Báo cáo nghiên cứu khoa học: "KHẢO SÁT QUAN HỆ CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ ĐIỆN ÁP TẠI NÚT PHỤ TẢI ĐỂ ĐÁNH GIÁ GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP" ppsx

KHẢO SÁT QUAN HỆ CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ
ĐIỆN ÁP TẠI NÚT PHỤ TẢI ĐỂ ĐÁNH GIÁ GIỚI HẠN
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
AN INVESTIGATION INTO VOLTAGE AND POWER ACTIVE RELATION
AT THE LOAD BUS TO ESTIMATE VOLTAGE STABILITY LIMIT


ĐINH THÀNH VIỆT – NGÔ VĂN DƯỠNG
Đại học Đà Nẵng
LÊ HỮU HÙNG
Công ty Truyền tải điện 2 - EVN


TÓM TẮT
Bài báo trình bày phương pháp khảo sát quan hệ công suất tác dụng và điện áp (PV) tại nút
tải để tìm giới hạn ổn định điện áp làm cơ sở xây dựng miền làm việc cho phép theo điều kiện
giới hạn ổn định điện áp tại nút tải.
ABSTRACT
This paper presents a method of studying the relationship between the active power and
voltage (PV) at the load bus to identify the voltage stability limit. As a foundation for building a
permitted operation region working in complying with the voltage stability limit at the load bus.


1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nhờ thực hiện chủ trương đổi mới của Đảng, nền kinh tế Việt Nam từ năm 1985 đến
nay đã tăng trưởng với tốc độ bình quân 7%/năm. Nhiều khu công nghiệp lớn, khu kinh tế mở
và khu dân cư mới được hình thành, để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tăng nhanh theo tốc độ
tăng trưởng của phụ tải, Nhà nước đã huy động một nguồn vốn lớn để đầu tư phát triển Hệ
thống điện. Ngày 27/5/1994 đã đóng điện đưa đường dây 500kV vào vận hành kết nối HTĐ ba
miền thành HTĐ hợp nhất Bắc-Trung-Nam, tạo điều kiện để khai thác một cách hiệu quả các
nguồn điện hiện có truyền tải và cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Trong những năm qua HTĐ

Việt Nam liên tục phát triển, đến nay lưới điện 500kV có tổng chiều dài là 3466km và 11 trạm
biến áp với tổng công suất là 6600MVA. Hiệu quả do các HTĐ hợp nhất mang lại là rất lớn,
tuy nhiên trên các HTĐ hợp nhất có các đường dây siêu cao áp đã xuất hiện nhiều vấn đề kỹ
thuật khá phức tạp cần được giải quyết trong thiết kế cũng như vận hành. Một trong những vấn
đề đó là lượng công suất phản kháng do các đường dây siêu cao áp sinh ra rất lớn tỉ lệ với bình
phương điện áp, đã gây ảnh hưởng đến khả năng tải của đường dây, tác động đến chế độ làm
việc của máy phát và phân bố điện áp trong các mạng điện áp thấp, đặc biệt là tác động đến ổn
định điện áp trong HTĐ. Để giải quyết vấn đề nầy thường lắp đặt các tụ bù dọc và kháng bù
ngang trên các đường dây truyền tải, trong HTĐ Việt Nam trên các đoạn đường dây 500kV có
khoảng cách lớn, ở hai đầu được lắp đặt tụ bù dọc với mức độ bù là 60% và kháng điện bù
ngang với mức độ bù là 70%. Tuy nhiên trào lưu công suất trên các đường dây truyền tải
thường thay đổi rất lớn, cho nên ở chế độ tải nặng điện áp các nút giảm xuống đáng kể và dễ
dàng đẩy HTĐ rơi vào trạng thái mất ổn định. Đối với HTĐ Việt Nam hiện nay công suất
truyền tải trên đường dây 500kV luôn ở mức cao, công suất trên đường dây 500kV Pleiku –
Đà Nẵng khoảng 1600MW và trên đường dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh là 1200MW nên
điện áp ở các thanh cái 500kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Hà Tĩnh thường ở mức thấp vào khoảng
475kV ở giới hạn thấp nhất của điện áp vận hành bình thường và có thời điểm điện áp xuống
đến 455kV. Do đó việc nghiên cứu đánh giá ổn định và tìm các giải pháp để nâng cao độ dự
trữ ổn định cho HTĐ Việt Nam là rất cần thiết. Thực tế vận hành trong thời gian qua HTĐ
Việt Nam đã có những sự cố liên quan đến mất ổn định điện áp dẫn đến mất điện trên diện
rộng xảy ra vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 và ngày 04/9/2007 [3]. Các hiện
tượng tan rã lưới trên diện rộng (black-out) cũng đã xảy ra đối với nhiều HTĐ trên Thế giới
như: tại Ý ngày 28/9/2003, Nam Thụy Điển và Đông Đan Mạch ngày 23/9/2003, phía Nam
Luân Đôn ngày 28/8/2003, Phần Lan ngày 23/8/2003, Mỹ-Canada ngày 14/8/2003 [1,2], tất
cả các trường hợp trên đều liên quan đến mất ổn định điện áp.
Hiện nay nước ta đang và sẽ rơi vào tình trạng thiếu nguồn điện trong khi phụ tải tăng
nhanh, do đó các đường dây truyền tải sẽ làm việc ở công suất giới hạn cho phép và điện áp tại
các nút sẽ có nguy cơ sụt giảm mạnh xuống dưới mức cho phép và có thể tiến đến mức giới
hạn về ổn định điện áp. Mặt khác, nước ta đang trong giai đoạn thực hiện vận hành thị trường
điện lực ở khâu phát điện và sẽ tiến tới thị trường bán buôn và sau đó là thị trường bán lẽ theo

lộ trình Chính phủ đã đề ra. Khi đó phương thức điều độ vận hành hệ thống điện sẽ phức tạp
hơn nhiều và công suất truyền tải trong lưới điện sẽ phụ thuộc không chỉ vào công suất phát
của nhà máy điện, công suất tiêu thụ của phụ tải mà còn phụ thuộc vào cả giá bán điện của các
nhà máy, các hợp đồng song phương… nên việc nghiên cứu ổn định điện áp để đảm bảo an
toàn trong vận hành hệ thống điện càng được đặc biệt quan tâm.

2. KHẢO SÁT QUAN HỆ PV TẠI NÚT PHỤ TẢI
Xét hệ thống điện đơn giản cấp điện cho phụ tải 2 từ nguồn 1 (HT: hệ thống) như hình
1 trong đó tất cả các đại lượng được xét trong hệ đơn vị tương đối (pu).








Hình 1
Giả sử
111

 VV

,
222

 VV

là điện áp tại các nút 1 và 2.
Chọn điện áp

1
V

làm điện áp tham chiếu, ta có
01
1
V

pu.
Theo [1, 2] ta có các công thức xác định công suất tại phụ tải 2 như sau:
2
2
12
21
2
sin)sin(
).(

X
V
X
VV
P 
(1)
X
VV
Q
2
222
2

cos 


(2)
Từ (1) và (2) suy ra:
222
sin

VXP 
(3)

222
2
2
cos

VXQV  (4)
Bình phương 2 vế (3), (4) và cộng 2 phương trình với nhau để khử 
2
, ta được phương
trình trùng phương sau:
V
1
V
2
jX

HT

1

2









012
2
2
2
2
2
22
4
2
 XQXPVXQV
(5)
Từ (5) cho phép xác định được V
2
khi đã biết P
2
, Q
2
và X với điều kiện ràng buộc V
2


0. Khảo sát quan hệ PV trong các trường hợp sau:
a. Trường hợp cos

2
= 1 (Q
2
= 0):
Từ (5) ta có:



0
2
2
2
2
4
2
 XPVV
(6)
Với điều kiện V
2
 0, phương trình (6) có 2 nghiệm:
Phương trình bậc 2 đối với
2
2
V cho nghiệm:
 
 












2
411
2
411
2
2
2
2
2
2
XP
V
XP
V
b
a
(7)
Khi P
2

= 0 (không tải) thì (7) sẽ cho 2 giá trị của
2
V
:
V
2a
= 1 Đây là chế độ bình thường.
V
2b
= 0 Đây là chế độ ngắn mạch tại nút 2.
Khi tăng dần phụ tải P
2
từ 0 lên thì từ (7) cho thấy điện áp V
2a
sẽ giảm dần, trong khi
V
2b
sẽ tăng dần cho đến khi gặp nhau tại 1 điểm G nào đó. Ta thể hiện 2 đường cong V
2a
, V
2b

trên đồ thị hình 2:

Hình 2: Đường cong PV tại nút phụ tải 2

Điểm G ứng với công suất giới hạn P
2gh
của phụ tải 2. P
2gh
xuất hiện khi
ba
VV
22

,
theo (7) ta có:

   
2
411
2
411
2
2
2

2 ghgh
XPXP 


(8)
Suy ra
X
P
gh
2
1
2

(9)
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

P2 (pu)

V2
(pu)
cos

= 0.7

V2a

V2b

Thay P
2gh
trong (9) vào (7) ta sẽ xác định được điện áp giới hạn tại nút 2:
7071,0
2
1
2

gh
V (10)
Nếu P
2
> P
2gh
thì (6) vô nghiệm, khi đó hệ thống không tồn tại chế độ xác lập.
b. Trường hợp cos

2
< 1 (Q
2


0):
Từ (5) ta có các nghiệm của điện áp
2
V như sau:












2
44121
2
44121
2
2
2
22
2
2
2
2
22
2
PXXQXQ
V
PXXQXQ
V

b
a
(11)
Thay
222

tgPQ 
vào (11) ta được:












2
44121
2
44121
2
2
2
2222
2
2

2
2
2222
2
PXtgXPtgXP
V
PXtgXPtgXP
V
b
a


(12)
Khi P
2
=0 ta có: V
2a
=1 và V
2b
=0, cho P
2
tăng dần lên thì V
2a
, V
2b
sẽ thay đổi theo
những đường cong và 2 đường cong này sẽ gặp nhau tại điểm giới hạn G khi P=P
gh
và khi đó
ba

VV
22

. Từ (12) suy ra:
0441
2
2
2
22

ghgh
PXtgXP

(13)
Giải phương trình (13) xác định được 2 nghiệm P
2gh
, ta chọn P
2gh
dương:

2
2
2
cos2
sin1


X
P
gh



(14)
Thay (14) vào 12 xác định được V
2gh
:
2
2
2
2
cos2
sin1




gh
V
(15)
Từ (14) và (15) cho phép xác định được quan hệ giữa
gh
V
2
và
gh
P
2
:
2
2

2
cos

XP
V
gh
gh

(16)
Từ (14) và (15) ta nhận thấy P
2gh
phụ thuộc cos
2
, sin
2
và X nghĩa là phụ thuộc tính
chất phụ tải và thông số đường dây, còn V
2gh
chỉ phụ thuộc tính chất phụ tải. Giả sử X=0,4pu
và cos
2
=0,8, xét 2 trường hợp sau:
- Phụ tải có tính cảm Q
2
> 0(sin
2
>0): P
2gh
= 0,7835pu; V
2gh

= 0,5901pu
- Phụ tải có tính dung Q
2
< 0 (sin
2
<0): P
2gh
= 2,5pu; V
2gh
= 1,118pu
Từ (12) biểu diễn mối quan hệ PV và từ (16) biểu diễn mối quan hệ giữa P
2gh
và V
2gh

lên đồ thị hình 3.

3. KẾT LUẬN
Qua khảo sát quan hệ giữa điện áp và công suất nút tải (PV) cho thấy tồn tại điểm
(P
2gh
, V
2gh
), đây chính là điểm giới hạn ổn định điện áp nút tải. Điện áp giới hạn V
2gh
chỉ phụ
thuộc vào hệ số công suất của phụ tải mà không phụ thuộc vào điện kháng của đường dây.
Trong khi đó công suất giới hạn P
2gh
phụ thuộc vào hệ số công suất của phụ tải đồng thời tỉ lệ
nghịch với điện kháng của đường dây. Hệ số công suất càng bé thì công suất tác dụng giới
hạn P
2gh
sẽ càng giảm, như vậy sử dụng tụ bù ngang có thể nâng cao công suất giới hạn của
phụ tải.
Với hệ số công suất không đổi tăng công suất phụ tải sẽ làm cho điện áp giảm, khi P
2

lớn hơn P
2gh
theo đồ thị hình 2 và hình 3 cho thấy khi đó hệ thống không tồn tại chế độ xác lập
(hệ thống mất ổn định). Đây là cơ sở cho phép sử dụng các phần mềm tính toán giải tích mạng
điện để xây dựng miền làm việc cho phép cho nút tải trên mặt phẳng công suất, bằng cách làm

nặng dần chế độ (tăng dần phụ tải cho đến khi bài toán không hội tụ) để xác định toạ độ điểm
giới hạn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] C.W. Taylor (1994), Power System Voltage Stability, McGraw-Hill, New York
[2] P. Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw Hill, New York.
[3] Operation Group Report, “Operation report on May 2005, December 2006 and
September 2007”, National Load Dispatch Center – EVN, Việt Nam.

0.5

1

1.5

2

2.5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

P
2
(pu)

V
2a,
V
2b
(pu)

Ghep 2 đồ thị V
2a
, V
2b

cos

=0,9, tải cảm

cos

=0,8, tải cảm

cos


=0,8, tải dung

V
2gh

Hình 3: Đồ thị quan hệ
22
VP
với
2
cos

khác nhau