Ổn định trong hệ thống điện

Phương trình cơ bản nghiên cứu ổn định Hệ thống điện
Trong bài này tôi xin trình bày về mô hình toán để nghiên cứu ổn định hệ thống.
Như đã nói trong bài trưóc, hầu hết các nghiên cúu về ổn định HTĐ xoay quanh việc tính toán điều khiển máy phát. Phương trình động lực học mô tả trạng thái của rô to máy phát như sau:
Trong phương trình trên thì J là mô men quán tính của máy phát, delta là góc pha của điện áp cảm ứng trên stato(tạm coi như thế). Ta có thể coi delta biểu diễn trực tiếp trạng thái tốc độ của máy phát, bởi điện áp cảm ứng và tốc độ quay của từ trường kích từ liên hệ trực tiếp với nhau.
Ở vế phải của phương trình là hiệu của Pm - Công suất cơ học truyền vào trục roto- đại diện cho lực đẩy, và Pe - Công suất điện mà máy phát sinh ra - đại diện cho lực cản.
Phương trình trên rất dễ hình dung ngay cả với những người không học điện, bởi nó có dạng của định luật II Newton viết cho vật quay.
Trong chế độ làm việc bình thường, do cân bằng về công suất nên vế phải của phương trình bằng không, đạo hàm bậc hai của góc quay bằng không, và vận tốc rô to không đổi.
Khi có tác động xảy ra trong hệ thống, Pe, Pm và delta sẽ thay đổi. Khi ấy phương trình của chúng ta sẽ được sử dụng để tìm ra diễn biến của tốc độ rô to. Hiển nhiên là phương trình của chúng ta chưa đủ để có thể giải. Ta cần thêm các quan hệ sau:
- Pm = f1(x,u)
- Pe = f2(x,u)
- delta = f3(x,u)
Trong ba mối quan hệ trên, x là thông số của hệ thống điện, u là các tham số điều khiển, phản ánh sự làm việc của các thiết bị trong hệ thống điện như kích từ, điều áp, điều tần.... Kết hợp phương trình ban đầu và các quan hệ trên, ta sẽ giải được delta.
Trên thực tế một hệ thống điện có rất nhiều máy phát, và do vậy, ta không phải giải một phương trình mà phải giải một hệ phương trình để tìm ra quan hệ theo thời gian của tốc độ các máy phát khác nhau. Đây là một hệ phương trình vi phân, và việc giải được thực hiện bằng phương pháp tích phân số, chẳng hạn chúng ta đã học phương pháp Runghe-Kutta. Mấu chốt của quá trình là giải phương trình vi phân, nhưng ta cũng thường xuyên phải giải các phương trình đại số mô tả các quan hệ của Pe, Pm, delta. Các quan hệ này được biểu hiện một phần qua hệ phương trình đại số với các hệ số phức(như bạn trungcan2002 đã nói, tuy nhiên bạn nói việc nghiên cứu ổn định được quy về giải các hệ phương trình ma trận phức là không chính xác, bởi đó chỉ là một phần của quá trình giải)
Việc xét đến đầy đủ các quan hệ, trên thực tế, làm cho bài toán trở nên rất cồng kềnh. Để đơn giản hoá, người ta có thể bỏ qua một số quan hệ mà không có ảnh hưởng nhiều đến kết quả.
Ta hãy xét các quan hệ ở trên:
- Quan hệ Pm = f1(x,u) - Sự thay đổi của công suất cơ Pm phụ thuộc cơ cấu điều tần. Thông thường thì công suất cơ sơ cấp biến đổi khá chậm do quán tính lớn của lò hơi, cửa nưóc.. nên trong các nghiên cứu ngắn hạn, chúng được bỏ qua. Không biết điều này có liên quan đến Longterm Stab và Midterm Stab hay không?
- Quan hệ Pe = f2(x,u] Quan hệ này miêu tả sự phụ thuộc của công suất mà máy phát điện phát ra vào các thông số khác của lưới như điện áp, tổng trở.. Tác động của Pe là tức thì nên không thể bỏ qua trong bất kỳ tính toán nào
- Quan hệ delta = f3(x,u) - Góc delta phụ thuộc vào sự làm việc của bộ phận tự động điều áp AVR(Automatic Voltage Regulator) và các phần tử tham gia trong hệ thống kích từ. Bỏ qua quan hệ này có nghĩa là coi như máy phát không có cơ cấu điều chỉnh điện áp. Chỉ có trong một số ít nghiên cứu lý thuyết hay trong các bài tập của sinh viên mới có thể bỏ qua quan hệ này. Tuy nhiên, người ta cũng có thể xét quan hệ này theo từng cấp độ chính xác khác nhau. Ở mức độ cao nhất, delta được mô tả trong quan hệ với các đại lượng khác qua một hệ phương trình vi phân cấp 5. Trong các nghiên cứu về ổn định của HTĐ trên tạp chí IEEE về HTĐ, nhiều tác giả chỉ sử dụng đến mô hình bậc 3.
Trên đây tôi đã trình bày ngắn gọn về mô hình nghiên cứu ổn định HTĐ - chính xác hơn là nghiên cứu quá trình quá độ HTĐ. Dù rằng đây chỉ là những kiến thức cơ bản, nhưng tôi cũng cố gắng không đưa ra nhiều phương trình toán, mà thay vào đó là giải thích bằng lời để cho nhiều bạn khác ngành có thể hiểu được.
Xin chờ ý kiến đóng góp.
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng
Được kehanhhuong sửa chữa / chuyển vào 05:42 ngày 09/12/2003
Được kehanhhuong sửa chữa / chuyển vào 05:43 ngày 09/12/2003

==============================================
Bạn KHH có nhiều bài viết rất lý thú và thể hiện sự hiểu biết khá nhiều. Xin chúc mừng bạn! Nhân tiện đọc bài trên cho tôi xin phép đuợc góp ý một chút về kỹ thuật nhé:
"Các thiết bị phát công suất phản kháng gồm các thiết bị truyền thống tụ bù, máy bù đồng bộ.. và hiện nay, là SVC, STATCOM."
Tụ bù và động cơ đồng bộ thì đúng rồi, SVC cũng đúng rồi. Nhưng cái STATCOM thì có khi phải xem lại...
SVC viết tắt từ chữ Static Var Compensator - dịch nôm na là thiết bị bù công suất phản kháng (bù var).
Tuy nhiên, STATCOM thì lại có nghĩa là Static Compensator - tức là một thiết bị bù bình thường. Ở đây là bù điện áp.
Về cơ bản thì hai loại thiết bị này đều dùng điện tử công suất, tuy nhiên cấu trúc và ứng dụng thì hoàn toàn khác nhau. STATCOM là một thiết bị mắc song song vào luới điện để chống sụt áp tức thời và bảo vệ một phụ tải quan trọng nào đó mà khả năng chịu đựng thay đổi điện áp kém, qua đó năng cao chất lượng điện năng cho hệ thống điện. Thi thoảng STATCOM còn được gọi là D-STATCOM (Distibution - STATCOM). Cũng một thiết bị tương tự STATCOM, nhưng được mắc nối tiếp trên đường dây thì đưọc gọi là DVR (Dynamic Voltage Restorer). Cả DVR và STATCOM trong hệ thống điện hiện đại thường được gọi chung một tên gọi là Power Custom Devices. Đây là những thiết bị điện quan trọng trong hệ thống điện hiện nay.
Vài dòng bổ sung một chút hiểu biết cùng với bạn. Có gì chưa chuẩn mong bạn tiếp tục bổ sung. Bài viết của bạn rất hay và cung cấp rất nhiều thông tin bổ ích. Mong đuợc tiếp tục đọc nhiều bài hay của bạn.
Thân, tangitc@

Chào tangitc.
Để tranh luận với bạn về STATCOM, tôi muốn nói lại một chút về bù công suất.
Để bù công suất, người ta đấu song song các cuộn kháng hoặc tụ điện vào đường dây. Công suất mà cuộn kháng nhận vào tỉ lệ với điện kháng của nó và tỉ lệ với bình phương điện áp:
Q = U2/X
Các thiết bị bù cổ truyền là các tụ điện và kháng điện cố định, không có điều khiển. Công suất mà thiết bị bù tiêu thụ hay phát ra phụ thuộc vào điện áp. Thiết bị bù này không thích hợp lắm với những nơi có phụ tải biến động lớn. Chẳng hạn như một kháng điện dặt ở cuối đường dây có tác dụng giữ điện áp tại đây trong phạm vi cho phép ở chế độ không tải không tăng quá cao, thì trong chế độ nặng tải, nó lại làm điện áp cuối đường dây sụt xuống.
SVC là bước phát triển của các thiết bị bù cổ truyền, bằng cách sử dụng một kháng điện mắc nối tiếp với một thyristor(TCR: thyristor Swiched Reactor). Khi thay đổi góc mở của Thyristor, ta thay đổi đuợc điện kháng tương đương của cuộn kháng điện. Như vậy, ta có thể điều khiển được điện kháng X trong các chế độ khác nhau sao cho phù hợp. Khi kết hợp TCR với các tụ điện(mắc song song), người ta tạo ra được thiết bị bù có thể làm việc như một tụ bù khi đầy tải, và làm việc như một kháng bù khi non tải. Khả năng ổn định điện áp của SVC tốt hơn nhiều so với thiết bj bù cổ truyền
Tuy nhiên, SVC vẫn dựa trên nền tảng các tụ điện và kháng điện, nên vẫn chịu ảnh huởng của công thức ở trên: khi điện áp thay đổi thì công suất bù bị thay đổi.
STATCOM cũng là một thiết bị bù ngang nhưng không hề sử dụng một kháng hay tụ nào, mà sử dụng một hệ thống chỉnh lưu cầu 6 pulse hoặc 12 pulse, có thể nối thêm với một nguồn một chiều. Bằng cách thay đổi góc mở của các Thyristor trong sơ đồ cầu này, ngưòi ta điều chỉnh được công suất mà STATCOM tiêu thụ: dòng qua STATCOM có thể chậm pha hoặc nhanh pha hơn áp đầu nguồn, nghĩa là STATCOM có thể làm việc như một tụ bù, cũng có thể như một kháng bù. Ưu điểm của STATCOM so với SVC là khả năng điều chỉnh của STATCOM tốt hơn: Nó có thể đảm bảo một lượng công suất bù không đổi trong phạm vi rất rộng của điện áp đặt vào.
Tôi đọc bài trong topic Điện năng, biết bạn làm về phần chất lượng điện năng, cho nên bạn biết đến STATCOM như một thiết bị cải thiện chất lượng điện áp. Tôi khẳng định với bạn STATCOM trước hết là một thiết bị bù công suất, là bước tiếp theo của SVC trong hệ thống các thiết bị FACTS ứng dụng trong HTĐ. Do khả năng làm việc linh hoạt, nên STATCOM còn được sử dụng như một thiết bị nâng cao chất lượng điện năng, loại bỏ các sóng hài bậc cao trong hệ thống. Về mặt này thì STATCOM hơn hẳn SVC-thiết bị gây nên thành phần hài bậc ba khá lớn.
Rất vui được trao đổi với bạn. Mà hình như ta đi hơi lạc đề ra ngoài phần ổn định thì phải
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng