Hiện tượng sụp đổ điện áp và phương pháp đánh giá mức độ ổn định điện áp các nút trên lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-----------------

TRỊNH THỊ HOÀNG YẾN

HIỆN TƯỢNG SỤP ðỔ ðIỆN ÁP VÀ PHƯƠNG PHÁP
ðÁNH GIÁ MỨC ðỘ ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP CÁC NÚT
TRÊN LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành

: ðiện khí hóa SXNN & Nông thôn

Mã số

: 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÃ VĂN ÚT

HÀ NỘI - 2012


LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược
công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn

này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược
chỉ rõ nguồn gốc.

Hà nội, ngày tháng năm 2012
Người cam ñoan

Trịnh Thị Hoàng Yến

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

i


LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, ñến nay ñề tài “Hiện tượng sụp ñổ
ñiện áp và phương pháp ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh ñiện áp các nút trên lưới
ñiện phân phối” ñã ñược hoàn thành. Trong thời gian thực hiện ñề tài, Tôi ñã
nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và
ngoài trường.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thày giáo GS.TS Lã Văn Út hiện
ñang công tác tại Bộ môn Hệ thống ñiện trường ðại học Bách Khoa Hà Nội
ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thày, cô giáo trong Bộ môn Cung cấp và sử
dụng ñiện khoa Cơ - ðiện, trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, các cán bộ chi
nhánh ñiện lực thành phố Thái Bình, ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho
tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên và
giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

Trịnh Thị Hoàng Yến

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN

i

LỜI CẢM ƠN

ii

MỤC LỤC

iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

vi

DANH MỤC BẢNG

vii

DANH MỤC HÌNH

viii

MỞ ðẦU

1

I. Mục ñích nghiên cứu và lí do chọn ñề tài

1

II. Phương pháp nghiên cứu

2

III. ðối tượng nghiên cứu và ứng dụng

2

IV. Nội dung luận văn

2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ðỊNH HỆ THỐNG ðIỆN VÀ HIỆN
TƯỢNG SỤP ðỔ ðIỆN ÁP CÁC NÚT TẢI

3

1.1. Khái niệm về ổn ñịnh hệ thống ñiện

3

1.1.1 Giới hạn truyền tải và khái niệm ổn ñịnh tĩnh

3

1.1.2 Khái niệm về ổn ñịnh ñộng

8

1.2. Yêu cầu ñảm bảo chất lượng ñiện áp và ổn ñịnh phụ tải lưới ñiện phân phối 11
1.2.1 Khái niệm chung

11

1.2.2 Ảnh hưởng giới hạn cung cấp ñiện theo ñiều kiện ổn ñịnh ñiện áp

12

1.2.2.1. Giới hạn CCð theo các ñiều kiện khác nhau, biểu diễn trên mặt phẳng
công suất

13

1.2.2.2. Kết quả khảo sát cụ thể (bằng số) cho lưới ñiện ñơn giản

15

1.2.2.3. Nhận xét, so sánh về giới hạn cung cấp ñiện

16

1.3. Các biện pháp nâng cao ổn ñịnh ñiện áp

17

1.3.1. ðiều chỉnh ñiện áp (Q) máy phát ñiện

17

1.3.2. ðiều chỉnh ñầu phân áp của MBA ñiều áp dưới tải

17

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

iii


1.3.3. Sử dụng máy bù ñồng bộ

18

1.3.4. Sử dụng các thiết bị bù tĩnh

18

1.4. Kết luận chương 1

19

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP VÀ
CÁC CHỈ TIÊU ðÁNH GIÁ MỨC ðỘ ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP CÁC NÚT 20
2.1. Giới hạn ổn ñịnh ñiện áp của sơ ñồ cung cấp ñiện ñơn giản nhất

20

2.1.1. Sơ ñồ ñơn giản bỏ qua ñiện trở và ñiện dung

21

2.1.2 Sơ ñồ rẽ nhánh, có ñiện trở tác dụng

25

2.2. Tiêu chuẩn ổn ñịnh ñiện áp trong HTð phức tạp và các phương pháp tìm giới
hạn ổn ñịnh

27

2.2.1. Phương pháp phân tích chỉ số ổn ñịnh nút tải

27

2.2.2. Phương pháp tính liên tiếp chế ñộ xác lập

28

2.3. Một số chỉ tiêu ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh ñiện áp LðPP

29

2.3.1. Hệ số dự trữ ổn ñịnh theo kịch bản ñiển hình

29

2.3.2. Hệ số sụt áp các nút

30

2.3.3. Miền ổn ñịnh trong không gian công suất nút

31

2.4. Các kết luận chương 2

31

CHƯƠNG 3 KHAI THÁC PHẦN MỀM CONUS ðỂ TÍNH TOÁN PHÂN
TÍCH ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI

32

3.1. Giới thiệu phần mềm Conus

32

3.2. Mô hình lưới ñiện trong chương trình Conus

32

3.2.1. Nhánh chuẩn

32

3.2.2. Lưới chuẩn

33

3.2.3. Sơ ñồ thay thế các phần tử cơ bản của lưới ñiện

34

3.2.3.1. Các ñường dây tải ñiện

34

3.2.3.2. Các máy biến áp ñiện lực

36

3.2.3.3. Các kháng ñiện, tụ ñiện (bù ngang, bù dọc)

37

3.2.3.4. Mô hình phụ tải

37

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

iv


3.2.3.5. ðặc tính tĩnh phụ tải nút có máy biến áp ñiều áp dưới tải

38

3.2.3.6. Thiết bị bù có ñiều khiển

39

3.3 Thuật toán xác ñịnh chế ñộ giới hạn ổn ñịnh trong chương trình Conus

39

3.3.1 Tiêu chuẩn mất ổn ñịnh phi chu kỳ

39

3.3.2 Xác ñịnh chế ñộ giới hạn và miền ổn ñịnh trong chương trình Conus

42

3.4. Ví dụ áp dụng chương trình Conus phân tích ổn ñịnh ñiện áp HTð 14 nút 47
3.4.1 Kết quả tính chế ñộ xác lập

48

3.4.2. Tính toán kiểm tra chế ñộ hệ thống với bù tĩnh ñặt vào các nút 3, 6, và 8 52
3.4.3. Chế ñộ có SVC tại nút 14 với công suất SVC là 50 MVA

55

3.5. Kết luận chương 3

57

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CHẾ ðỘ LÀM VIỆC CỦA LỘ
973E11.3 THÀNH PHỐ THÁI BÌNH VÀ KIỂM TRA ỔN ðỊNH ðIỆN ÁP 59
4.1. Khái quát lưới ñiện trung áp

59

4.2. Hiện trạng nguồn ñiện, lưới ñiện và phụ tải lộ 973E11.3 Thái Bình

60

4.3. Các số liệu tính toán ban ñầu

62

4.3.1. Cơ sở tính toán

62

4.3.2. Các số liệu ban ñầu (nhập vào chương trình conus)

62

4.4. Tính toán phân bố ñiện áp các nút trong chế ñộ làm việc bình thường

68

4.4.1. Phân bố ñiện áp các nút

68

4.5. Tính toán phân tích ổn ñịnh ñiện áp

71

4.5.1. Tính toán với giả thiết giữ ñiện áp thanh cái cung cấp không ñổi.

71

4.5.2 Tính toán ổn ñịnh ñiện áp xét ñến công suất hệ thống hữu hạn

75

4.5.3. Xét hiệu quả nâng cao ổn ñịnh bằng giải pháp bù CSPK

76

4.6. Các kết luận chương 4

81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

82

KẾT LUẬN

82

KIẾN NGHỊ

83

TÀI LIỆU THAM KHẢO

84

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CLðN

: Chất lượng ñiện năng

HTCCð

: Hệ thống cung cấp ñiện

HTð

: Hệ thống ñiện

CðXL

: Chế ñộ xác lập

CSPK

: Công suất phản kháng

QTQð

: Quá trình quá ñộ

CðQð

: Chế ñộ quá ñộ

CLðA

: Chất lượng ñiện áp

LðPP

: Lưới ñiện phân phối

LðTA

: Lưới ñiện trung áp (10kV - 35kV)

CCð

: Cung cấp ñiện

KðB

: Không ñồng bộ

SððA

: Sụp ñổ ñiện áp

OððA

: Ổn ñịnh ñiện áp

MBA

: Máy biến áp

TððC

: Tự ñộng ñiều chỉnh

PTðT

: Phương trình ñặc trưng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

vi


DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

Bảng 3.1 Số liệu nút ..................................................................................... 48
Bảng 3.2 Số liệu nhánh................................................................................. 48
Bảng 3.3: Kết quả tính CðXL lưới IEEE 14 nút khi chưa bù ....................... 49
Bảng 3.4: Kết quả tính CðXL lưới IEEE 14 nút khi bù tĩnh......................... 52
Bảng 4.1: Số liệu nút phụ tải ........................................................................ 62
Bảng 4.2: Số liệu nhánh ............................................................................... 64
Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật của các MBA 10/0,4 kV sản xuất tại ðông Anh –
Hà Nội (PL1.5 [5]) ....................................................................................... 67
Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật của MBA 110/35/10kV................................... 68
Bảng 4.5: ðiện áp các nút cao áp khi thanh cái lưới cao áp ñặt 10 kV.......... 69
Bảng 4.6: ðiện áp các nút cao áp ñáng lưu ý................................................ 70
Bảng 4.7: ðiện áp các nút hạ áp ................................................................... 70
Bảng 4.8. Kết quả phân tích ổn ñịnh ñiện áp ................................................ 72
Bảng 4.9: Kết quả tính toán với tụ bù cố ñịnh............................................... 77
Bảng 4.10: Kết quả tính toán với bù bằng SVC ............................................ 79

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

vii


DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

Hình 1.1: Mô hình HTð ñơn giản .................................................................. 3
Hình 1.2: ðặc tính công suất truyền tải .......................................................... 5
Hình 1.3: ðặc tính công suất phản kháng của HTð....................................... 7
Hình 1.4: ðặc tính công suất máy phát khi cắt một trong hai ñường dây truyền tải . 8
Hình 1.5: Quá trình sụp ñổ ñiện áp ............................................................... 11
Hình 1.6. Sơ ñồ khảo sát giới hạn CCð theo ðK sụp ñổ ñiện áp .................. 14
Hình 1.7. Giới hạn CCð theo các ðK với L=0,8, bán kính l= 10km ............ 16
Hình 1.8. Giới hạn CCð theo các ðK với L=0,8, bán kính l= 20km. ........... 16
Hình 2.1: Sơ ñồ hệ thống ñiện ñơn giản ....................................................... 20
Hình 2.2: Sơ ñồ ñơn giản bỏ qua ñiện trở và ñiện dung ................................ 21
Hình 2.3: ðường cong biến thiên ñiện áp ..................................................... 22
Hình 2.4: ðặc tính công suất truyền tải ứng với cosφ khác nhau .................. 23
Hình 2.5: ðường cong giới hạn miền ổn ñịnh khi P, Q thay ñổi ñồng thời theo
hướng bất kỳ ................................................................................................ 24
Hình 2.6: Sơ ñồ mạng 2 cửa có ma trận ñiện dẫn.......................................... 25
Hình 2.7 Miền ổn ñịnh trong mặt phẳng công suất truyền tải ....................... 26
Hình 2.8: ðồ thị biến thiên ñiện áp các nút................................................... 30
Hình 3.1, a. Nhánh chuẩn ............................................................................. 32
Hình 3.1, b. Nhánh chuẩn............................................................................. 33
Hình 3.2. Sơ ñồ lưới chuẩn........................................................................... 34

Hình 3.3. Sơ ñồ thay thế ñường dây U≤35kV............................................... 34
Hình 3.4. a, Sơ ñồ nguyên lý. ....................................................................... 35
b, Sơ ñồ thay thế ñường dây ñiện áp cao và các ñường dây cáp.................... 35
Hình 3.5. Mô hình bằng chuỗi các mắt xích hình Π ..................................... 35

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

viii


Hình 3.6. a. Sơ ñồ nguyên lý ........................................................................ 35
b. Mô hình theo sơ ñồ hình Π tổng hợp ........................................................ 35
Hình 3.7. a. Sơ ñồ nguyên lý máy biến áp 2 cuộn dây .................................. 36
b. Sơ ñồ thay thế máy biến áp 2 cuộn dây..................................................... 36
Hình 3.8. a. Sơ ñồ nguyên lý máy biến áp 3 cuộn dây .................................. 37
b. Sơ ñồ thay thế máy biến áp 3 cuộn dây..................................................... 37
Hình 3.9. Nút có máy biến áp ñiều áp dưới tải (a) ........................................ 38
Hình 3.10. SVC (a), mô hình tương ñương (b) và ñặc tính công suất (c) ...... 39
Hình 3.11: Quá trình làm biến thiên thông số chế ñộ giới hạn ...................... 43
Hình 3.14: Sơ ñồ HTD mẫu IEEE 14 nút ..................................................... 47
Hình 3.15: ðường cong biến thiên ñiện áp các nút 2,6,13,14........................ 51
Hình 3.16 Tốc ñộ biến thiên ñiện áp các nút 2,6,13,14 ................................. 52
Hình 3.17: ðường cong biến thiên ñiện áp khi bù tĩnh ................................. 55
Hình 3.18: ðường cong biểu diễn sự biến thiên ñiện áp khi ñặt bù bởi SVC 56
Hình 3.19: Miền ổn ñịnh nút 14.................................................................... 57
Hình 4.1: Sơ ñồ nguyên lý lưới ñiện lộ 973E11.3 Thành phố Thái Bình....... 61
Hình 4.2: Nhập số liệu nút phụ tải trên chương trình .................................... 64
Hình 4.3: Nhập số liệu nhánh ñường dây vào chương trình .......................... 67
Hình 4.4: Thông số máy biến áp vào chương trình ....................................... 68
Hình 4.5 Các ñường cong biến thiên ñiện áp nút. ......................................... 74

Hình 4.6. Miền ổn ñịnh công suất nút 102 .................................................... 75

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

ix


MỞ ðẦU
I. Mục ñích nghiên cứu và lí do chọn ñề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, nhu cầu tiêu thụ ñiện của
nước ta tăng trưởng không ngừng. ðặc biệt trong quá trình công nghiệp hoá,
hiện ñại hoá ñất nước, hệ thống truyền tải ñiện xoay chiều Việt Nam ñã ñang
và sẽ phát triển không ngừng cả về cấu trúc và quy mô ñịa lý. Tuy nhiên, do
một số ñiều kiện kinh tế - xã hội và môi trường gây ảnh hưởng ñến việc xây
dựng các hệ thống truyền tải và phát ñiện mới. Vì vậy, hệ thống ñiện Việt
Nam luôn vận hành trong tình trạng thiếu ñiện và có nguy cơ mất ổn ñịnh cao.
Khi các thông số của hệ thống thay ñổi nhân viên ñiều ñộ thực hiện
ñiều chỉnh máy phát, máy biến áp hoặc các thiết bị bù ñể ổn ñịnh ñiện áp. Tuy
nhiên, khi các thiết bị này ñạt ñến giới hạn ñiều chỉnh thì mọi hoạt ñộng ñiều
chỉnh không thể thực hiện ñược. Hơn nữa, khi phụ tải tăng ñến một giới hạn
công suất nào ñó, nguy cơ mất ổn ñịnh ñiện áp và sụp ñổ ñiện áp có thể xảy ra
ngay tại nút tải.
Sụp ñổ ñiện áp ñặc trưng bởi hiện tượng ñiện áp giảm ñột ngột tại một
nút hoặc thậm chí nhiều nút trong hệ thống ñiện. Nguyên nhân chính gây ra
sụp ñổ ñiện áp là do hệ thống ñiện không ñáp ứng ñủ nhu cầu công suất phản
kháng của phụ tải (có chứa nhiều ñộng cơ không ñồng bộ) và tổn thất truyền
tải. Trước khi sụp ñổ ñiện áp (vận hành ở gần giới hạn ổn ñịnh) ñiện áp nút
dao ñộng rất mạnh. Vì thế hiện tượng sụp ñổ ñiện áp có ảnh hưởng lớn ñến
chất lượng ñiện năng (CLðN) và sự làm việc bình thường của các thiết bị
dùng ñiện.

Trong bối cảnh trên, cùng với sự ñòi hỏi ngày càng cao về chất lượng
ñiện năng của khách hàng, ngày nay khi thiết kế và vận hành hệ thống cung
cấp ñiện (HTCCð) người ta ñưa thêm nhiều chỉ tiêu mới nhằm nâng cao ñộ
tin cậy và CLðN trong ñó có yêu cầu về ổn ñịnh ñiện áp.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

1


ðề tài luận văn ñược chọn nhằm tìm hiểu và nghiên cứu các nội dung
về ổn ñịnh ñiện áp trong HTCCð, tính toán ứng dụng thử vào sơ ñồ cụ thể
lưới phân phối ñiện Việt Nam.
II. Phương pháp nghiên cứu
- ðể thực hiện ñề tài luận văn ñi sâu nghiên cứu cơ sở lí thuyết, kết hợp
khai thác các công cụ tính toán hiện ñại.
- Thu thập số liệu thực tế tính toán ứng dụng nhằm ñánh giá hiệu quả
của nội dung nghiên cứu.
III. ðối tượng nghiên cứu và ứng dụng
Kết quả nghiên cứu nhằm ứng dụng vào các tính toán thiết kế và quản
lí vận hành lưới ñiện phân phối các khu vực Việt Nam.
IV. Nội dung luận văn
Với mục ñích và phương pháp ñã ñặt ra luận văn ñược thực hiện theo
các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về ổn ñịnh hệ thống ñiện và hiện tượng sụp ñổ
ñiện áp các nút tải
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu ổn ñịnh ñiện áp và các chỉ tiêu
ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh ñiện áp các nút
Chương 3: Khai thác phần mềm Conus ñể tính toán phân tích ổn ñịnh
ñiện áp lưới ñiện phân phối

Chương 4: Tính toán phân tích chế ñộ làm việc của lộ 973E11.3 thành
phố Thái Bình và kiểm tra ổn ñịnh ñiện áp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ỔN ðỊNH HỆ THỐNG ðIỆN VÀ HIỆN
TƯỢNG SỤP ðỔ ðIỆN ÁP CÁC NÚT TẢI

1.1. Khái niệm về ổn ñịnh hệ thống ñiện
1.1.1 Giới hạn truyền tải và khái niệm ổn ñịnh tĩnh
ðặc tính ổn ñịnh của hệ thống ñiện (HTð) gắn liền với giới hạn truyền
tải công suất. Xét HTð gồm hai khu vực nối với nhau qua một ñường dây dài
như trên hình 1.1. Giả sử trong mỗi khu vực ñều có các biện pháp ñiều chỉnh
giữ ñiện áp U1, U2 không ñổi. Gọi góc lệch pha giữa U1 và U2 là δ thì quan hệ
giữa công suất truyền tải P trên ñường dây với góc lệch δ có dạng sau (còn
gọi là ñặc tính công suất truyền tải):
P(δ) = (U1U2/XD) sin δ
Trong ñó:
U1, U2: ñiện áp ñầu và cuối ñường dây
XD ký hiệu ñiện kháng tổng của ñường dây truyền tải, bỏ qua ñiện trở và
ñiện dung.
δ: góc lệch pha giữa U1 và U2

1

&

U
1

&
I

&
U
2

&
U
1

2

δ

&
& ∆U
U
2
&
I

Hình 1.1: Mô hình HTð ñơn giản
Giới hạn tối ña truyền tải công suất:
Pm = U1U2/ XD

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

3


Biểu thức của Pm cho thấy, giới hạn tối ña công suất truyền tải phụ
thuộc ñiện kháng ñường dây và trị số ñiện áp các nút - những thông số vốn có
của hệ thống ñiện, không có liên quan gì ñến giới hạn phát nóng dây dẫn hay
tổn thất ñiện áp. Khi nâng công suất vượt quá giới hạn trên hệ thống rơi vào
trạng thái mất ổn ñịnh: các thông số trạng thái dao ñộng mạnh (tăng trưởng
lên vô hạn hoặc giảm ñến không), các thiết bị bảo vệ làm việc cắt lần lượt các
phần tử, có thể làm hệ thống tan rã.
Giới hạn truyền tải tính theo biểu thức trên luôn tồn tại như một thuộc
tính của hệ thống tải ñiện xoay chiều 3 pha ñối với mọi khoảng cách ñường
dây, do ñó cần ñược xét ñến trong thiết kế và vận hành HTð (cùng với giới
hạn phát nóng và tổn thất ñiện áp). Tuy nhiên, khi chiều dài ñường dây ngắn,
ñiện áp làm việc tương ñối cao, giới hạn loại này chưa cần xét ñến do Pm có
trị số lớn (vượt xa giới hạn phát nóng và tổn thất ñiện áp). Với khoảng cách
tải ñiện tương ñối xa, XD lớn, giới hạn Pm trở thành quyết ñịnh.
Có thể giải thích ý nghĩa vật lý của hiện tượng mất ổn ñịnh nêu trên qua
sơ ñồ cụ thể của HTð ñơn giản (hình 1.1). Máy phát nối với hệ thống có
thanh cái ñiện áp không ñổi U (hệ thống công suất vô cùng lớn) qua ñường
dây tải ñiện 2 mạch.
Trong trường hợp này ñặc tính công suất truyền tải có dạng:
P ( δ) =

EU
sin δ = Pm sin δ
X

(1.1)

Trong ñó:
E là sức ñiện ñộng (sññ) của máy phát, lệch so với ñiện áp U một góc δ.
X là ñiện kháng ñẳng trị toàn mạch tính từ nguồn sññ ñến ñiện áp U.
Trong chế ñộ làm việc bình thường công suất tác dụng phát của máy
phát phụ thuộc công suất cơ của tua-bin PT. Nếu bỏ qua tổn thất có thể coi

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

4


P(δ) = PT. Sự cân bằng công suất ñảm bảo cho máy phát quay ñều với tốc ñộ
ñồng bộ bởi mô men kéo của tua-bin cân bằng với mô men hãm ñiện từ của
máy phát. Trạng thái cân bằng luôn giữ ñược khi ñiều chỉnh PT trong phạm vi
giới hạn PT < Pm bởi khi PT thay ñổi (do ñiều chỉnh lượng hơi ñưa vào tuabin) thì phản ứng lại của máy phát là thay ñổi góc lệch δ cho ñến lúc cân
bằng. Tuy nhiên nếu công suất kéo của tua bin quá lớn, lớn hơn Pm thì mô
men hãm của máy phát chỉ có thể nhỏ hơn, roto quay nhanh dần với góc lệch
δ tăng lên vô hạn. Máy phát mất ổn ñịnh ñồng bộ. Trong trường hợp này, khi
xảy ra mất ổn ñịnh thông số bị thay ñổi mạnh là góc lệch δ của máy phát nên
còn gọi là mất ổn ñịnh góc lệch. Nguyên nhân gây ra là do không giữ ñược
cân bằng công suất tác dụng.

F

PT
T

B

D

~

hơi

U

P(δ)
P
P(δ)

Pm
a
b

b
b

PT

P
0

δ01

δ02

δ

Hình 1.2: ðặc tính công suất truyền tải
Khái niệm ổn ñịnh tĩnh HTð mô tả như trên mới chỉ là theo ñiều kiện
cần của ñặc tính ổn ñịnh. Chặt chẽ hơn người ta ñịnh nghĩa ổn ñịnh tĩnh HTð
là khả năng hệ thống giữ ñược thông số thay ñổi ñủ nhỏ xung quanh giá trị
cân bằng trong ñiều kiện có những tác ñộng nhỏ thường xuyên, ngẫu nhiên từ
hoạt ñộng hệ thống.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

5


Xét các ñiểm cân bằng a và b trên hình 1.2. Chúng có các giá trị tương
ứng của góc lệch là:
δo1 = arcsin (PT/Pm);

δo2 = 1800 - arcsin (PT/Pm)

Tuy nhiên chỉ có ñiểm cân bằng a là ổn ñịnh và tạo nên chế ñộ xác lập
(CðXL). Thật vậy, giả thiết xuất hiện một kích ñộng nhỏ ngẫu nhiên làm lệch
góc δ khỏi giá trị δo1 một lượng ∆δ > 0 (sau ñó kích ñộng triệt tiêu). Khi ñó
theo các ñặc tính công suất, ở vị trí mới công suất ñiện từ (hãm) P(δ) lớn hơn
công suất cơ (phát ñộng) PT, do ñó máy phát quay chậm lại, góc lệch δ giảm
ñi, trở về giá trị δo1. Khi ∆δ < 0 hiện tượng diễn ra theo tương quan ngược lại
PT > P(δ), máy phát quay nhanh lên, trị số góc lệch δ tăng, cũng trở về δo1.
ðiểm a như vậy ñược coi là có tính chất cân bằng bền, hay nói khác ñi có tính
ổn ñịnh tĩnh.
Xét ñiểm cân bằng b với giả thiết ∆δ > 0, tương quan công suất sau
kích ñộng sẽ là PT > P(δ), làm góc δ tiếp tục tăng lên, xa dần trị số δo2. Nếu
∆δ < 0 tương quan công suất ngược lại làm giảm góc δ, nhưng cũng lại làm

lệch xa hơn trạng thái cân bằng. Như vậy tại ñiểm cân bằng b, dù chỉ tồn tại
một kích ñộng nhỏ (sau ñó kích ñộng triệt tiêu) thông số hệ thống cũng thay
ñổi liên tục lệch xa khỏi trị số ban ñầu. Vì thế ñiểm cân bằng b bị coi là không
ổn ñịnh. Cũng vì những ý nghĩa trên ổn ñịnh tĩnh còn ñược gọi là ổn ñịnh với
kích ñộng bé (Small Sign Stability), hay ổn ñịnh ñiểm cân bằng.
Khái niệm ổn ñịnh tĩnh của HTð cũng tồn tại với cân bằng công suất
phản kháng. Xét HTð trên hình 1.3. Nút tải ñược cung cấp từ những nguồn
phát ở xa. ðặc tính công suất phản kháng nhận ñược từ các ñường dây về ñến
nút U có dạng :
Qi(U) = - U2/XDi + (UEi / XDi) cos δi

(1.2)

ðiện áp nút U phụ thuộc tương quan cân bằng công suất phản kháng.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

6


Tổng công suất phát QF(U) = ΣQi(U) cân bằng với công suất tải Qt tại
các ñiểm c và d như trên hình 1.3 b, ứng với các ñiện áp Uo1 và Uo2. Nếu giữ
ñược cân bằng công suất, ñiện áp nút U sẽ không ñổi, còn nếu QF > Qt ñiện áp
nút tăng lên, khi QF < Qt ñiện áp nút U giảm xuống (thể hiện ñặc tính vật lý
của nút tải, chứa các ñộng cơ). Phân tích tương tự như trường hợp công suất
tác dụng của máy phát, dễ thấy ñược chỉ có ñiểm cân bằng d là ổn ñịnh. Với
ñiểm cân bằng c sau một kích ñộng dù rất nhỏ ñiện áp U sẽ xa dần trị số Uo1
nghĩa là ñiểm cân bằng c không ổn ñịnh.
E3

E2

Q

~

~

c

Q3

1
2

Q2

E1

d

Qt
QF

3
U

~
Q1

Qt

U
0

U01

Ugh

U02

b)
a)

Hình 1.3: ðặc tính công suất phản kháng của HTð
Trong trường hợp này, thông số thay ñổi mạnh khi mất ổn ñịnh chính là
ñiện áp U của nút, vì thể còn gọi là ổn ñịnh ñiện áp. Ở ñây cũng tồn tại ñiều
kiện cần, liên quan ñến giới hạn công suất truyền tải. Tổng công suất của 3
nguồn cung cấp ñến nút tải có giá trị tối ña (theo 1.2): Q F max =
A=∑
i

1
;
X Di

B=∑
i

B2

, với :
4A

E i cos δ i
.
X Di

Trong trường hợp này nếu phụ tải có ñặc tính cứng (không ñổi theo
ñiện áp) thì ñó cũng chính là giới hạn tối ña của công suất phản kháng phụ tải
còn giữ ñược cân bằng với nguồn cung cấp.
Trong chế ñộ làm việc bình thường (Qttăng ñiểm làm việc ổn ñịnh (ñiểm d) sẽ dịch dần lên ñiểm giới hạn (ứng với
ñiện áp giới hạn Ugh = B/2A). Vượt quá giá trị này, ñiểm cân bằng ổn ñịnh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

7


không tồn tại, nút tải rơi vào trạng thái sụp ñổ ñiện áp. Về ý nghĩa vật lí, trạng
thái sụp ñổ ñiện áp xảy ra tương ứng với chế ñộ các ñộng cơ không ñồng bộ
bị mất mô men kéo (do ñiện áp giảm thấp, mô men giảm xuống dưới mức mô
men cản của máy công cụ) và dừng lại, ñiện áp lưới càng giảm thấp do dòng
tiêu thụ lớn. Tiếp theo là tác ñộng của các phương tiện bảo vệ.
Hiện tượng sụp ñổ ñiện áp còn thường xảy ra do biến ñộng phía nguồn.
Khi cắt máy phát hoặc ñường dây ñể sửa chữa, ñặc tính CSPK tổng phía
nguồn giảm xuống tùy thuộc mạch bị mất (ñường 2 và 3). Khi mất nguồn với
công suất nhỏ (ñường 2), phụ tải vẫn có thể làm việc nhưng ñiện áp bị giảm
thấp. Nếu mất mạch với công suất lớn (ñường 3) nút tải sẽ bị sụp ñổ ñiện áp.
1.1.2 Khái niệm về ổn ñịnh ñộng

Khái niệm về ổn ñịnh ñộng gắn liền với quá trình quá ñộ (QTQð) diễn
ra trong hệ thống sau những kích ñộng lớn (sự cố ngắn mạch, ñóng cắt phần
tử ñang mang tải ...).
P
P
1

Pm1

Pm1

2

Pm2

Pm2

P
δ01 δ'01 δmax

0

δ

0 δ01 δ'01

δ'02

δ

δ

δ

t

t

b)

a)

Hình 1.4: ðặc tính công suất máy phát khi cắt một trong hai ñường dây
truyền tải
Vẫn xét sơ ñồ hệ thống ñiện trên hình 1.2. Giả thiết một trong 2 ñường
dây ñột ngột bị cắt ra (do sét ñánh chẳng hạn). Sau khi ñường dây bị cắt, ñiện

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

8


kháng ñẳng trị hệ thống X tăng lên ñột ngột làm cho ñặc tính công suất máy
phát hạ thấp xuống (ñường cong 2). ðiểm cân bằng mà hệ thống có thể làm
việc xác lập sau sự cố là δ'01 (ñiểm cân bằng ổn ñịnh tĩnh). Tuy nhiên chuyển
từ δ01 sang δ'01 là QTQð, diễn ra theo ñặc tính ñộng của hệ thống. Quá trình
có thể chuyển thành CðXL tại δ'01 hoặc không, phụ thuộc tính chất hệ thống
và mức ñộ kích ñộng.
Tại thời ñiểm ñầu, do quán tính của roto máy phát góc lệch δ chưa kịp
thay ñổi. Tuy nhiên, công suất ñiện từ giảm xuống, PT > P(δ) làm máy phát

quay nhanh lên, góc δ tăng dần. ðến thời ñiểm góc lệch bằng δ'01 thì tương
quan công suất trở nên cân bằng. Tuy vậy, góc lệch δ vẫn tiếp tục tăng do
quán tính. Thực chất của quá trình chuyển ñộng quán tính này là ñộng năng
tích luỹ trong roto ñược chuyển hoá thành công thắng momen hãm. ðến thời
ñiểm góc lệch bằng δmax (xem hình 1.4 a) ñộng năng bị giải phóng hoàn toàn,
góc lệch δ không tăng ñược nữa - thời ñiểm góc lệch δ cực ñại. Sau thời ñiểm
này, không còn ñộng năng, mà P(δ) > PT (mômen hãm lớn hơn momen phát
ñộng), do ñó roto quay chậm lại, góc δ giảm. Tiếp tục phân tích ta nhận ñược
quá trình dao ñộng của góc lệch δ. Nếu kể ñến mômen cản ma sát, quá trình
sẽ tắt dần về ñiểm cân bằng δ'01 của chế ñộ xác lập mới. Trong trường hợp
này, CðQð diễn ra bình thường và hệ thống ổn ñịnh ñộng.
Cũng với hệ thống trên nhưng xét trường hợp trị số ñiện kháng ñường
dây chiếm tỉ lệ lớn hơn trong ñiện kháng ñẳng trị hệ thống (khi ñường dây
dài). ðặc tính công suất sau khi cắt một trong hai ñường dây sẽ hạ xuống thấp
hơn, như trên hình 1.4 b. Trong trường hợp này khi góc lệch δ tăng nó không
dừng lại ở trị số δmax trước khi ñến ñiểm δ'02. ðó là vì công hãm (tỉ lệ với phần
diện tích giới hạn bởi ñường cong 2 nằm bên trên ñường ñặc tính công suất
tua-bin PT) nhỏ hơn ñộng năng tích luỹ trước ñó của roto máy phát (tỉ lệ với

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

9


diện tích gạch chéo nằm dưới PT). Sau khi vượt qua δ'02 tương quan công suất
lại ñổi chiều PT > P(δ) nên góc lệch δ tiếp tục tăng. Dễ thấy tương quan công
suất PT > P(δ) sẽ tồn tại tiếp tục với trị số δ vượt quá 2π, nghĩa là mất ñồng bộ
tốc ñộ quay của máy phát. Hơn thế nữa quá trình tiếp tục tích luỹ ñộng năng
vào roto, nên trị số rất lớn (tỉ lệ với diện tích gạch chéo nằm dưới PT). ðộng
năng này làm góc δ tăng trưởng vô hạn. Hệ thống mất ổn ñịnh ñộng.

Có thể xét tương tự cho QTQð diễn ra trong HTð thuộc sơ ñồ hình 1.3
khi có sự cố phải cắt ñột ngột một vài máy phát. Trong trường hợp này ñặc
tính công suất phát phản kháng bị hạ thấp ñột ngột sau thời ñiểm máy phát bị
cắt, ñiện áp U sẽ dao ñộng tắt dần về ñiểm cân bằng mới hoặc tiến ñến 0 phụ
thuộc vào tính nặng nề của sự cố - cắt nhiều hay ít công suất của máy phát
(xem hình 1.3).
Từ các ví dụ trên cũng còn nhận thấy rằng sau những biến ñộng sự cố
có thể không tồn tại cả ñiểm cân bằng trạng thái hệ thống. Chẳng hạn ñặc tính
công suất phát QF bị giảm xuống quá thấp (ñường cong 3 trên hình 1.3),
không cắt ñặc tính Qt. Trong các trường hợp như vậy hiển nhiên QTQð
không ổn ñịnh vì không có ñiểm cân bằng. Nói khác ñi sự tồn tại CðXL sau
sự cố là ñiều kiện cần ñể hệ thống có ổn ñịnh ñộng.
Người ta thường sử dụng các ñịnh nghĩa ổn ñịnh như sau ñối với HTð [1]:
- Ổn ñịnh tĩnh là khả năng của hệ thống, sau những kích ñộng nhỏ phục
hồi ñược trạng thái cân bằng ban ñầu hoặc rất gần với trạng thái ban ñầu
(trong trường hợp kích ñộng thường xuyên, ngẫu nhiên).
- Ổn ñịnh ñộng là khả năng của hệ thống sau những kích ñộng lớn phục
hồi ñược trạng thái xác lập ban ñầu hoặc gần với trạng thái ban ñầu (trạng thái
vận hành cho phép).

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

10


1.2. Yêu cầu ñảm bảo chất lượng ñiện áp và ổn ñịnh phụ tải lưới ñiện
phân phối
1.2.1 Khái niệm chung
Chất lượng ñiện áp (CLðA) trong LðPP nói chung và lưới ñiện trung
áp (LðTA) nói riêng là một chỉ tiêu quan trọng, luôn phải ñược quan tâm và

ñảm bảo từ khâu thiết kế ñến vận hành. Có các chỉ tiêu khác nhau ñược ñặt ra
ñể ñánh giá, kiểm tra CLðA cho lưới ñiện, ñồng thời trên cơ sở ñó ñề ra các
biện pháp ñảm bảo. Ở giai ñoạn quy hoạch thiết kế cũng như quá trình vận
hành, ñể ñánh giá CLðA người ta thường áp dụng các chỉ tiêu ñơn giản như:
ñộ lệch ñiện áp lớn nhất (so với ñịnh mức) trong chế ñộ làm việc bình thường
và chế ñộ sau sự cố, dao ñộng ñiện áp lớn nhất từ chế ñộ phụ tải cực tiểu ñến
phụ tải cực ñại ...
Ngoài các chỉ tiêu này còn cần phải xét ñến hàng loạt các chỉ tiêu
khác có ý nghĩa mở rộng hơn liên quan ñến ñặc trưng ổn ñịnh. ðó là vì ổn
ñịnh ñiện áp vừa ñặc trưng cho chất lượng ñiện áp vừa ñặc trưng cho ñộ tin
cậy CCð.
u

U
Vïng æn ®Þnh

Có sự cố làm giảm
ñiện áp cung cấp

§é dù tr÷

Sụp ñổ
ñiện áp

A
C

Chế ñộ
gần giới
hạn

Giíi h¹n
Vïng kh«ng æn ®Þnh

Q

0

Dao ñộng không
ñồng bộ
t

Q max

a)

b)
Hình 1.5: Quá trình sụp ñổ ñiện áp
a. ðặc tính công suất
b. QTQð theo thời gian

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

11


Hình 1.5 minh họa diễn biến quá trình quá ñộ dẫn ñến mất ổn
ñịnh ñiện áp nút tải. Do những nguyên nhân từ phía hệ thống (sự cố,
ñóng cắt phụ tải, thay ñổi thành phần nguồn ... ) ñiện áp nút có thể sụt
xuống, tương quan công suất thay ñổi, tiến gần ñến giới hạn ổn ñịnh. Ở

chế ñộ này công suất vẫn còn giữ ñược cân bằng, tuy nhiên, ñiện áp dao
ñộng rất mạnh. Tiếp theo, một biến ñộng ngẫu nhiên (thường do chính
hoạt ñộng của phụ tải) ñiện áp nút sụt sâu và bắt ñầu quá trình sụp ñổ
ñiện áp, công suất không còn giữ ñược cân bằng. Cuối cùng là quá trình
dao ñộng mạnh cả về ñiện áp lẫn công suất nút.
Như vậy vấn ñề ñặt ra là cần ñảm bảo cho trạng thái của nút phụ
tải có khoảng cách ñủ xa so với chế ñộ giới hạn. Nói cách khác là ñảm
bảo ñộ dự trữ ổn ñịnh ñủ lớn.
Những chỉ tiêu trực tiếp hay gián tiếp liên quan ñến chế ñộ giới hạn và
ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh cũng ñã ñược các công trình nghiên cứu và ñưa vào
khi quy hoạch thiết kế và vận hành HTCCð. Ví dụ, ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh
dựa trên cơ sở phân tích ñộ nhạy ñiện áp theo công suất, phân tích chỉ số ổn
ñịnh phụ tải (L-indicator). Càng gần ñến giới hạn mất ổn ñịnh thì ñộ nhạy
ñiện áp sẽ càng lớn (dao ñộng mạnh) và chỉ số ổn ñịnh càng gần với giá trị 1
(L thay ñổi từ 0 tới 1). Mục ñích cuối cùng là ñưa ra các giải pháp nâng cao
chất lượng ñiện áp và ñộ tin cậy cho HTCCð.
Cũng cần nói thêm là khái niệm ổn ñịnh mang tính hệ thống, vì thế ñảm
bảo ổn ñịnh ñiện áp sẽ nâng cao ñược chất lượng ñiện năng xét ñến các yếu tố
ảnh hưởng chung của toàn hệ thống.
1.2.2 Ảnh hưởng giới hạn cung cấp ñiện theo ñiều kiện ổn ñịnh ñiện áp
Ngoài mục ñích nâng cao chất lượng ñiện áp và ñộ tin cậy cung cấp
ñiện, việc xét ñến giới hạn ổn ñịnh ñiện áp còn có ý nghĩa ñảm bảo giới
hạn CCð.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

12


Trong mục này khảo sát giới hạn cung cấp ñiện của LðTA ñơn giản

nhất (cung cấp cho 1 phụ tải qua một tuyến ñường dây) theo các ñiều kiện
khác nhau, biểu diễn trên cùng mặt phẳng công suất ñể có thể so sánh.
1.2.2.1. Giới hạn CCð theo các ñiều kiện khác nhau, biểu diễn trên mặt
phẳng công suất
a. Theo ñiều kiện dòng phát nóng
Dây dẫn cần ñược lựa chọn sao cho dòng ñiện làm việc cưỡng bức (lớn
nhất, kéo dài) nhỏ hơn dòng ñiện cho phép:
I ≤ I'cp=k1*k2...kn*Icp (A).

(1.3)

Xét giới hạn theo công suất ta có:
S ≤ 3 U*Icp* k1*k2...kn = Sgh

(1.4)

Biểu diễn trên mặt phẳng công suất (P,Q) ta có giới hạn CCð theo ñiều
kiện phát nóng là hình tròn tâm (0,0) bán kính bằng Sgh :
S2=P2+Q2 ≤ Sgh

(1.5)

Trong ñó: Icp dòng ñiện làm việc lâu dài chạy trong dây dẫn, ñảm bảo
nhiệt ñộ phát nóng ở giới hạn cho phép, trong ñiều kiện tiêu chuẩn; k1, k2... kn
là các hệ số hiệu chỉnh theo các ñiều kiện khác với tiêu chuẩn; S là công suất
truyền tải; U là ñiện áp làm việc, có thể tính gần ñúng theo trị số ñịnh mức.
b. Theo ñiều kiện tổn thất ñiện áp
Tổn thất ñiện áp tính ñến cuối ñường dây có thể tính gần ñúng theo
thành phần cùng pha với ñiện áp nút:
Ta có:

∆U ≈

PR + QX
U

(1.6)

Trong ñó: Z = R 2 + X 2 - là tổng trở ñường dây; ðiện áp U có thể lấy gần
ñúng theo trị số ñịnh mức.
Gọi ∆Ucp là trị số tổn thất ñiện áp cho phép, S là công suất truyền tải,
có góc công suất φ.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

13


Ta có: ∆U =

S( R cos ϕ + X sin ϕ)
≤ ∆U cp
U

(1.7)

U
∆U cp ;
R cos ϕ + X sin ϕ

hay S (ϕ ) ≤

(1.8)

Biểu diễn (1.8) trên mặt phẳng (P,Q) ta có giới hạn CCð theo ñiều kiện
tổn thất ñiện áp (ñường ellip).
c. Theo ñiều kiện sụp ñổ ñiện áp (trình bày ñủ hơn trong chương 2)

.

~ . I.
U2

.

YL

S2

.

.

2

S1

I1.
U 1 T¶i

YQ

Hình 1.6. Sơ ñồ khảo sát giới hạn CCð theo ðK sụp ñổ ñiện áp
*

Với sơ ñồ ñơn giản hình 1.6, ta có:

.

.

.

.

.

Y11 U1 + Y12 U 2 = I1 =

S1
*

(1.9)

U1
*
.

*

hay U12 + U 0 U1 =

S1
.

= a1+jb1

(1.10)

Y11
.

.
.

Với U 0 =

Y12
.

Y11

YL

.

U2 = -

.

.
.

YL + YQ

(1.11)

U2

Trong ñó: S1 là công suất truyền tải từ nguồn tới nút tải (MVA), U1; U2
lần lượt là ñiện áp nút tải, nút nguồn (kV); Y là tổng dẫn ñường dây (1/Ω);
.

.

YL , YQ lần lượt là tổng dẫn ngang, dọc mạng hình Π .
.

.

.

Xét cho lưới phân phối nên ta có YQ = 0 nên U 0 = - U 2

(1.12)

Từ (1.10) ta chuyển sang dạng thực, giải hệ phương trình ta có:
U1=

U 22

U 24
+ a1 ±
+ a1U 22 − b12 =
2
4

với r =

U 22Y11
+ Cos( Φ S1 + ΦY 11 )
2S1

S1
(r ± r 2 − 1 )
Y11

(1.13)
(1.14)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

14


Trong ñó: Φs1 là góc công suất phụ tải, ΦY 11 là góc tổng dẫn nút 1.
Nghiệm cho thấy, trong giới hạn nào ñó của công suất có 2 ñiểm cân
bằng ứng với các ñiện áp nút tải. Có thể chứng minh ñược ñiểm cân bằng ổn
ñịnh tương ứng với nghiệm lớn hơn trong (1.13). Ở ñây ta quan tâm ñến chế
ñộ truyền tải giới hạn. ðó là lúc hệ phương trình có nghiệm kép (các ñặc tính
có suất tiếp xúc với nhau tại ñiểm cân bằng), nghĩa là lúc:

r=

U 22Y11
+ Cos( Φ S1 + ΦY 11 ) = 1
2S1

Dễ thấy khi ở giới hạn: U1gh =

(1.15)

U 22
+ a1 .
2

Ngoài ra từ (1.15) ta còn có quan hệ:
S1 =

U 22 Y11
2[1 − Cos(Φ S1 + Φ Y11 )]

(1.16)

Biểu thức (1.16) thực chất là quan hệ giữa hàm S1 với Φs1 .
Xét trong hệ tọa ñộ cực ñường cong có dạng ellipe trên mặt phẳng công
suất (P,Q). Biết ñiện áp ñầu nguồn U2, tổng dẫn Y11 ta có thể xây dựng ñược
ñường cong giới hạn của S1 truyền tải từ nguồn cung cấp cho phụ tải cuối
ñường dây. Miền ổn ñịnh tương ứng với phía công suất nhỏ (gần gốc tọa ñộ).
1.2.2.2. Kết quả khảo sát cụ thể (bằng số) cho lưới ñiện ñơn giản
Xét lưới ñiện 22kV cấp ñiện cho phụ tải St = (9,3+j5,74)MVA. Dây
dẫn AC-150mm2, Icp= 445A, R0=0,2Ω/km; X0= 0,355Ω/km (lựa chọn theo

ñiều kiện kinh tế). Khảo sát giới hạn cung cấp ñiện khi chiều dài tuyến dây
thay ñổi.
1. Theo ñiều kiện phát nóng. Sử dụng công thức (1.4), với Icp = 445A, hệ số
hiệu chỉnh theo nhiệt ñộ môi trường k=0,9 ta xác ñịnh ñược giới hạn công
suất truyền tải Sgh = 15,2MVA. Giới hạn CCð theo ñiều kiện phát nóng
không phụ thuộc vào khoảng cách truyền tải công suất.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

15