2: Chỉ xét đến thành phần tổn thất công suất phản kháng .......................................................................... 89. 5.3.3 Trường hợp 3: Hàm mục tiêu bài toán giảm tổn thất công suất phản kháng và chi phí đầu tư với các trọng số thay đổi khác nhau. .... 92 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 6.1 Kết luận .......................................................................................................... 94 6.2 Hướng phát triển ............................................................................................ 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Chương 1 Hình 1: Mô hình hệ thống hình tia hai thanh cái. Hình 1.2 (a) Hệ thống điện Hình 1.2 (b) Đường cong công suất – góc Hình 1.3: Mô hình hệ thống truyền tải đơn giản. Chương 2 Hình 2.1: Cấu Tạo SVC Hình 2.2: Sơ Đồ TCR Hình 2.3: Đặc Tính V-I của SVC Hình 2.4: Cấu Tạo STATCOM Hình 2.5. Mô hình TCSC (a) Mô hình cơ bản. Hình 2.5. Mô hình TCSC (b) Mô hình thực tế. Hình 2.6: Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở α Hình 2.7: Sơ đồ một nhánh đơn gian của UPFC Hình 2.8: Mạch tương đương UPFC Chương 3 Hình 3.1: Cuộn kháng được điều khiển bằng thyristor căn bản (TCR) Hình 3.2: Cuộn Kháng điều khiển bằng Thyristor (TCR) 3 pha. Hình 3.3: Bộ bù tĩnh SVC 3pha gồm tụ bù cố định (FC) và cuộn kháng được điều khiển bằng Thyristor (TCR). Hình 3.4: Cấu trúc vật lý một pha của thiết bị bù dọc Hình 3.5: Mạch tương đương bù nối tiếp bằng Thyristor Hình 3.6.: Mạch tương đương bù dọc điều khiển bằng Thyristor. Hình 3.7: Kí hiệu mạch của (a) GTO ; (b) IGBT Hình 3.8 Bộ chuyển đổi nguồn áp ba pha, hai bậc sử dụng IGBT Chương 4 Hình 4.1 Sơ đồ mô tả giải thuật di truyền Hình 4.2: Gen Cha & Mẹ trong quá trình lai ghép đơn điểm cắt. Hình 4.3: Gen thế hệ con trong quá trình lai ghép đơn điểm cắt. Hình 4.4: Gen Cha & Mẹ trong quá trình lai ghép hai điểm cắt Hình 4.5: Gen thế hệ con trong quá trình lai ghép đơn điểm cắt Hình 4.6: Gen Cha & Mẹ trong quá trình lai ghép đồng nhất Hình 4.7: Mặt nạ trong quá trình lai ghép đồng nhất Hình 4.8: Gen thế hệ con trong quá trình lai ghép đồng nhất Hình 4.9: Gen Cha & Mẹ trong quá trình lai ghép số học Hình 4.10: Gen thế hệ con trong quá trình lai ghép số học Hình 4.11: Sự thay đổi trong toan tử đột biến Chương 5 Hình 5.1: Thiết bị FACTS (a) TCSC (b) SVC Hình 5.2 Mối quan hệ giữa công suất và chi phí đầu tư thiết bị TCSC và SVC Hình 5.3: Cấu trúc của nhiễm sắc thể Hình 5.4: Sơ đồ mạng IEEE 30 nút Hình 5.5 Kết quả tính toán trong trường hợp α1 = 0.5 và α2=0.5 Hình 5.6 Độ hội tụ hàm đa mục tiêu trong trường hợp α1 = 0.5 và α2=0.5 trong các lần thực hiện khác nhau Hình 5.7: Điện áp các nút sau khi đặt thiết bị FACTS trường hợp α1 = 0.5 và α2=0.5 Hình 5.8: Kết quả tính toán trong trường hợp α1 = 1 và α2 = 0 Hình 5.9: Độ hội tụ hàm đa mục tiêu trong trường hợp α1 = 1 và α2 = 0 trong các lần thực hiện khác nhau Hình 5.10: Điện áp các nút sau khi đặt thiết bị FACTS trường hợp α1 = 1 và α2 = 0. Hình 5.11. Điện áp các nút khi α1 = 0.5÷1, α2 = 0.1 ÷ 0.5 DANH SÁCH CÁC BẢNG CHƯƠNG 3 Bảng 3.1 : Lợi ích của thiết bị FACTS trong các ứng dụng khác nhau. Bảng 3.2: Ứng dụng trong ổn định hệ thống của từng loại thiết bị FACTS CHƯƠNG 5 Bảng 5.1 Quần thể ngẫu nhiên được tạo Bảng 5.2 NST con được tạo từ ghép chéo đơn điểm Bảng 5.3: NST con được tạo nhờ đột biến gen thứ 4 của NST Bảng 5.4 Thông số nút mạng IEEE 30 nút Bảng 5.5 Thông số nhánh mạng IEEE 30 nút Bảng 5.6 Kết quả sau khi thực hiện tối ưu hóa vị trí đặt TCSC và SVC trong trường hợp 1: α1 = 0.5 và α2 = 0.5 Bảng 5.7: Kết quả sau khi thực hiện tối ưu hóa vị trí đặt TCSC và SVC trong trường hợp 2: α1 = 1 và α2 = 0 Bảng 5.8 Kết quả sau khi thực hiện tối ưu hóa vị trí đặt TCSC và SVC trong trường hợp các trọng số lần lượt thay đổi. Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt PHẦN A GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1. Đặt vấn đề. Ngày nay, hệ thống điện đang đối mặt với nhiều thử thách như: sức ép lớn của tăng trưởng kinh tế, nhu cầu chất lượng điện năng ngày càng cao, …. Tuy nhiên, những vấn đề như: giới hạn trong việc đầu tư nhà máy điện, xây mới và tái cấu trúc lưới điện đã có ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển của ngành. Thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission System) là các thiết bị điều khiển hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt được sử dụng để điều khiển trào lưu công suất, điện áp, trở kháng và góc pha của đường dây truyền tải có thể đáp ứng được những yêu cầu cải thiện chất lượng của lưới điện. Việc sử dụng thiết bị FACTS mang lại những hiệu quả như sau: Điều khiển trào lưu công suất. Tăng khả năng truyền tải. Điều khiển điện áp. Bù công suất phản kháng. Cải thiện sự ổn định. Cải thiện chất lượng điện năng. Hiệu quả sử dụng thiết bị FACTS tùy thuộc vào cách mà những thiết bị này được đặt trong hệ thống điện. Ví dụ như lựa chọn loại thiết bị thích hợp, dung lượng thích hợp và đặc biệt là vị trí tối ưu của thiết bị trong hệ thống điện. Vị trí đặt tối ưu cho phép thiết bị điều khiển tốt dòng công suất và vì thế sẽ nâng cao khả năng làm việc của hệ thống điện. Vị trí tối ưu của thiết bị có thể được xác định bằng nhiều thuật toán tìm kiếm khác nhau mà Giải thuật di truyền (Genetic Algorithms_GA) là một trong những phương pháp hiệu quả nhất. Vì vậy, đề tài “ Tối Ưu Hóa Vị Trí Của Thiết Bị FACTS Để Nâng Cao Khả Năng Làm việc Của Hệ Thống Điện” là hết sức cần thiết. Nó mang lại hiệu quả trong việc tìm kiếm vị trí tối ưu của thiết bị trong hệ thống điện, nâng cao khả năng làm việc của thiết bị tránh lãng phí cũng như cải thiện chất lượng của hệ thống điện. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn. Mục tiêu của luận văn là ứng dụng Giải thuật di truyền (Genetic Algorithms_GA) để tìm kiếm vị trí tối ưu của thiết bị FACTS nhằm làm giảm tổn thất công suất phản kháng cũng như chi phí vận hành lưới điện. Luận văn tập trung giải quyết những vấn đề sau: HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 1 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt Phân tích các tác động ảnh hưởng đến ổn định công suất, giới hạn ổn định công suất. Xây dựng mô hình toán của thiết bị FACTS. Giới thiệu cơ chế hoạt động của giải thuật di truyền (Genetic Algorithms_GA). Ứng dụng giải thuật di truyền (Genetic Algorithms_GA) để tìm vị trí tối ưu của thiết bị FACTS trên hệ thống IEEE – 30 nút với hai loại thiết bị FACTS là TCSC và SVC. Tập trung đi sâu vào khả năng giảm tổn hao công suất phản kháng và chi phí vận hành lưới điện. 3. Phạm vi nghiên cứu. Tập trung phân tích và tìm kiếm vị trí tối ưu của hai loại thiết bị FACTS là TCSC và SVC bằng giải thuật di truyền (Genetic Algorithms_GA). 4. Phương pháp giải quyết bài toán. - Xây dựng mô hình toán thiết bị FACTS. - Phân tích sự cần thiết phải có thiết bị FACTS trong hệ thống điện cũng như vị trí tốt nhất để phát huy hiệu quả hoạt động của nó. - Ứng dụng giải thuật di truyền để tìm kiếm vị trí tối ưu của thiết bị FACTS. 5. Điểm mới của luận văn. - Ứng dụng giải thuật di truyền để tìm kiếm vị trí tối ưu của thiết bị FACTS. - Giải quyết bài toán đa mục tiêu về việc giảm tổn hao công suất phản kháng và giảm chi phí đầu tư lưới điện trên hệ thống IEEE-30 nút. 6. Giá trị thực tiễn của luận văn. - Góp phần vào việc nghiên cứu tối ưu hóa lưới điện truyền tải. - Làm tài liệu cho các nghiên cứu về tối ưu hóa sử dụng thiết bị FACTS trong lưới điện. 7. Bố cục luận văn. Luận văn gồm 6 chương: Phần A: Giới Thiệu Luận Văn Phần B: Nội Dung. Chương 1: Điều Khiển Và Các Giới Hạn Ổn Định Của Hệ Thống Điện. Chương 2: Tổng Quát Về Thiết Bị FACTS Chương 3: Mô Hình Thiết Bị FACTS. Chương 4: Khái Quát Về Giải Thuật Di Truyền & Phân Bố Trào Lưu Công Suất Truyền Thống Chương 5: Ứng Dụng Giải Thuật Di Truyền Để Xác Định Vị Trí Tối Ưu Của Thiết Bị FACTS. HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 2 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt Chương 6: Kết Luận. HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 3 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt CHƯƠNG 1 ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Đặc điểm của lưới điện truyền tải. Hệ thống truyền tải ngày nay là một mạng phức tạp. Đường dây truyền tải điện kết nối tất cả các nhà máy điện và tất cả các điểm phụ tải chính trong hệ thống điện. Các đường dây truyền tải điện phân bố công suất theo hướng đi mong muốn theo sự kết nối của hệ thống truyền tải để đạt được sự phân bố công suất như yêu cầu. Đặc điểm chính của hệ thống truyền tải ngày nay là có nhiều cấu trúc mạch vòng, trái với hệ thống truyền tải trước đây là có nhiều cấu trúc hình tia, cung cấp công suất từ máy phát đến phụ tải. Việc truyền tải công suất ở trang thái tĩnh có thể bị giới hạn bởi sự phân bố công suất song song hoặc mạch vòng. Việc phân bố đó thường xảy ra trong hệ thống mạng nhiều phát tuyến, kết nối hệ thống điện, dẫn đến đường dây bị quá tải dưới các vấn đề dạng nhiệt hoặc giới hạn điện áp. Hệ thống điện làm việc có sự đồng bộ đối với việc phát công suất điện. Nó là yêu cầu cơ bản để phát hết công suất của tất cả các máy phát trong vận hành hệ thống điện với việc duy trì tần số chung. Tuy nhiên, hệ thống điện chịu tác động của các thay đổi nhiễu loạn động, nhiễu loạn có thể là nguyên nhân của sự thay đổi đột ngột cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện và hậu quả của việc hư hỏng trong máy phát. Khả năng của hệ thống điện để phục hồi từ các nhiễu loạn và xác lập trở lại trạng thái đồng bộ mới dưới các điều kiện tác động ngẫu nhiên trở thành nhiệm vụ chính của khâu thiết kế và vân hành. Khả năng này thường là đặc tính giới hạn ổn định của hệ thống. Trong chương này chúng ta sẽ quan tâm đến các vấn đề cơ bản của việc kiểm soát hệ thống điện và khả năng ổn định, quan tâm đến việc điều khiển công suất và các giới hạn ổn định. 1.2 Cơ sở kiến thức. HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 4 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt Trước khi nghiên cứu về cơ sở của việc điều khiển hệ thống điện và các giới hạn ổn định thì các chỉ số ảnh hưởng đến trào lưu công suất tác dụng và phản kháng trên hệ thống điện cần phải được thảo luận trước tiên. Việc chuyển đổi công suất giữa hai thanh cái liên quan đến các thông số sau: Điện áp thanh cái đầu nhận và đầu phát. Góc công suất giữa hai thanh cái. Tổng trở nối tiếp giữa đường dây truyền tải giữa hai thanh cái. Chúng ta xem xét một hệ thống đơn giản hình tia thể hiện như hình 1.1. Đường dây truyền tải giữa thanh cái nhận và thanh cái phát được thể hiện bằng mô hình tương đương và bỏ qua điện trở của đường dây để đơn giản tính toán. Hình 1.1: Mô hình hệ thống hình tia hai thanh cái. Các phương trình mô tả giữa thanh cái phát và thanh cái nhận có dạng như sau: Công suất tại đầu phát : = . . (1.1) . . (1.2) Công suất tác dụng tại đầu nhận: = Công suất phản kháng tại đầu phát: . = − (1.3) Công suất phản kháng tại đầu nhận: = HVTH: Phan Thái Tồn . - Trang 5 - + (1.4) Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt Từ phương trình (1.1) và (1.2) ta thấy rằng công suất tác dụng chuyển tải được xác định bởi điện áp đầu nhận và phát, trở kháng nối tiếp của đường dây và góc lệch pha giữa điện áp đầu nhận và điện áp đầu phát. Thông thường trong hệ thống điện, góc công suất khác biệt giữa hai thanh cái là nhỏ ( nhỏ hơn 20 độ) phương trình chuyển tải công suất có thể rút gọn như sau [7]: = . . ; = . . (1.5) Trong ngắn hạn, công suất tác dụng chuyển đổi giữa hai thanh cái trong hệ thống điện tỷ lệ với góc lệch pha giữa hai thanh cái công suất đầu phát và đầu nhận là bằng nhau và sự tổn thất công suất trong hệ thống được bỏ qua. Phương trình chuyển đổi công suất phản kháng phức tạp hơn phương trình chuyển đổi công suất tác dụng như đã thấy từ phương trình (1.3) và (1.4). Tuy nhiên, để đơn giản chúng ta bỏ qua công suất điện dung trên đường dây. Như vậy, phương trình công suất phản kháng đơn giản là: = . (1.6) . = (1.7) Ta thấy ở (1.6) và (1.7) công suất phản kháng chuyển đổi giữa hai điểm được xác định bởi biên độ điện áp giữa hai thanh cái, điện kháng nối tiếp của đường dây và góc công suất giữa hai điểm. Trong chế độ làm việc bình thường góc công suất giữa hai thanh cái nối với nhau thì nhỏ, vì vậy phương trình công suất phản kháng chuyển tải có thể được đơn giản thành: = = . (1.8) . (1.9) Từ phương trình (1.8) và (1.9) công suất phản kháng chuyển tải giữa hai điểm được xác định bởi biên độ điện áp ở hai thanh cái và điện kháng nối tiếp của đường dây đó. HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 6 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt Từ phương trình (1.8) và (1.9), ở trạng thái tĩnh công suất phản kháng chạy từ nơi thanh cái có điện áp cao đến thanh cái có điện áp thấp. Tóm lại, công suất tác dụng truyền từ nơi có góc công suất cao sang nơi có góc công suất thấp trong khi công suất phản kháng truyền từ nơi có điện áp cao đến nơi có điện áp thấp. 1.3 Điều khiển phân bố công suất. Truyền tải công suất ở trạng thái tĩnh có thể được gia tăng có thể được gia tăng bằng cách điều khiển trở kháng của đường dây và góc lệch pha giữa hai thanh cái. Trong thực tế phương pháp cơ bản để gia tăng công suất truyền tải bằng cách bù Var nối tiếp, song song và điều chỉnh góc pha. Bù Var nối tiếp, bù Var song song là nguyên lý cơ bản của bù công suất phản kháng. Mục đích của bù công suất phản kháng là thay đổi đặc tính tự nhiên của đường dây truyền tải để làm cho nó có khả năng đáp ứng nhu cầu truyền tải công suất cao hơn đến phụ tải. Nguyên lý bù song song được ứng dụng để duy trì mức điện áp dưới các điều kiện khác nhau của hệ thống. Bù nối tiếp được ứng dụng để thiết lập nên một đường dây ngắn ảo bằng cách giảm tổng trở tính cảm của đường dây. Điều chỉnh góc pha được ứng dụng để điều khiển góc pha của đường dây. Bằng cách điều khiển tổng trở và góc pha có thể thực hiện được việc điều khiển công suất. 1.4 Giới hạn ổn định của hệ thống. Hệ thống vận hành với các giới hạn truyền tải công suất. Các giới hạn này sẽ ràng buộc việc phát và truyền công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống. Các giới hạn này được chia thanh ba dạng: Giới hạn nhiệt, Giới hạn điện áp, Giới hạn ổn định. 1.4.1Giới hạn nhiệt. Các giới hạn nhiệt do khả năng chịu nhiệt của các thiết bị trong hệ thống điện. Ngay công suất truyền tải gia tăng, biên độ dòng điện gia tăng, dẫn đến hư hỏng quá nhiệt. Ví dụ trong nhà máy điện, việc vận hành liên tục các thiết bị ở chế độ vận HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 7 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt hành tối đa sẽ dẫn đến hư hỏng do nhiệt. Cả công suất tác dụng và phản kháng đều tác động đến biên độ dòng điện. Ngoài ra trong hệ thống điện, các đường dây truyền tải và các thiết bị liên quan cũng vận hành với các giới hạn nhiệt. Việc phải thường xuyên vận hành quá tải các đường dây trên không làm cho cấu trúc kim loại của dây dẫn bị phá vỡ, làm giảm khả năng dẫn điện của chúng. Không giống như đường dây trên không, cáp ngầm và máy biến áp phải phụ thuộc vào cách điện của chúng và hơn nữa là không khí làm mát lượng nhiệt năng phát ra. Các thiết bị này được hạn chế dòng điện để chúng mang tải một cách an toàn. Đối với hai thiết bị này quá tải liên tục sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị do làm giảm cách điện. 1.4.2 Giới hạn điện áp. Các thiết bị của điện lực và khách hàng được thiết kế để hoạt động ở công suất và điện áp định mức. Phần lớn sự lệch áp kéo dài so với mức điện áp định mức có thể gây bất lợi cho đặc tính làm việc của chúng. Dòng điện chạy trong đường dây truyền tải gây ra một sụt áp lớn không mong muốn. Điện áp rơi là nguyê nhân chính gây nên tổn thất công suất phản kháng. Tổn thất này xảy ra ngay khi có dòng điện chạy trong hệ thống. Nếu công suất phát ra từ máy phát điện hoặc nguồn phát không đáp ứng đủ cho phụ tải thì điện áp sẽ giảm. Hệ thống yêu cầu hỗ trợ công suất phản kháng để giúp ngăn chặn vấn đề điện áp giảm thấp. Tổng công suất phản kháng sẵn sàng hỗ trợ thường được xác định theo giới hạn truyền tải công suất. Hệ thống có thể bị hạn chế đến mức thấp công suất tác dụng truyền tải hơn mong muốn bởi vì hệ thống không đáp ứng yêu cầu dự trữ công suất phản kháng đủ để hỗ trợ điện áp. HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 8 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt 1.4.3 Giới hạn ổn định. Ổn định hệ thống là khả năng của hệ thống để duy trì trạng thái vận hành cân bằng trong những điều kiện vận hành bình thường và trở lại trạng thái cân bằng sau tác động của các nhiễu loạn. Mất ổn định của hệ thống điện được thể hiện dưới nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và chế độ vận hành. Thông thường ổn định hệ thống là việc duy trì các máy phát đồng bộ hoạt động đồng bộ với nhau. Ổn định trong hệ thống điện được chia thành hai loại: ổn định góc δ và ổn định điện áp. (a) (b) Hình 1.2 (a) Hệ thống điện (b) Đường cong công suất - góc Xem xét giới hạn ổn định của hệ thống gồm hai nguồn và hai đường dây song song với nhau. Từ phương trình (1.1) và (1.2), công suất tác dụng truyền tải giữa hai HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 9 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt thanh cái phụ thuộc vào góc δ. Khi xảy ra sự cố trên đường dây 1-2 thì máy cắt 1 và máy cắt 2 cắt ra điểm ngắn mạch bị cô lập. Hệ thống điện đang làm việc ổn định tại điểm a với góc công suất ban đầu là δ0 thì xảy ra ngắn mạch làm đường cong công suất của hệ thống bị giảm thấp đột ngột do tổng trở của đường dây tăng lên hệ thống bảo vệ rơle cắt ở điểm c. Tại điểm d do công suất P điện lớn hơn công suất cơ PM của tua bin nên máy phát bắt đầu hãm tốc đến điểm làm việc ổn định mới. Nếu tại điểm e máy không được hãm tốc và tiếp tục trượt nữa thì sẽ mất ổn định đồng bộ. Vậy, giới hạn ổn định của hệ thống điện là phần diện tích A1 phải nhỏ hơn phần diện tích hãm tốc A2. Phân tích góc ổn định công suất hệ thống điện là nghiên cứu đặc tính động của hệ thống điện. Đặc tính động liên quan đến sự thay đổi giá trị của dòng công suất, điện áp, góc và tần số sau khi hệ thống chịu tác động của những nhiễu loạn lớn hoặc nhỏ. Ổn định góc được chia thành hai loại: ổn định quá độ và ổn định giao động bé. 1.4.3.1 Ổn định quá độ. Ổn định quá độ là khả năng duy trì sự đồng bộ khi chịu tác động của các nhiễu loạn lớn. Nó được xác định bằng cách hệ thống đáp ứng được các nhiễu loạn lớn. Hệ thống được gọi là ổn định quá độ nế nó có thể vượt qua nhiễu loạn ban đầu và trở lại ổn định, ngược lại hệ thống là không ổn định nếu không vượt qua được. Đối với các hệ thống ổn định, khi bất ngờ xảy ra nhiễu loạn lớn, giá trị góc hệ thống bắt đầu tăng đến đỉnh điểm thì sao đó bắt đầu giảm, làm cho hệ thống ổn định quá độ. 1.4.3.2 Ổn định dao động bé. Ổn định dao động bé hoặc ổn định nhiễu loạn là khả năng của hệ thống điện trở lại ổn định sau khi chịu tác động từ các nhiễu loạn bé. Ổn định dao động là đặc tính liên quan đến biên độ và độ dài của các nhiễu loạn trong hệ thống. Nhiễu loạn HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 10 - Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt điện áp, tần số, góc và dòng công suất có thể được kích thích bởi nhiều sự kiện khác nhau. Điều này có thể trở thành vấn đề phức tạp khi hệ thống kích từ của máy phát bị sự cố. Các nhiễu loạn đó có thể phát triển thành lớn dẫn đến trở thành nhiễu loạn mất ổn định. Sử dụng các thiết bị bảo vệ sẽ có tác động làm giảm thiểu các nhiễu loạn lớn và mạnh. Các thiết bị giới hạn có thể bảo vệ hệ thống điện ổn định đó là thiết bị FACTS, bộ ổn định công suất PSS và máy bù đồng bộ. 1.4.4 Ổn định điện áp. Ổn định điện áp của hệ thống điện là khả năng ổn định của hệ thống điện để duy trì độ lớn, biên độ điện áp ngay khi phụ tải định mức của hệ thống gia tăng, việc truyền tải công suất tác dụng đến các phụ tải đó gia tăng. Chỉ số chính làm cho mất ổn định điện áp là thiếu công suất phản kháng hỗ trợ trong hệ thống. Ổn định điện áp có thể được phân loại theo thời gian mô phỏng thành hai dạng chính: ổn định điện áp tĩnh và ổn định điện áp động. Mất ổn định điện áp là nguyên nhân chính liên quan đến sự mất cân bằng công suất phản kháng. 1.5 Nguyên lý bù trên đường dây truyền tải Giả sử có mô hình hệ thống điện đơn gian như hình 1.3. Với các thông số như sau: Tổn thất XL Điện áp của hai thanh cái là V1∠δ1 và V2∠δ2 Góc lệch pha giữa hai điện áp thanh cái là δ = δ1-δ2 HVTH: Phan Thái Tồn - Trang 11 - Tải về bản full