Luận án Nghiên cứu phương pháp xác định giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định hệ thống điện phức tạp, ứng dụng vào hệ thống điện Việt Nam

i sơ đồ dạng này việc tính toán CĐXL và xác định định thức Jacobi (để tìm giới hạn ổn định) có thể dựa trên các biểu thức giải tích quen biết với trợ giúp tính toán của phần mềm Excel. Phép tính liên tiếp cho phép xác định chính xác thông số giới hạn (khi định thức Jacobi đổi dấu). Kết quả theo 3 1 2 P3+jQ3 Z23 Z13 Z12 P1+jQ1 P2+jQ2 U3(3) U1(1) U2(2) 59 phương pháp NSTC được xác định với cùng số liệu ma trận Jacobi (ứng với một CĐXL ban đầu). Sơ đồ hình 2.9 và số liệu được lấy theo ví dụ trong [32]. Các thông số của sơ đồ (tính trong hệ đơn vị tương đối với Scb = 100 MVA): + Z12= j0.20; Z23= j0.25; Z13= j0.50 (bỏ qua điện trở thuần của các nhánh). Đường dây L13 dài gấp 2 lần đường dây L23 cùng tiết diện. + Giả thiết nút 1 là nút cân bằng: U1=1.00 pu = const; 1= 0o = const. (Nguồn CS vô cùng lớn). + Nút 2 là nút nguồn PV, giữ mô đun điện áp ||U2|| = 1.00 pu = const. Công suất phát của nguồn tại nút 2 là P2+jQ2, trong đó đặt P2 = 70 MW. + Nút 3 là nút tải có công suất tải P3+jQ3, điện áp và góc pha là U3,3. Đặt P3+jQ3 = 100 + j30 (MVA). 2.3.1 Hệ phương trình CĐXL và các biểu thức tính toán cơ bản Tương ứng với (2.3), (2.4), ta có hệ phương trình CĐXL như sau:         )sin(Uy)sin(UUy)sin(UUyQ )cos(Uy)cos(UUy)cos(UUyP )cos(UUy)cos(Uy)cos(UUyP 33 2 33323322332133113313 33 2 33323322332133113313 3223322322 2 222122112212 Với giả thiết nút 1 là nút cân bằng, điện áp nút 1, nút 2 giữ được bằng định mức (U1 =U2 =1.00 pu), các góc ψij = 90o (ij), ψii = -90o (do bỏ qua điện trở), ta có hệ 3 phương trình 3 ẩn cụ thể trong không gian 3 chiều (2,3,U3) như sau:         2 3332333233313 2333233313 323232212 Uy)cos(Uy)cos(UyQ )sin(Uy)sin(UyP )sin(Uy)sin(yP (2.30) Các biểu thức tính đạo hàm riêng của các hàm P2, P3 và Q3 theo các biến (2,3,U3) thiết lập được như sau:                   )sin(y U P )cos(UyP )cos(Uy)cos(yP 3223 3 2 32323 3 2 32323221 2 2 (2.31) 60                   )sin(y)sin(y U P )cos(Uy)cos(Uy P )cos(Uy P 2332331 3 3 233323331 3 3 23332 2 3 (2.32)                   3332332331 3 3 233323331 3 3 23332 2 3 Uy2)cos(y)cos(y U Q )sin(Uy)sin(UyQ )sin(Uy Q (2.33) Sau khi tính toán bằng số ta lập được ma trận Jacobi của hệ ở dạng sau:                                      3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 2 3 3 2 3 2 2 2 U QQQ U PPP U PPP J Các véc tơ pháp tuyến của 3 mặt cong P2(2,3,U3), P3(2,3,U3) và Q3(2,3,U3) lần lượt có tọa độ là:  f1 = (∂P2/∂2,∂P2/∂3,∂P2/∂U3); (2.34)  f2 = (∂P3/∂2,∂P3/∂3,∂P3/∂U3); (2.35)  f3 = (∂Q3/∂2,∂Q3/∂3,∂Q3/∂U3); (2.36) Các véc tơ tiếp tuyến tương ứng của 3 đường cong tạo bởi 2 cặp phương trình là: Tag1 =                                      3 3 2 3 3 3 2 3 3 3 2 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 QQ PP ; U QQ U PP ; U QQ U PP (2.37) Tag2 =                                       3 3 2 3 3 2 2 2 3 3 2 3 3 2 2 2 3 3 3 3 3 2 3 2 QQ PP ; U QQ U PP ; U QQ U PP (2.38) Tag3 =                                      3 3 2 3 3 2 2 2 3 3 2 3 3 2 2 2 3 3 3 3 3 2 3 2 PP PP ; U PP U PP ; U PP U PP (2.39) 61 Hệ phương trình và các biểu thức trên cho phép áp dụng các cách tính đơn giản nhờ phần mềm Excel. 2.3.2 Giải trực tiếp hệ phương trình và xác định giới hạn ổn định theo phương pháp NSTC Sử dụng mô đun Solver trong chương trình Exel để giải hệ (2.30) ta nhận được kết quả trạng thái xác lập ban đầu của HTĐ: với nghiệm viết dưới dạng tọa độ là A(2*,3*,U3*) = (-1.690o,-6.293o,0.930), sai số tính toán lớn nhất (đánh giá của phần mềm Excel) là 2.13*10-6 (MVA). Trên cơ sở kết quả CĐXL, theo các công thức từ (2.31) đến (2.33) tính được các phần tử của ma trận và định thức Jacobi: |J| = 172.164 > 0, điểm làm việc ban đầu thỏa mãn điều kiện ổn định tĩnh (theo tiêu chuẩn thực dụng). Dựa trên kết quả này ta dự báo giới hạn ổn định theo phương pháp NSTC tương ứng với các kịch bản biến thiên thông số khác nhau. Ở đây bao gồm kịch bản tăng dần công suất tải P3, Q3, kịch bản tăng công suất phát P2 với nút cân bằng là thanh cái 1. Véc tơ pháp tuyến của các mặt cong tại điểm A được xác định theo (2.34), (2.35) và (2.36):  f1 = (8.662;-3.671;0.640); || f1|| = 9.429;  f2 = (-3.671;5.485;-1.076); || f2|| = 6.687;  f3 = (0.595;-1.000;5.255); || f3|| = 5.382; Các thành phần của véc tơ tiếp tuyến của các đường cong tương ứng tại điểm A được xác định theo (2.37), (2.38) và (2.39): Tag1 = (27.749;18.649;0.408); ||Tag1|| = 33.436; Tag2 = (18.649;45.137;6.478); ||Tag2|| = 49.266; Tag3 = (0.439;6.969;34.038); ||Tag3|| = 34.747; Các góc công suất 1, 2, 3 được xác định theo (2.11): 11 11 1 Tag.f Tag*f)cos(    =0.546; 1= 56.902o; Tính toán tương tự: cos(2) = 0.523; 2= 58.494o; cos(3) = 0.921; 3= 22.991o; Áp dụng công thức (2.21) tính được các giới hạn CSTD tại nút 2 và nút 3 như sau: 2 22 2* 22m )]cos(.||f[||PP  = 5.158 (pu). 2 33 2* 33m )]cos(.||f[||PP  = 3.635 (pu). 62 Giới hạn công suất phản kháng theo điều kiện ổn định tĩnh của phụ tải nút 3 được xác định theo các công thức (2.26) , (2.27) và (2.29): 2 3 * 3333 U QU).cos(.||f|| a   = -5.677 b = || f3 ||.cos(α3) - 2aU3 = 5.600 Qm3 = -b2/4a = 1.381 (pu). Như vậy, sử dụng phương pháp NSTC đã xác định được tất cả các giới hạn ổn định tĩnh của công suất tác dụng và công suất phản kháng từng nút trong HTĐ chỉ qua 1 lần tính toán CĐXL ban đầu. Theo đó các công suất giới hạn (ở hệ đơn vị có tên) là: Pm2 = 515.8 MW; Pm3 = 363.5 MW; Qm3 = 138.1 MVAr. 2.3.3 Xác định giới hạn công suất nút theo điều kiện ổn định theo phương pháp tính toán liên tiếp và đối chiếu với kết quả của phương pháp NSTC Mục tiêu của việc tính toán là tìm ra giới hạn công suất tác dụng và công suất phản kháng (theo điều kiện ổn định) phía đầu phụ tải. Phương pháp áp dụng vẫn là sử dụng phần mềm Excel để tính CĐXL. Phép tính được áp dụng liên tiếp với việc tăng dần CSTD hoặc CSPK (mỗi lần tăng 5 - 10 MW hoặc MVAr). Ở mỗi bước tính cần giải lại hệ (2.30), kết quả cho phép tính và kiểm tra dấu của định thức Jacobi. Khi định thức Jacobi đổi dấu từ dương sang âm thì tìm được giới hạn. Kết quả được tổng hợp dạng bảng và đồ thị. 2.3.3.1 Tính giới hạn công suất phản kháng tại nút tải 3 Giữ nguyên thông số như chế độ đầu, thay đổi CSPK phụ tải nút 3 theo bước tăng 5-10 MVAr, cụ thể trị số Q3 được thay đổi từ 0 đến 140 MVAr. Những bước cuối được thay đổi nhỏ hơn nhằm xác định chính xác giá trị giới hạn. Kết quả được tổng hợp trong bảng 2.1. Bảng 2.1 Biến thiên giá trị định thức Jacobi và điện áp khi tăng CSPK nút 3 Q3 (MVAr) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 133 134 U3(pu) 0.93 0.91 0.89 0.87 0.84 0.81 0.79 0.75 0.72 0.67 0.60 0.54 0.53 Det(J) 172.2 159.3 146.3 133.1 119.5 105.6 91.2 76.1 59.9 41.7 18.0 3.8 -0.003 Theo kết quả tổng hợp như trên, khi CSPK tải Q3>133 MVAr thì định thức Jacobi đổi dấu từ dương sang âm. Do đó, giới hạn ổn định tĩnh của CSPK tải nút 3 là Qm3=133 MVAr. Đối chiếu với kết quả tính toán trong phần trên theo phương pháp NSTC (Qm3=138 MVAr), nhận được sai số là +3.7% (lấy kết quả theo phương pháp tính trực tiếp làm chuẩn). Như đã nêu trong phần trên ta quan tâm đến sai số của phép tính khi chế độ hiện hành tiến dần đến giá trị giới hạn (sẽ phải giảm dần). Nói khác đi, 63 khi điểm làm việc tiến dần đến giới hạn thì kết quả dự báo của phương pháp NSTC và phương pháp tính lặp trực tiếp cho tải CSPK nút 3 (Qm3) sẽ phải hội tụ về một giá trị? Để kiểm tra nhận xét này ta thực hiện tính toán như trên (tăng dần công suất phản kháng nút 3 từ 0 đến 140 MVAr), nhưng ở mỗi bước đều tiến hành tính toán thêm giá trị giới hạn theo phương pháp NSTC. Kết quả cũng tương ứng như ta tính giới hạn CSPK theo phương pháp NSTC với các chế độ đầu khác nhau. Các chế độ đầu tiến dần gần hơn với chế độ giới hạn ổn định. Kết quả nhận được như trong bảng 2.2. Bảng 2.2 So sánh sai số ở mỗi kịch bản tính toán giới hạn ổn định theo phương pháp NSTC so với phương pháp trực tiếp Q3 (MVAr) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 133 134 U3 (pu) 0.99 0.97 0.95 0.93 0.91 0.89 0.87 0.84 0.81 0.79 0.75 0.72 0.67 0.60 0.54 0.53 || f3 || 6.0 5.8 5.6 5.4 5.1 4.9 4.6 4.4 4.1 3.8 3.4 3.0 2.5 1.8 1.4 1.3 ||Tag3|| 37.2 36.4 35.6 34.7 33.9 33.0 32.0 31.0 29.9 28.8 27.5 26.1 24.4 22.1 20.6 20.1 Cos(3) 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.8 0.7 0.4 0.1 0.0 3 (độ) 20.5 21.3 22.1 23.0 24.0 25.2 26.6 28.2 30.1 32.5 35.7 40.1 47.2 63.5 82.5 90.0 a - 5.73 - 5.71 - 5.70 - 5.68 - 5.66 - 5.63 - 5.60 - 5.57 - 5.53 - 5.49 - 5.43 - 5.35 - 5.23 - 5.02 - 4.85 - 4.83 b 5.64 5.63 5.62 5.60 5.58 5.56 5.54 5.52 5.49 5.46 5.42 5.37 5.29 5.17 5.08 5.09 Q3 max (MVAr) 139 139 138 138 138 137 137 137 136 136 135 135 134 133 133 134 Kết quả trong bảng cho thấy, khi chế độ đầu ở xa chế độ giới hạn (Q3 = 0) sai số của phương pháp NSTC khá lớn (139 MVAr so với 133MVAr). Tuy nhiên sai số giảm dần khi giá trị đầu Q3 tiến dần đến giới hạn ổn định (133MVAr) (tính vượt qua CS giới hạn đến 134MVAr). Trị số CSPK giới hạn tính theo phương pháp NSTC Qm3 từ 139 MVAr (tính với chế đầu Q3=0) giảm xuống 133 MVAr tại xung quanh chế độ giới hạn. Sai số lớn nhất khi điểm làm việc ở xa nhất (Q3=0) so với giới hạn là 4.3%. Càng gần tới giới hạn, rõ ràng phương NSTC có độ chính xác càng cao. Hình 2.10 thể hiện sai số qua độ lệch công suất giới hạn xác định theo phương pháp NSTC ứng với các giá trị đầu khác nhau so với giá trị đúng của phương pháp giải tích (đường nằm ngang Q3=133MVAr). Độ lệch rất nhỏ ở xung quanh chế độ giới hạn và lệch nhiều hơn về 2 phía. Trên hình vẽ cũng thể hiện sự biến thiên giá trị định thức Jacobi (đường phía dưới) ứng với các chế độ khác nhau của Q3, nhằm khẳng định vị trí của công suất giới hạn đúng của Q3 (khoảng 133MVAr). 64 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Q3 (MVar) Q 3m (M VA r) Qm3 (MVAr) det(J) Q3=133 MVar Hình 2.10 Diễn biến định thức ma trận Jacobi khi CSPK Q3 tăng đến giới hạn Đồ thị hình 2.11 biểu diễn sự thay đổi các góc 2 và 3 của nút 2 và nút 3 trong quá trình tăng CSPK nút 3. Trên đồ thị cũng thể hiện thay đổi điện áp U3 và góc công suất nút 3, là góc giữa véc tơ pháp tuyến của mặt cong Q3 với véc tơ tiếp tuyến của đường cong tạo bởi 2 mặt P2, P3. -20.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 0 20 40 60 80 10 0 12 0 14 0 Q3(MVAr) Đ ộ Delta2 (độ) Delta3 (độ) Anpha3 (độ) U3(pu) Hình 2.11 Diễn biến các góc 2, 3 và 0 khi Q3 thay đổi Nhận thấy, khi CSPK nút tải 3 tăng dần, các góc 2 và 3 thay đổi nhỏ (quỹ đạo gần với đường nằm ngang), trong khi điện áp U3 giảm nhanh từ 0.93 đến 65 0.53 ở gần giới hạn. Điều này phù hợp với lý thuyết đã trình bày ở các mục trên khi giả thiết CSPK nút 3 chủ yếu làm thay đổi điện áp nút trong khi có tác động nhỏ đến góc pha của các nút trong hệ thống. Góc công suất 3 đặc trưng cho mức độ ổn định thay đổi mạnh, rất dốc ở khoảng gần đến giới hạn, và đạt ~90o tại giới hạn ổn định (133 MVAr). Tính phi tuyến của của đặc tính góc công suất α cũng cho thấy sử dụng trực tiếp giá trị của nó (hay trị số cosα) không đủ đặc trưng cho độ xa của chế độ hiện hành đến chế độ giới hạn (không tỉ lệ với công suất tính bằng MVAr). Hình 2.12 minh họa sự thay đổi của các góc công suất 1(ứng với P2), 2 (ứng với P3) và 3 (ứng với Q3) khi tăng dần trị số CSPK Q3. 0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 0 20 40 60 80 10 0 12 0 14 0 Q3(MVAr) Đ ộ anpha1 (độ) anpha2 (độ) Anpha3 (độ) Hình 2.12 Diễn biến các góc công suất nút 1, 2 và 3 khi CSPK nút 3 thay đổi Kết quả trên đồ thị cho thấy, khi hệ đạt gần với trạng thái giới hạn ổn định, tất cả các góc công suất 1, 2 và 3 đều tăng mạnh và đạt 90o ở 134 MVAr. Điều này cũng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết vì khi đạt trạng thái giới hạn ổn định tĩnh, định thức Jacobi =0, tất cả các góc công suất đều phải bằng 90o(kể cả nút nguồn, ứng với P2). 2.3.3.2 Tính toán giới hạn CSTD phụ tải tại nút 3 Tương tự cách thực hiện trong mục trên, nhưng cho tăng dần công suất tải P3 của nút 3 từ chế độ đầu lên đến 300 MW và giải hệ phương trình CĐXL HTĐ theo (2.30). Mỗi lần giải hệ phương trình đều tiến hành tính và kiểm tra dấu của định thức Jacobi, nhằm tìm chính xác giới hạn công suất P3 theo điều kiện ổn định (lúc Det(J)=0). Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 2.3. 66 Bảng 2.3 Diễn biến thông số chế độ HTĐ và định thức Jacobi khi tăng dần CSTD phụ tải P3 P3(MW) 100 150 200 210 220 230 240 250 260 264 265 270 U3(pu) 0.93 0.90 0.86 0.85 0.83 0.82 0.79 0.77 0.72 0.67 0.67 0.67 3 (độ) -6.29 -10.21 -14.72 -15.76 -16.86 -18.08 -19.44 -21.08 -23.44 -25.83 -25.88 -26.08 Det(J) 172.2 146.7 107.8 97.9 87.0 74.9 61.2 44.7 21.8 0.120 -0.010 -0.001 Từ bảng kết quả trên (của phương pháp giải tích trực tiếp), nhận thấy định thức Jacobi chuyển dấu âm khi P3 đạt 265 MW, do đó, giới hạn ổn định tĩnh đối với CSTD nút tải 3 nằm giữa (264 - 265) MW. Ta lấy gần đúng P3gh=264 MW (tương ứng khi Det(J)=0.12). Trong trường hợp này, tính theo phương pháp NSTC với chế độ đầu P3 = 100 MW (mục 2.3.2) ta nhận được giới hạn Pm3 =383MW (sai số ≈27%). Sai số tương đối lớn có thể giải thích bởi 2 nguyên nhân: Giá trị P3 trong chế độ đầu được tính là 100 MW, ở khá xa giới hạn thực là 264 MW. Nguyên nhân khác là do trong thực tế giá trị điện áp nút 3 có suy giảm khi tăng P3 từ 100 MW lên 264 MW, trong khi phương pháp NSCT đã giả thiết sự thay đổi của U3 theo P3 là nhỏ, bỏ qua. Hình 2.13 thể hiện sai số của phương pháp NSTC khi chế độ đầu P3 gần với giới hạn 264 MW. Khi P3 ban đầu tiến đến giới hạn thì kết quả P3gh tính theo phương pháp NSTC cũng giảm dần về trị số đúng là 264 MW. (Trên hình cũng vẽ đường cong biến thiên trị số Det(J) nhằm kiểm tra vị trí đúng của giới hạn công suất P3 theo điều kiện ổn định. Hình 2.13 Công suất giới hạn Pm3 và |J| tương ứng với sự thay đổi của CSTD tải P3 Kết quả cũng cho thấy trị số định thức ma trận Jacobi suy giảm nhanh khi tăng CS tải P3 và đi qua giá trị 0 ở trạng thái giới hạn ổn định P3=264 MW. 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0 0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0 0 50 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0 20 0 21 0 22 0 23 0 24 0 25 0 26 0 26 4 26 5 27 0 Pm 3( M W ) P3(MW) Pm3 |J| 67 Sự thay đổi các góc công suất nút 1 (đặc trưng cho CSTD P2), 2 (đặc trưng cho CSTD P3) và 3 (đặc trưng cho CSPK Q3) khi tăng dần công suất P3 được thể hiện trong đồ thị hình 2.14. 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0 50 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0 20 0 21 0 22 0 23 0 24 0 25 0 26 0 26 4 26 5 27 0 A np h a (đ ộ) P3(MW) α1 α2 α3 Hình 2.14 Diễn biến các góc công suất i khi thay đổi CSTD tải P3 2.3.3.3 Tính toán giới hạn CSTD của nguồn phát tại nút 2 Theo giả thiết ban đầu của bài toán, nút 2 là nút nguồn P-V, tức là nguồn máy phát điện bơm vào nút 2 có khả năng giữ được mô đun điện áp U2 = const = 1.0 pu, còn CSTD điều chỉnh theo yêu cầu. Giới hạn CSTD nguồn phát tại nút 2 sẽ được xác định theo kịch bản tăng dần công suất phát P2 cho đến khi hệ mất ổn định tĩnh, trong khi giữ nguyên CSTD của phụ tải nút 3. Nút cân bằng là thanh cái NMĐ 1. Thực chất trong kịch bản này khi P2 tăng thì công suất phát của NMĐ 1 sẽ giảm. Biến động này có khả năng dẫn đến hệ thống bị mất ổn định. Tính toán được thực hiện với việc tăng dần CSTD nguồn phát P2 từ 70 MW đến 750 MW, mỗi lần tính đều kiểm tra định thức Jacobi để tìm ra chế độ giới hạn đúng theo điều kiện Det(J) = 0. Tổng hợp kết quả thông số chế độ và định thức Jacobi nhận được như bảng 2.4. Bảng 2.4 Thông số chế độ khi tăng dần công suất phát P2 P2 (MW) 70 100 200 300 400 450 500 550 600 650 680 683 684 685 U3 (pu) 0.93 0.93 0.92 0.91 0.89 0.88 0.86 0.83 0.80 0.74 0.67 0.63 0.63 0.63 2 (độ) -3.08 1.54 6.18 11.00 16.17 18.99 22.04 25.46 29.51 34.98 41.40 43.81 43.85 43.87 Det(J) 170.8 172.5 165.8 150.8 127.3 112.4 95.3 75.8 53.6 27.4 5.4 0.057 0.006 0.000 Kết quả cho thấy định thức Jacobi suy biến tại P2 = 685 MW, HTĐ đạt trạng thái giới hạn ổn định khi P2gh=684 MW. 68 Trong trường hợp này kết quả tính toán CSTD giới hạn nút 2 theo phương pháp NSTC trong phần trên (mục 2.3.2) nhận được Pm2=515,8 MW. Sai số đến -24% (theo hướng nhỏ hơn). Sai số lớn có thể được giải thích do chế độ đầu P2 = 70 MW nằm rất xa giới hạn 684 MW. Ngoài ra, giả thiết trạng thái nguồn trong các trường hợp không hoàn toàn giống nhau. Khi tính toán giới hạn theo phương pháp NSTC, các máy phát được giả thiết tiến tới giới hạn ở chế độ (P,Q) nghĩa là điện áp thanh cái nguồn có thể giảm dần so với giá trị đầu khi tăng công suất P2, làm giảm thêm công suất giới hạn. Trong tính toán giải tích trực tiếp (tính lặp) theo mô hình (2.30) điện áp thanh cái được giả thiết giữ được không đổi từ chế độ đầu cho đến giới hạn, vì thế kết quả P2gh nhận được lớn hơn. Trong thực tế, tùy thuộc vào vị trí máy phát trong sơ đồ và cấu trúc của TĐK (quyết định giới hạn điều chỉnh điện áp), chế độ nguồn có thể thay đổi trong quá trình tăng công suất phát. Khi P2 tăng, lúc đầu U2 giữ được không đổi, khi TĐK hết giới hạn điều chỉnh thì U2 bắt đầu giảm, kéo theo sự sụt giảm trị số công suất giới hạn. Như vậy, trị số giới hạn thực của CSTD phát nằm giữa 2 giả thiết trên (nút nguồn (P,Q) và nút nguồn (P,V) lý tưởng). Về nguyên tắc, nếu không tính lặp sẽ không có khả năng dự báo chính xác được lúc TĐK hết giới hạn. Chính vì thế, để nhận giới hạn an toàn, phương pháp NSTC chọn mô hình (P,Q) cho nút nguồn khảo sát (các nguồn còn lại có thể là (P,V) hoặc (P,Q) tùy theo trạng thái đang vận hành). Thực tế nếu trạng thái nút khảo sát là nút nguồn nguy hiểm (gần giới hạn) thì nó cũng đang ở trạng thái hết giới hạn điều chỉnh điện áp. Khi đó phương pháp NSTC đảm bảo độ chính xác cao. Hình 2.15 thể hiện kết quả tính toán định thức Jacobi và kết quả tính giới hạn P2 theo phương pháp NSTC với các giá trị đầu khác nhau của P2. 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0 0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0 0 50 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 0 60 0 65 0 68 0 68 3 68 4 68 5 Pm 2( M W ) P2(MW) Pm2 |J| Hình 2.15 Diễn biến giới hạn CSTD Pm2 tương ứng với các giá trị của P2 69 Từ đồ thị trên nhận thấy, khi hiện trạng công suất tác dụng của nguồn P2 càng gần với giới hạn ổn định thì công suất Pm2 tính theo phương pháp NSTC càng sát với kết quả tính toán theo phương pháp trực tiếp (P2gh=684 MW). Diễn biến góc công suất 1, 2 và 3 khi tăng dần công suất phát P2 được thể hiện trong đồ thị hình 2.16. 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0 50 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 0 60 0 65 0 68 0 68 3 68 4 68 5 A np ha (đ ộ) P2(MW) α1 α2 α3 Hình 2.16 Sự thay đổi các góc công suất i khi công suất nguồn P2 tăng dần Nhận thấy góc công suất 1 và 2 ít thay đổi trong khoảng 0-500 MW, khi tiến gần đến giới hạn ổn định, giá trị góc công suất tăng mạnh và đạt giới hạn ở 90o (P2=684 MW). Đây cũng là trạng thái định thức Jacobi của hệ phương trình CĐXL suy biến Det(J)= 0. 2.4 Ví dụ áp dụng phương pháp ngoại suy tiệm cận với sơ đồ HTĐ phức tạp Trong mục này sẽ trình bày các ví dụ áp dụng phương pháp NSTC cho sơ đồ HTĐ phức tạp, nhằm tiếp tục kiểm chứng độ chính xác của phương pháp NSTC đồng thời minh họa khả năng áp dụng phương pháp này trong việc xác định giới hạn công suất nút theo điều kiện ổn định, tìm kiếm nút yếu, đánh giá độ dự trữ ổn định hệ thống. Các sơ đồ được lựa chọn để tính toán là những sơ đồ mẫu IEEE và sơ đồ thực tế HTĐ Việt Nam. Các sơ đồ HTĐ mẫu được sử dụng là sơ đồ Ward & Hale 6-Bus [26] và IEEE 14-Bus . Sơ đồ tính cho HTĐ Việt Nam là lưới điện Miền Tây Nam bộ năm 2016 [5]. Hệ thống điện Miền Tây bao gồm 138 nút và 288 nhánh, có 3 cấp điện áp 500 kV, 220 kV và 110 kV. Đây là khu vực lưới điện có cấu trúc được coi là khá yếu về mặt ổn định do phạm vi cấp điện trải rộng, số nguồn cấp điện ít, các đường dây 110kV chủ yếu là mạch đơn, hình tia, chiều dài lớn. 70 Như đã trình bày trong mục 2.2.5, với sơ đồ HTĐ phức tạp, để xác định các giới hạn công suất theo điều kiện ổn định bằng phương pháp NSTC cũng cần xây dựng các chương trình tính toán. Chương trình sẽ cho phép xác định các chỉ số giới hạn ổn định theo hàng loạt các kịch bản khác nhau dựa trên thông tin về trạng thái hiện hành của HTĐ. Trong luận án đã thiết lập chương trình (trên ngôn ngữ Delphi) theo cấu trúc hình 2.8. Chương trình được thiết lập như một mô đun bổ sung của chương trình CONUS đang sử dụng của bộ môn HTĐ trường ĐHBK Hà Nội. Sau khi tính toán CĐXL bằng chương trình CONUS toàn bộ số liệu về trạng thái hiện hành và ma trận Jacobi được chuyển tiếp sang mô đun chương trình. Tiếp theo là thuật toán xác định các trị số giới hạn công suất tương ứng với phương pháp NSTC. Kết quả tính toán cho các sơ đồ ví dụ tiếp sau là sản phẩm tính toán của mô đun chương trình này. Một thuận lợi là trong chương trình CONUS đã có sẵn chức năng tính toán giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định bằng phương pháp lặp liên tiếp (cho mỗi kịch bản được thiết lập).Chương trình cũng đã được ứng dụng thực tế khi luận chứng sự cần thiết và tính toán khả năng truyền tải của đường dây liên kết 500 kV Bắc Nam, kết nối thủy điện Hòa Bình với trạm Phú Lâm. Để so sánh đánh giá sai số của phương pháp NTSC, trong luận án sử dụng chức năng này. Một vài sơ đồ mẫu còn được sử dụng làm ví dụ tính toán theo phương pháp khác, luận án cũng lấy các kết quả trong các công bố này để so sánh, đặc biệt là kết quả trong [32] cùng dựa trên khái niệm góc công suất nút α. 2.4.1 Sơ đồ Ward & Hale 6-Bus Sơ đồ Ward & Hale gồm 6 nút, trong đó có 2 nút nguồn (nút 1 và nút 2), 3 nút tải (3,5,6), hai tụ bù tĩnh lắp tại nút 4 và 6. Có 2 nhánh máy biến áp là nhánh 4-3 và 6-5 (hình 2.17). Chi tiết thông số của sơ đồ được thể hiện rõ trong phụ lục luận án. 71 Hình 2.17 Sơ đồ Ward & Hale 6-Bus Kết quả tính toán trạng thái xác lập đầu của sơ đồ thể hiện trong bảng 2.5 (tính bằng chương trình CONUS). Bảng 2.5 Kết quả tính toán thông số chế độ ban đầu HTĐ Ward & Hale Nút Pphát (MW) Qphát (MVAr) Ptải (MW) Qtải (MVAr) Điện áp (pu) Góc pha (độ) 1 97.7 28.1 0.0 0.0 1.0 0.0 2 50.0 41.8 0.0 0.0 1.10 -8.0 3 0.0 0.0 55.0 13.0 0.839 -14.8 4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.929 -11.3 5 0.0 0.0 30.0 18.0 0.872 -14.9 6 0.0 0.0 50.0 5.0 0.892 -14.1 Kết quả nhận được theo phương pháp NSTC đề xuất trong luận án (tính bằng chương trình): *Ketqua tinh toan: Th.so Alpha PQ0 PQm DPQ D Kdt - (do) (MW) (MW) (MW) (%) (%) Ppt 3 82.7 55.00 120.14 65.14 54.2 118.4 Ppt 5 79.0 30.00 89.83 59.83 66.6 199.4 Ppt 6 79.5 50.00 126.04 76.04 60.3 152.1 Png 2 68.3 50.00 105.42 55.42 52.6 110.8 Qpt 3 79.1 13.00 48.67 35.67 73.3 274.4 Qpt 5 67.9 18.00 52.25 34.25 65.6 190.3 Qpt 6 73.2 5.00 49.86 44.86 90.0 897.2 Ở đây, tất cả các kịch bản thay đổi (tăng thêm) công suất nút đều được tính toán, với các trị số giới hạn của CSTD hoặc CSPK (cột PQm). Khoảng cách giữa chế độ đầu (PQ0) đến chế độ giới hạn được tính toán (cột DPQ), từ đó xác định chỉ tiêu dự trữ ổn định (theo kịch bản nút). Nút có hệ số dự trữ thấp có thể coi là nút yếu. Ở đây D% là khoảng cách tương đối của công suất nút đến trị số giới hạn: D% = (DPQ/PQm).100%. Tiếp theo, có thể sử dụng chức năng tính lặp liên tiếp của chương trình CONUS lần lượt tính giới hạn công suất cho từng kịch bản thay đổi công suất các nút. Kết quả dùng làm chuẩn để so sánh sai số của các phương pháp NSTC. Tuy nhiên, như đã giới thi