Một giải thuật mới để xác định giới hạn ổn định điện áp của hệ thống điện nhiều nguồn với tiêu chuẩn BM

Science & Technology Development, Vol 11, No.2-2008

MOÄT GIAÛI THUAÄT MÔÙI ÑEÅ XAÙC ÑÒNH GIÔÙI HAÏN OÅN ÑÒNH ÑIEÄN AÙP

CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN NHIEÀU NGUOÀN VÔÙI TIEÂU CHUAÅN BM.

Löu Höõu Vinh Quang

Ñaïi hoïc Baùch Khoa – ÑHQG – HCM.

TOÙM TAÉT : Tieâu chuaån BM thöôøng ñöôïc aùp duïng ñeå giaûi tích oån ñònh ñieän aùp cuûa heä thoáng ñieän moät

nguoàn. Tuy nhieân, coù nhieàu vaán ñeà caàn phaûi giaûi quyeát ñeå tính toaùn giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp cuûa moät heä thoáng

ñieän nhieàu nguoàn khi aùp duïng tieâu chuaån BM. Moät giaûi thuaät môùi ñöôïc ñeà xuaát vaø moät chöông trình phaàn meàm

ñöôïc taïo laäp ñeå tính toaùn giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp cuûa heä thoáng ñieän nhieàu nguoàn. Caùc keát quaû tieâu bieåu veà

tính toaùn giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp ñoái vôùi caùc nhieäm vuï khaùc nhau, nhö buø VAR, taêng taûi, maát nguoàn vaø thay

ñoåi caáu truùc löôùi ñieän… ñược thöïc hieän treân moät heä thoáng ñieän tieâu chuaån IEEE vaø treân heä thoáng ñieän mieànNam

Vieät Nam.

Từ khóa : Giới hạn ổn định điện áp, Hệ thống điện nhiều nguồn.

1. GIÔÙI THIEÄU.

Caùc öùng duïng cuûa vieäc tính toaùn giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp cuûa heä thoáng ñieän ñöôïc ñeà caäp

nhieàu trong caùc taøi lieäu, ví duï trích daãn tham khaûo nhö [1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8],[9].

Coù theå giôùi thieäu toùm löôïc khaùi nieäm veà giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp nhö sau : trong [1] ñöa ra

khaùi nieäm giaûi tích oån ñònh ñieän aùp vôùi ñöôøng ñaëc tính U_P (xem ñoà thò a- Hình 1) hoaëc ñöôøng ñaëc

tính Q_U) (xem ñoà thò b- vaø c- Hình 1).

Aùp duïng ñöôøng cong U_P cuõng laø moät phöông phaùp toång quaùt ñeå kieåm tra oån ñònh ñieän aùp.

Ñöôøng cong U_P höõu ích ñoái vôùi vieäc phaân tích oån ñònh ñieän aùp treân caùc sô ñoà heä thoáng ñieän daïng

tia. Phöông phaùp naøy cuõng ñöôïc söû duïng cho caùc heä thoáng ñieän lôùn, trong ñoù P laø toång taûi trong moät

khu vöïc vaø U laø ñieän aùp taïi moät nuùt tieâu bieåu. Ñaïi löôïng P cuõng coù theå laø coâng suaát truyeàn doïc theo

moät ñöôøng truyeàn taûi hay laø treân ñöôøng daây lieân keát caùc heä thoáng. Ñieän aùp taïi vaøi nuùt khaùc nhau coù

theå ñöôïc veõ treân ñoà thò. Khi coâng suaát truyeàn cöïc ñaïi thì ñieän aùp ñaït trò soá giôùi haïn. Vieäc truyeàn taûi

coâng suaát phaûn khaùng phuï thuoäc chuû yeáu vaøo bieân ñoä ñieän aùp, chieàu cuûa doøng höôùng töø ñieåm ñieän

aùp cao ñeán ñieåm ñieän aùp thaáp hôn. Khi truyeàn coâng suaát phaûn khaùng seõ gaëp moät soá khoù khaên : coâng

suaát phaûn khaùng khoù coù theå truyeàn vôùi goùc ñieän aùp lôùn. Caùc ñöôøng daây daøi coù ñoä leäch goùc cao vaø

truyeàn moät löôïng lôùn coâng suaát P, luùc ñoù duy trì ñieän aùp xaáp xæ khoaûng (0,95→1,05)ñvtñ seõ gaëp khoù

66

Science & Technology Development, Vol 11, No.2-2008

khaên. Khoâng neân truyeàn coâng suaát phaûn khaùng treân khoaûng caùch daøi. Coøn coù caùc lyù do khaùc ñeå giaûm

thieåu doøng coâng suaát phaûn khaùng truyeàn taûi, ñoù laø phaûi cöïc tieåu hoùa toån hao truyeàn taûi. Cöïc tieåu hoùa

toån hao coâng suaát phaûn khaùng cho pheùp giöõ ñieän aùp ôû möùc cao, giuùp duy trì ñieän aùp oån ñònh. Treân ñoà

thò Hình 1 cho thaáy trò soá ñieän aùp giôùi haïn maát oån ñònh laø raát gaàn möùc ñang vaän haønh ñoái vôùi caùc

möùc taûi lôùn. Ñoái vôùi caùc heä thoáng lôùn, caùc ñöôøng cong nhaän ñöôïc bôûi moät loaït moâ phoûng phaân boá

coâng suaát. Ñöôøng cong Q_U ñöôïc veõ ñoái vôùi moät nuùt tieâu bieåu xeùt theo coâng suaát phaûn khaùng taïi nuùt

ñoù. Ñieän aùp laø bieán ñoäc laäp vaø ñöôïc bieåu thò treân truïc hoaønh.

Trong [2] ñaõ ñöa ra phöông phaùp tính toaùn giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp cuûa heä thoáng ñieän moät

nguoàn maùy phaùt theo tieâu chuaån BM (ñeà xuaát bôûi Bruc&Markovitch) döïa treân bieán ñoåi trò soá ñaïo

haøm dQ/dU, coù theå moâ taû toùm taét döïa treân ñoà thò Hình 2. Treân heä toïa ñoä Q_U seõ döïng ñöôïc ñaëc tính

tónh cuûa phuï taûi Q_pt(U). Giaû thieát coâng suaát phaùt MW khoâng ñoåi P_F=Const vôùi ΔP_pt=0 thì cuõng döïng

ñöôïc ñöôøng cong Q_Fpt(U,E,δ). Nhaän ñöôïc caùc giao ñieåm (a) hoaëc (b) cuûa caùc ñöôøng cong naøy, töông

öùng vôùi hai traïng thaùi caân baèng coâng suaát phaûn khaùng. Coù theå chöùng minh deã daøng treân ñoà thò Q_U

raèng : ñieåm (a) ñaëc tröng traïng thaùi caân baèng beàn, coù oån ñònh ñieän aùp, coøn ñieåm (b) ñaëc tröng traïng

thaùi caân baèng khoâng beàn, töông öùng vôùi moät möùc ñieän aùp thaáp vaø seõ maát oån ñònh ñieän aùp khi coù giao

ñoäng beù. Töø ñoù coù theå döïng ñöôïc ñöôøng cong ΔQ_Fpt(U). Khi giaûm söùc ñieän ñoäng E thì ñöôøng ñaëc tính

Q_Fpt(U,E,d) haï thaáp, laøm cho caùc ñieåm (a) vaø (b) seõ coù xu höôùng tieán ñeán moät ñieåm tieáp xuùc duy

dΔQ_Fpt

nhaát giöõa 2 ñöôøng cong Q_Fpt(U) vaø Q_pt(U). Treân ñaëc tính ΔQ_Fpt(U), toïa ñoä

seõ xaùc ñònh

= 0

dU

ñieän aùp giôùi haïn (U_gh) maø trong heä thoáng coù theå phaùt sinh tình traïng suïp ñoå ñieän aùp vôùi moät möùc

kích töø maùy phaùt, maø ñöôïc ñaëc tröng bôûi trò soá söùc ñieän ñoäng E_mintoái thieåu cuûa nguoàn maùy phaùt cuûa

heä thoáng ñieän. ÔÛ traïng thaùi bình thöôøng thì heä thoáng coù ñieän aùp lôùn hôn möùc giôùi haïn (U >U_gh),

traïng thaùi xaùc laäp quy öôùc cuûa heä thoáng coù theå ñuû tieâu chuaån oån ñònh ñieän aùp. Quan saùt treân ñoà thò

Hình 2 nhaän thaáy : khi traïng thaùi xaùc laäp tieán ñeán giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp , ñaëc tröng bôûi thoâng soáá

dΔQ_Fpt

ñieän aùp U→ U_gh, thì

. Trong [2] coù moâ taû sô boä veà caùch tính toaùn giôùi haïn oån ñònh

→ 0

dU

ñieän aùp ñoái vôùi heä thoáng coù nguoàn ñieän goàm nhieàu maùy phaùt song song, tuy nhieân khoâng ñöa ra giaûi

thuaät ñoái vôùi heä thoáng ñieän nhieàu nguoàn maø coù sô ñoà maïng truyeàn taûi ñieän keát noái baát kyø. Phöông

phaùp giaûi tính giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp cuûa heä thoáng ñieän moät nguoàn neâu trong [2] khoâng theå aùp

duïng toång quaùt tröïc tieáp cho heä thoáng ñieän nhieàu nguoàn, ngay caû khi caùc nguoàn keát noái bởi caùc

tuyến

67

Science & Tecnology Development, Vol 11, No.2-2008

truyeàn taûi song song thì cuõng caàn phaûi coù söï thay ñoåi giaûi thuaät moät caùch phuø hôïp ñeå coù theå aùp duïng

ñöôïc tieâu chuaån BM.

2. XAÂY DÖÏNG GIAÛI THUAÄT TÍNH TOAÙN GIÔÙI HAÏN OÅN ÑÒNH ÑIEÄN AÙP HEÄ THOÁNG ÑIEÄN

NHIEÀU NGUOÀN THEO TIEÂU CHUAÅN BM.

Noäi dung luaän ñieåm xaây döïng giaûi thuaät khaûo saùt oån ñònh ñieän aùp ñaõ ñöôïc ñeà caäp chi tieát ôû caùc trang

töø 34 ñeán 40 cuûa [9]. Coù theå laäp ñöôïc sô ñoà khoái chöông trình tính toaùn nhö treân Hình 3 :

Hình 3 – Sơ đồ khối chương trình khảo sát ổn định điện áp theo tiêu chuẩn BM.

Thuyeát minh noäi dung cuûa caùc khoái tính toaùn cuûa sô ñoà tieán trình bieåu dieãn treân Hình 3.

Khoái soá 1. Coù noäi dung tính toaùn ñöôïc bieåu thò toùm taét nhö treân sô ñoà Hình 4.

68

Science & Technology Development, Vol 11, No.2-2008

Tuøy theo muïc ñích phaân tích oån ñònh ñieän aùp ñoái vôùi moãi lôùp baøi toaùn caàn khaûo saùt maø coù theå

xöû lyù quan heä bieán aùp khôûi ñieåm cuûa caùc nhaùnh bieán aùp coù maët trong sô ñoà heä thoáng, coù theå söû duïng

ñaàu naác phaân aùp thöù 0 hoaëc ñaàu naác phaân aùp ngoaøi ñònh möùc, döïa treân moâ hình hoùa quan heä bieán aùp

treân caëp nuùt (i-j) bôûi phöông trình ma traän quan heä doøng-aùp vôùi sô ñoà π daïng cô baûn.

Khoái soá 2. Tính toaùn traïng thaùi xaùc laäp cuûa heä thoáng vôùi ñieàu kieän ñaõ ñònh tröôùc ôû khoái soá 1. Vectô

bieán traïng thaùi x (laø U,δ taïi caùc nuùt PQ vaø δ,Q taïi caùc nuùt PU) ñöôïc xaùc ñònh bôûi heä :

∂F(x)

]⁻¹.[ΔF(x)]

;

(t) (t)

(1)

[x]

= [x] + [

(t+1)

(t)

∂x

trong ñoùù [ΔF(x)]_(t)laø ñoä leäch vectô haøm traïng thaùi xaùc laäp thöù (t). Chu trình tính laëp ñeán böôùc (t+1)

sao cho thoûa ñieàu kieän ⎪[ΔF(x)]_(t+1)⎪≤ ε.

Ñaëc tính phuï thuoäc ñieän aùp P(U) vaø Q(U) cuûa phuï taûi toång hôïp taïi caùc nuùt ñöôïc aùp duïng ôû

traïng thaùi maëc ñònh ñeå xeùt söï aûnh höôûng cuûa phuï taûi ñeán giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp. Caùc heä soá cuûa

ñaëc tính toång hôïp phuï taûi ñaõ ñöôïc xaùc ñònh töø khi thöïc hieän khoái tính toaùn soá 1.

Khi ñaõ tính ñöôïc vectô bieán traïng thaùi khôûi ñieåm, nuùt điện áp tieâu bieåu thöù (j) ñöôïc choïn vaø

xaùc ñònh ñöôïc caùc phần tử (g_EiUj+ jb_EiUj) thuộc ma traän toång daãn töông hoã giöõa caùc nguoàn (i) vôùi nuùt

(j). Caùc trò soá söùc ñieän ñoäng ñoàng boä E_i∠δ_icuûa nguoàn thöù (i) cuõng ñöôïc xaùc ñònh. Bieåu thöùc Q_Ept-j(U)

ñoái vôùi nuùt tieâu bieåu thöù ( j ) ñöôïc tính theo phöông trình :

Q_Ept-j

=

^NgU E

(

b_{E U}cosδ_ij− g_{E U}sin δ_ij

)

;

∑

j

i

(2)

i

j

i

j

i=1

Söû duïng bieåu thöùc Q_Ept-j(U) nhaän ñöôïc ôû treân, khi aùp duïng caùc thuû tuïc tính toaùn thích hôïp vaø

keát hôïp vôùi ñaëc tính phuï taûi toång coäng Q_ptΣ(U) ñaõ ñöôïc ñònh tröôùc ôû khoái soá 1, thì coù theå ñaùnh giaù

ñöôïc trò soá ñieän aùp giôùi haïn vaø ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp ôû traïng thaùi khôûi ñaàu ñoái vôùi toaøn heä thoáng

goàm coù (Ng) nguoàn maùy phaùt. Caùc toïa ñoä ñieåm cuûa caùc ñoà thò ñaúng trò ñoái vôùi nuùt tieâu bieåu

ΔQ_{Σ j}(U), Q_Ept-jΣ(U) vaø Q_ptjΣ(U) cuõng ñöôïc löu tröõ, söû duïng caùc toïa ñoä naøy cho pheùp quan saùt vaø öôùc

tính ñieän aùp giôùi haïn ñaúng trò tieâu bieåu cuûa heä thoáng.

Caùc trò soá ñieän aùp nuùt cuûa toaøn boä heä thoáng ñöôïc ghi nhaän laøm traïng thaùi ñieän aùp cô sôû cuûa

heä thoáng, caùc trò soá naøy cho pheùp döïng caùc ñoà thò ΔQ _{Σ j}(U), Q_Ept-j(U) vaø Q_ptjΣ(U) ñuû chính xaùc vaø

öôùc tính ñöôïc ñieän aùp giôùi haïn ngay taïi nuùt (j) baát kyø cuõng nhö tính ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp cuûa nuùt

thöù (j) baát kyø trong heä thoáng so vôùi traïng thaùi cô sôû.

69

Science & Technology Development, Vol 11, No.2-2008

Khoái soá 3 vaø Khoái soá 4. Noäi dung tính toaùn taïi caùc khoái soá 3 vaø soá 4 thöïc chaát bao goàm nhieàu chu

trình tính laëp. Thoâng thöôøng coù khoaûng treân 10 chu trình tính laëp. Moãi chu trình tính laëp coù nhieäm vuï

xaùc ñònh moät traïng thaùi xaùc laäp naëng neà hôn traïng thaùi cô sôû, vectô söùc ñieän ñoäng cuûa caùc nguoàn

ñöôïc xaùc ñònh theo höôùng giaûm ñoä döï tröõ VAR cuûa moãi nguoàn töông öùng vôùi ñieàu kieän toång taûi MW

khoâng ñoåi taïi caùc nuùt vaø coâng suaát MW cuûa caùc nuùt nguoàn PU khoâng thay ñoåi. Khi ñoä döï tröõ VAR bò

giaûm daàn ôû caùc nguoàn thì maët baèng ñieän aùp heä thoáng bò xaáu daàn ñi, laøm taêng toån hao MW vaø toån hao

MVAr treân caùc phaàn töû RX cuûa caùc tuyeán truyeàn taûi. Möùc ñoä naëng neà cuûa heä thoáng taùc ñoäng ñeán caùc

nguoàn ñöôïc kieåm soaùt thoûa maõn khaû naêng phaùt PQ cuûa caùc maùy phaùt – thoâng soá khaû phaùt PQ cuûa

caùc nguoàn ñaõ ñöôïc xaùc ñònh töø ôû khoái soá 1, tuaân thuû ñöôøng cong giôùi haïn phaùt noùng stator vaø roâtor.

Heä phöông trình phi tuyeán giaûi tìm vectô bieán traïng thaùi E_q(goàm caùc söùc ñieän ñoäng ñoàng boä

e_qcuûa caùc nguoàn ñaët sau caûm khaùng ñoàøng boä doïc truïc X_d), vôùi pheùp moâ phoûng tuyeán tính hoùa ñöôïc

xaùc ñònh bôûi :

∂F_E(e_q)

−1

(t)

(3)

[E_q]_(t+1)= [E_q]_(t)+ [

] .[ΔF_E(e_q)]_(t);

∂e_q

trong ñoù [ΔF_E(e_q)]_(t)laø ñoä leäch vectô haøm traïng thaùi xaùc laäp thöù (t). Aùp duïng tính laëp ñeán böôùc (t+1)

sao cho thoûa ñieàu kieän ⎪[ΔF_E(e_q)]_(t+1)⎪≤ ε.

Caùc trò soá söùc ñieän ñoäng ñoàng boä e_iq∠δ_icuûa nguoàn thöù (i) töông öùng vôùi traïng thaùi giaûm döï

tröõ nguoàn VAR ñaõ ñöôïc xaùc ñònh. Nhö vaäy coù theå xaùc ñònh ñöôïc bieåu thöùc Q_Ept-j(U) ñoái vôùi nuùt tieâu

bieåu thöù (j) theo phöông trình :

Q_{Ept- j}

=

^NgU e

(

b_{E U}cosδ_ij− g_{E U}sinδ_ij

)

;

(4)

∑

j

iq

i

j

i

j

i=1

Söû duïng bieåu thöùc Q_Ept-j(U) nhaän ñöôïc ôû treân, khi aùp duïng caùc thuû tuïc tính toaùn thích hôïp vaø

keát hôïp vôùi ñaëc tính phuï taûi toång coäng Q_ptΣ(U) ñaõ ñöôïc ñònh tröôùc ôû khoái soá 1, thì coù theå ñaùnh giaù

ñöôïc trò soá ñieän aùp giôùi haïn vaø ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp ôû traïng thaùi giaûm döï tröõ nguoàn VAR ñoái

vôùi toaøn heä thoáng. Töø caùc vectô söùc ñieän ñoäng ñoàng boä e_iq∠δ_icoù theå xaùc ñònh ñöôïc ñieän aùp ôû ñaàu

cöïc caùc nguoàn phaùt, töông öùng vôùi caùc nuùt PU cuûa heä thoáng ñieän trong traïng thaùi giaûm döï tröõ nguoàn

VAR. ÔÛ traïng thaùi vaän haønh heä thoáng giaûm ñoä döï tröõ VAR cuûa caùc nguoàn thì trò soá ñieän aùp giôùi haïn

coù theå raát thaáp, chæ coøn khoaûng (65→75)% so vôùi ñònh möùc. Neáu thieáu döï tröõ nguoàn VAR, heä thoáng

ñang coù dieãn bieán traïng thaùi suy giaûm ñieän aùp loït vaøo trong vuøng tieán ñeán giôùi haïn maát oån ñònh, thì

ngay luùc ñoù neáu xaûy ra moät taùc ñoäng vaän haønh coù gaây ñoät bieán caáu truùc heä thoáng (ví duï : moät thao

taùc ñoùng-caét phaàn töû truyeàn taûi) seõ deã daøng laøm maát oån ñònh ñieän aùp.

Khoái soá 5. ÔÛ ñaây giaûi quyeát baøi toaùn xaùc ñònh traïng thaùi xaùc laäp giôùi haïn vôùi caùc söùc ñieän ñoäng

e_iq∠δ_iñaõ tính ñöôïc töø ôû khoái soá 3 vaø soá 4 vôùi ñoä döï tröõ oån ñònh VAR cuûa caùc nguoàn ñaõ bò giaûm. Khi

ñoä döï tröõ VAR giaûm ôû caùc nguoàn thì maët baèng ñieän aùp heä thoáng bò xaáu ñi, laøm taêng toån hao MW

treân caùc phaàn töû R cuûa caùc tuyeán truyeàn taûi. Möùc ñoä naëng neà cuûa heä thoáng taùc ñoäng ñeán caùc nguoàn

coù theå ñöôïc kieåm soaùt thoûa maõn khaû naêng phaùt coâng suaát P cuûa caùc maùy phaùt theo ñoä doác trung bình

cuûa ñaëc tính ñieàu toác cuûa turbin. Khi tính toaùn traïng xaùc laäp giôùi haïn coù theå xem nhö quaù trình ñieàu

taàn cuûa heä thoáng ñaõ coù hieäu löïc, taàn soá heä thoáng ñang ñöôïc ñieàu chænh theo yeâu caàu kyõ thuaät.

Chöông trình cuõng cho pheùp tính toaùn traïng thaùi xaùc laäp giôùi haïn bôûi ñieàu chænh coâng suaát P chæ cuûa

nguoàn caân baèng, coøn coâng suaát P cuûa caùc nguoàn khaùc ñöôïc giöõ khoâng thay ñoåi.

70

Science & Technology Development, Vol 11, No.2-2008

Khoái soá 6 vaø khoái soá 7. Kieåm soaùt ñoä chính xaùc cuûa traïng thaùi xaùc laäp giôùi haïn vôùi möùc giaûm döï tröõ

VAR cuûa caùc nguoàn baèng caùch so saùnh sai soá ΔU_jcuûa trò soá ñieän aùp nuùt tieâu bieåu thöù (j) ñöôïc tính ôû

khoái soá 3 so vôùi trò soá ñaõ tính ôû khoái soá 5. Neáu ⎪ΔU_j⎪>0,001 thì tính laïi traïng thaùi xaùc laäp ñeå quay veà

thöïc hieän laïi noäi dung tính toaùn cuûa khoái soá 3. Voøng tính laëp quay laïi khoái soá 3 coù theå xaûy ra vaøi laàn,

ôû nhöõng laàn tính sau thì soá löôïng voøng tính laëp ngay trong khoái soá 3 seõ giaûm daàn cho ñeán 1, ñaây

cuõng laø daáu hieäu ñeå khoâng phaûi laëp laïi voøng tính toaùn ñoái vôùi hai khoái soá 3 vaø soá 4.

Khi ñaõ thoûa maõn ñieàu kieän ⎪ΔU_j⎪≤0,001 thì caùc trò soá ñieän aùp nuùt cuûa toaøn boä heä thoáng ñöôïc

ghi nhaän laø traïng thaùi ñieän aùp giôùi haïn tính toaùn cuûa heä thoáng vôùi söï giaûm ñoä döï tröõ VAR cuûa caùc

nguoàn töông öùng vôùi moät toång taûi MVA cuûa heä thoáng khoâng ñoåi, caùc trò soá naøy cho pheùp döïng caùc

ñoà thò ΔQ _j(U), Q_Ept-j(U) vaø Q_ptj(U) ñuû chính xaùc vaø phuø hôïp vôùi ñieän aùp giôùi haïn tính ñöôïc ngay taïi

nuùt taûi tieâu bieåu thöù (j) döôïc quan saùt, cuõng nhö tính ñöôïc ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp cuûa nuùt naøy

trong heä thoáng so vôùi traïng thaùi ñieän aùp cô sôû ban ñaàu.

Khoái soá 8. Coù theå keát thuùc quaù trình phaân tích oån ñònh ñieän aùp vôùi keát quaû traïng thaùi ñieän aùp giôùi

haïn tính toaùn cuûa heä thoáng ñaõ ñöôïc xaùc ñònh xong ôû khoái soá 6 vaø soá 7 ñoái vôùi caáu truùc traïng thaùi cô

sôû hieän höõu ñaõ ñöôïc quyeát ñònh ôû ngay khôûi ñaàu thi haønh chöông trình. Cuõng coù theå chuyeån sang

khoái soá 9 ñeå tính toaùn tieáp tuïc phaân tích oån ñònh ñieän aùp vôùi caùc hình thaùi thay ñoåi caáu truùc heä thoáng

so vôùi caáu truùc traïng thaùi xaùc laäp cô sôû.

Khoái soá 9. Khoái soá 9 thöïc chaát cuõng laø khoái tính toaùn quyeát ñònh ñieàu kieän khôûi ñieåm, coù theå ñöôïc

aùp duïng ngay khi khôûi ñaàu chöông trình phaân tích oån ñònh ñieän aùp. Khi khoái naøy ñöôïc choïn aùp duïng

thì moät daïng bieán ñoåi caáu truùc heä thoáng ñöôïc aán ñònh ñeå khaûo saùt oån ñònh ñieän aùp. Caùc daïng thay

ñoåi caáu truùc heä thoáng coù theå ñöôïc choïn theo caùc tieán trình toùm taét nhö treân Hình 6.

Ñoái vôùi tieán trình tính toaùn bieán ñoåi taêng taûi thì möùc ñoä taêng coâng suaát maùy phaùt coù theå ñöôïc

kieåm soaùt bôûi ñoä doác trung bình cuûa ñaëc tính ñieàu toác cuûa turbin. Khi tính toaùn traïng xaùc laäp giôùi haïn

coù theå xem nhö quaù trình ñieàu taàn cuûa heä thoáng ñaõ coù hieäu löïc, taàn soá heä thoáng ñaõ thoûa maõn ñieàu

kieän kyõ thuaät.

Khi choïn tieán trình khaûo saùt aûnh höôûng buø VAR ñeán oån ñònh ñieän aùp, neáu bieåu dieãn keát quaû

treân caùc loaïi ñoà thò Q(U) thì ñaëc tính bieán ñoåi coâng suaát phaùt theo ñieän aùp cuûa tuï ñieän taïi moät nuùt thöù

(j) cuõng ñöôïc xeùt coäng chung vaøo ñaëc tính phuï taûi taïi nuùt ñoù.

Caùc tieán trình tính toaùn khaùc coù theå ñöôïc choïn, vaø sau ñoù seõ tieán haønh thöïc hieän laàn löôït caùc

khoái tính toaùn töø soá 2 ñeán soá 8 vôùi noäi dung töông töï nhö ñaõ moâ taû ôû treân.

71

Science & Technology Development, Vol 11, No.2-2008

3. VÍ DUÏ KEÁT QUAÛ TÍNH TOAÙN TREÂN SÔ ÑOÀ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN TIEÂU CHUAÅN IEEE.

Sô ñoà heä thoáng ñieän tieâu chuaån 30 nuùt (xem Hình 7) ñöôïc tham khaûo IEEE Trans. on Power

System. Vol.17,N^o1,February 2002. Taäp soá lieäu thoâng soá nhaùnh RXB(ñvtñ) vaø PQ(MVA) nuùt ñöôïc

ghi trong baûng. Caùc nuùt maùy phaùt ghi soá 1,2,3 vaø nuùt soá 30 laø nguoàn maùy phaùt caân baèng, coøn laïi laø

caùc nuùt taûi vôùi coâng suaát taûi PQ ñöôïc ghi daáu tröø.

Hình 7 – Sơ đồ hệ thống điện 30 nút IEEE và bảng thông số tính toán.

72

Science & Technology Development, Vol 11, No.2-2008

Khaûo saùt söï thay ñoåi thoâng soá giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp vôùi caùc ñieàu kieän vaän haønh nhö sau :

Ñieàu kieän A : xeùt traïng thaùi cô sôû ñeå so saùnh söï bieán ñoåi cuûa thoâng soá giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp.

Ñieàu kieän B : xeùt traïng thaùi vaän haønh heä thoáng khi ñaët tuï ñieän 7,5MVAr taïi nuùt soá 12 (buø taûi 100%).

Ñieàu kieän C : xeùt traïng thaùi bò maát moät toå maùy phaùt taïi nguoàn soá 1, chæ coøn phaùt S_1F=(50+j10)MVA.

Ñieàu kieän D : xeùt traïng thaùi vaän haønh heä thoáng ñiện khi bò caét ñoaïn ñöôøng daây (12-15).

3.1. Quan saùt ñoà thò bieåu dieãn söï thay ñoåi giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp ñoái vôùi nuùt soá 18 :

Nhaän ñöôïc caùc ñoà thò keát quaû khaûo saùt caùc ñieàu kieän vaän haønh, goàm : Ñoà thò Hình 8 : ñieàu kieän A;

Ñoà thò Hình 9 : ñieàu kieän B; Ñoà thò Hình 10 : ñieàu kieän C; Ñoà thò Hình 11 : ñieàu kieän D.

Caùc ñieàu kieän

vaän haønh

Ñieän aùp

khôûi ñieåm

Ñieän aùp giôùi

haïn an toaøn nuùt

18

Ñoä döï tröõ an

toaøn ñieän aùp

Ñieän aùp giôùi haïn

maát oån ñònh ñieän aùp

Ñoä döï tröõ giôùi

haïn ñieän aùp

Ñieàu kieän A

Ñieàu kieän B

Ñieàu kieän C

Ñieàu kieän D

0,903

0,89

0,898

0,871

0,887

16,5%

0.743

0.773

0.827

0.775

17,7%

0,913(taêng)

0,9(giaûm)

0,895(giaûm)

13,9%(giaûm)

5,1%(giaûm)

12,6%(giaûm)

15,3%(giaûm)

8,8%.(giaûm)

13,4%(giaûm)

73

Science & Technology Development, Vol 11, No.2-2008

3.2. Quan saùt ñoà thò bieåu dieãn söï thay ñoåi giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp ñoái vôùi nuùt soá 12 :

Nhaän ñöôïc caùc ñoà thò keát quaû khaûo saùt caùc ñieàu kieän vaän haønh, goàm : Ñoà thò Hình 12 : ñieàu kieän A;

Ñoà thò Hình 13 : ñieàu kieän B; Ñoà thò Hình 14 : ñieàu kieän C; Ñoà thò Hình 15 : ñieàu kieän D.

Caùc ñieàu kieän

vaän haønh

Ñieän aùp

khôûi ñieåm

Ñieän aùp giôùi

haïn an toaøn nuùt

12

Ñoä döï tröõ an

toaøn ñieän aùp

Ñieän aùp giôùi haïn

maát oån ñònh ñieän aùp

Ñoä döï tröõ giôùi

haïn ñieän aùp

Ñieàu kieän A

Ñieàu kieän B

Ñieàu kieän C

Ñieàu kieän D

0,916

0,904

0,916

0,88

0,902

14,1%

0.776

0.8

0.82

0.771

15,3%

0,93(taêng)

0,92(taêng)

0,921(taêng)

12,7%(giaûm)

4,5%(giaûm)

14,5%(taêng)

14%(giaûm)

9,9%.(giaûm)

16,3%(taêng)

Nhaän xeùt : Nuùt taûi soá 12 laø nuùt coù trò soá ñieän aùp cao hôn so vôùi ñieän aùp nuùt 18, nhöng ñoä döï tröõ oån

ñònh ñieän aùp thaáp hôn. Neáu ñaët tuï ñieän tónh 7,5MVAr taïi nuùt soá 12 thì ñieän aùp ñöôïc caûi thieän taïi nuùt

12 vaø taïi nuùt 18 (laân caän), tuy nhieân trò soá ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp cuûa caùc nuùt naøy bò giaûm. Ñieàu

naøy cuõng coù theå ñöôïc giaûi thích bôûi moâ phoûng toaùn hoïc : trò soá dung daãn cuûa tuï ñieän seõ ñöôïc tính

coäng theâm vaøo trò soá phaàn töû toång daãn y(12,12) treân ñöôøng cheùo chính cuûa ma traän toång daãn nuùt cuûa

heä thoáng vaø laøm giaûm trò soá y(12,12), nhö vaäy khi xeùt veà quan heä toaùn hoïc seõ laøm giaûm tính troäi cuûa

74

Science &Technology Development, Vol 11,No.2-2008

ma traän toång daãn nuùt, töùc laø daãn ñeán laøm giaûm khaû naêng xaùc ñònh nghieäm ñieän aùp moâ phoûng traïng

thaùi xaùc laäp heä thoáng vaø ñieàu naøy ñöôïc phaûn aùnh ôû trò soá bò giaûm cuûa ñoä döõ tröõ oån ñònh ñieän aùp cuûa

nuùt 12 (cuõng nhö cuûa nuùt 18 ôû vò trí laân caän) khi coù ñaët tuï ñieän taïi nuùt soá 12.

3.3. Ñoà thò thoâng soá giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp khi taêng coâng suaát taûi cuûa nuùt soá 18.

Ban ñaàu coâng suaát taûi nuùt 18 ñöôïc cho laø S₁₈=-(3,2+j0,9)MVA. Giaû thieát taûi cuûa nuùt 18 coù trò

soá ñònh möùc môùi, coâng suaát taêng leân laø S₁₈=-(5+j2)MVA. Traïng thaùi khôûi ñaàu ñöôïc tính toaùn vôùi

ñieän aùp caùc nuùt nguoàn ñeàu ñöôïc giöõ trò soá baèng 1. Ñoà thò thoâng soá giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp cuûa nuùt

18 vaø nuùt 12 ñöôïc bieåu thò treân caùc Hình 16 vaø Hình 17.

Thoâng soá

Nuùt

Nuùt taûi soá 18

Nuùt taûi soá 12

Ñieän aùp

khôûi ñieåm

0,938

Ñieän aùp giôùi

Haïn an toaøn

0,88

Ñoä döï tröõ an

toaøn ñieän aùp

9,3%(giaûm)

9,8%(giaûm)

Ñieän aùp giôùi haïn

maát oån ñònh ñieän aùp

0.798

Ñoä döï tröõ giôùi

haïn ñieän aùp

14,9%(giaûm)

14,8%(giaûm)

0,947

0,895

0,807

4. VÍ DUÏ KEÁT QUAÛ AÙP DUÏNG TREÂN SÔ ÑOÀ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN MIEÀN NAM VIEÄT NAM

GIAI ÑOAÏN NAÊM 2003 - 2004.

Sô ñoà tính toaùn heä thoáng ñieän mieàn Nam giai ñoaïn naêm 2003 ñöôïc thaønh laäp goàm 147 nuùt.

Thoâng soá RXB ñöôøng daây , Traïm 220-110kV vaø coâng suaát PQ ñöôïc caáp bôûi cô quan Ñieän löïc. Ñieàu

kieän tính toaùn ñöôïc thöïc hieän vôùi 10 nguoàn phaùt coâng suaát goàm caùc nhaø maùy ñieän Thuû ñöùc, BaøRòa,

ÑaNhim, TròAn, HaømThuaän, ThaùcMô, Ñami, HieäpPhöôùc, TraøNoùc, PhuùMyõ vaø toång taûi cuûa heä thoáng

laø 3036MW. Giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp ñöôïc tính toaùn vôùi ñieàu kieän vaän haønh khôûi ñieåm ñieän aùp caùc

nguoàn ñöôïc giöõ baèng 1. Soá lieäu keát quaû tính toaùn ñöôïc trích daãn minh hoïa trong baûng sau ñaây :

Traïm

Bieán aùp

Ñieän aùp

khôûi ñieåm haïn an toaøn nuùt

12

Ñieän aùp giôùi

Ñoä döï tröõ an

toaøn ñieän aùp

Ñieän aùp giôùi haïn

maát oån ñònh ñieän aùp

Ñoä döï tröõ giôùi

haïn ñieän aùp

Hình

18

19

20

21

Chôï lôùn

Caø mau

Caàn Thô

Tröôøng ñua

0,959

0,93

0,983

0,958

0,949

0,873

0,977

0,946

10,3%

11,8%

5,6%

0.849

0,77

0,923

0,888

11,5%

17,2%

6,1%

6,2%

7,3%

75

Science &Technology Development, Vol 11,No.2-2008

22

23

24

25

Hoûa Xa

Hoùc moân

Thuû ñöùc Baéc

Beán Thaønh

0,962

0,969

0,981

0,958

0,948

0,957

0,958

0,939

8%

0,872

0,849

0,891

0,868

9,4%

12,4%

9,2%

9,4%

11,3%

6,9%

7,6%

76

Science &Technology Development, Vol 11,No.2-2008

Nhaän xeùt : ÔÛ khu vöïc löôùi ñieän mieàn Taây Nam boä, traïm Caø mau coù ñieän aùp vaän haønh thaáp nhöng ñoä

döï tröõ oån ñònh ñieän aùp khoâng phaûi laø thaáp nhaát, trong khi traïm CaànThô coù ñieän aùp vaän haønh cao hôn

Traïm Caø mau nhöng ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp raát thaáp, deã bò maát oån ñònh ñieän aùp, do ñoù caàn phaûi

xem xeùt aùp duïng bieän phaùp kyõ thuaät hoã trôï ñieän aùp vaän haønh ñoái vôùi khu vöïc laân caän traïm Caàn Thô.

ÔÛ khu vöïc löôùi ñieän thaønh phoá Hoà Chí Minh coù caùc traïm taûi naëng vôùi ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp thaáp,

ví duï nhö : Beán Thaønh, Hoûa Xa, Tröôøng ñua, Thuû ñöùc Baéc… Trong ñieàu kieän vaän haønh thöïc teá, neáu

xaûy ra tình huoáng bieán ñoäng daãn ñeán bò giaûm ñieän aùp khaån caáp thì phaûi tính toaùn phöông thöùc vaän

haønh choáng söï coá caàn thieát, khoâng ñeå cho trò soá ñieän aùp taïi caùc nuùt suy giaûm tieán ñeán möùc

U=0,9(ñvtñ); bôûi vì khi ñieän aùp giaûm thaáp hôn trò soá naøy seõ daãn ñeán hieän töôïng suïp ñoå ñieän aùp caùc

khu vöïc troïng ñieåm, seõ gaây ra haäu quaû thieät haïi nghieâm troïng.

5. PHAÂN TÍCH VAØ KEÁT LUAÄN.

1. Nhieàu taùc giaû ñaõ ñeà nghò caùc quy trình tính toaùn khaùc nhau ñeå xaùc ñònh giôùi haïn oån ñònh ñieän

aùp cuûa heä thoáng ñieän, ñaõ ñöôïc toång quan toùm löôïc töø trang 19 ñeán 33 cuûa [9]. Ñaëc ñieåm

chính cuûa caùc quy trình tính toaùn naøy laø taêng daàn möùc taûi cuûa heä thoáng, vaø xaùc ñònh giôùi haïn

oån ñònh ñieän aùp nhôø aùp duïng pheùp tính phaân boá coâng suaát döï baùo hieäu chænh lieân tuïc nhö ñeà

caäp ôû trang 1012 ñeán 1016 cuûa [3], hoaëc nhôø aùp duïng pheùp ñònh daïng ñöôøng cong toång quaùt

nhö ñeà caäp trong [6], cuõng coù theå aùp duïng pheùp thaêm doø hai chieàu nhö [5]. Giaûi thuaät tính

toaùn giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp do chuùng toâi ñeà xuaát khoâng aùp duïng söï taêng daàn möùc taûi MW

cuûa heä thoáng, maø tính toaùn lieân tieáp xaùc ñònh caùc möùc ñoä phoái hôïp caùc trò soá söùc ñieän ñoäng

cuûa caùc nguoàn phaùt coù theå gaây ra maët baèng ñieän aùp heä thoáng xaáu daàn vaø tieán ñeán giôùi haïn

suïp ñoå ñieän aùp nhö ñaõ ñeà caäp ôû khoái tính toaùn soá 3, soá 4 vaø soá 5 (xem Hình 3). Keát quaû tính

ñöôïc trò soá ñieän aùp giôùi haïn theo giaûi thuaät cuûa chuùng toâi ñaõ phaûn aùnh ñöôïc ñaëc ñieåm söï coá

suïp ñoå ñieän aùp heä thoáng ñieän ñaõ xaûy ra trong thöïc teá, maø ñöôïc toång keát ôû trong [1],[2],[3].

2. Khi ñaët tuï ñieän tónh ñeå buø VAR taïi moät nuùt trong heä thoáng thì ñieän aùp ñöôïc caûi thieän taïi nuùt

ñoù vaø taïi caùc nuùt laân caän, tuy nhieân ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp thöôøng bò giaûm ñi, do ñoù caàn

phaûi tính toaùn tröôùc, nhaèm chæ ñònh bieän phaùp kieåm soaùt vaän haønh heä thoáng thích hôïp ñeå

traùnh maát oån ñònh ñieän aùp khi xaûy ra söï bieán ñoäng ngaãu nhieân cuûa moät traïng thaùi xaùc laäp.

77

Science &Technology Development, Vol 11,No.2-2008

3. Trong khi vaän haønh heä thoáng ñieän coù theå coù caùc thao taùc ñoùng-caét phaàn töû heä thoáng laøm thay

ñoåi thoâng soá caáu truùc heä thoáng, nhö vaäy seõ daãn ñeán söï thay ñoåi ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp, tuøy

theo caáu truùc heä thoáng maø moät soá nuùt seõ coù ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp taêng leân vaø moät soá nuùt

khaùc seõ coù ñoä döï tröõ oån ñònh ñieän aùp giaûm ñi, caùc tình huoáng naøy caàn phaûi ñöôïc tính toaùn

khaûo saùt tröôùc ñeå coù theå chæ ñònh phöông thöùc vaän haønh an toaøn ñoái vôùi heä thoáng ñieän.

4. Chöông trình ñöôïc thieát laäp ñuû chöùc naêng laøm coâng cuï ñoái chieáu cô baûn ñeå nghieân cöùu phaùt

trieån caùc phöông phaùp tính toaùn giôùi haïn oåân ñònh ñieän aùp. Chöông trình cuõng ñaõ ñöôïc aùp

duïng trong coâng taùc giaûng daïy trong caùc naêm qua taïi tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa.

A NEW ALGORITHM FOR DETERMINING THE MULTI-MACHINE

POWER SYSTEM VOLTAGE STABILITY MARGIN WITH BM_CRITERION

Luu Huu Vinh Quang

University of Technology – VietNam National University – HCM City.

ABSTRACT : The BM_criterion is usually applied to analyse the one-machine power system voltage

stability. However, there are many problems to solve in calculating the multi-machine power system voltage

stability margin with the BM_criterion application. A new improved algorithm is proposed and a PC program is

created for the multi- machine power system voltage stability margin computation with several tasks. The

representative results of voltage stability margin computation with respect to different tasks, such as VAR

compensation, load-increase, source-outage and change of network configuration, etc., are performed on an

IEEE standard electrical power system and on the southern vietnam’s electrical power system.

Key word : Voltage stability margin, multimachine power system.

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

1. Carson Taylor. Power System Voltage Stability. McGrawHill 1994.

2. V.Venikov. Transient Processes in Electrical Power Systems. Mir Publishers Moscow 1980.

3. Prabha Kundur. Power System Stability and Control. McGrawHill 1994.

4. V. Ajjarapu, P.L.Lau, S. BattuLa. An optimal reactive power planning strategy against voltage

collapse. IEEE Trans. On Power System Vol.9 N^o2May1994.

5. T.V.Cutsem,C.Moisse,R.Mailhot. Determination of secure operating limit with respect to

voltage collapse. IEEE Trans. On Power System Vol.14 N^o1February1999.

6. Zhihong Jia, B.Jeyasurya. Contigency Rangking for On-line Voltage Stability Assesement.

IEEE Trans. On Power System Vol.15 N^o3August2000.

7. A.J.Flueck, R.Gonella, J.R.Dondeti. A New Power Sensitivity Method of Rangking Branch

Outage Contigencies for Voltage Collapse. IEEE Trans.on Power System Vol.17N^o2May2002.

8. C.Vournas, M.Karystianos. Load Tap Changers in Emergency and Preventive Voltage Stability

Control. IEEE Trans.on Power System Vol.19N^o1February2004.

9. Löu Höõu Vinh Quang. Chöông trình tính toaùn giôùi haïn oån ñònh ñieän aùp cuûa heä thoáng ñieän

nhieàu nguoàn. 61 trang. Chöùng nhaän baûn quyeàn taùc giaû soá 251/2005/QTG – Ngaøy 4/3/2005.

78