Phân tíh hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ trong hệ thống điện

Nhìn chung các nhà máy thủy đi n ệ có các thông số cơ khí ít bị ảnh hưởng bởi hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ hơn các nhà máy nhiệt điện.. 1.2.2 Hiện tượng tự kích từ Self Exci

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

ĐINH VĂN ĐẠ T

DƯỚI ĐỒ NG B TRONG H TH Ộ Ệ ỐNG ĐIỆ N

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nộ i – Năm 2018

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

ĐINH VĂN ĐẠ T

DƯỚI ĐỒ NG B TRONG H TH Ộ Ệ ỐNG ĐIỆ N

Chuyên ngành: K Ỹ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚ NG D N KHOA H C Ẫ Ọ

TS TRƯƠNG NGỌ C MINH

Hà Nộ i – Năm 2018

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc s ỹ dưới đây là công trình nghiên cứu c a b n ủ ảthân Các số ệ li u, thông tin trích d n trong luẫ ận văn này hoàn toàn trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố Những tài liệu tham khảo trong luận văn đã được nêu rõ ràng trong ph n tài li u tham kh o Các k t qu ầ ệ ả ế ả thu được c a luủ ận văn chưa từng đượ ử ụng để ảc s d b o v m t h c v nào khác ệ ộ ọ ị

Hà Nội, ngày 30 tháng 9 năm 2018

H c viên thọ ực hiện

Đinh Văn Đạt

M ỤC LỤ C

LỜI CAM ĐOAN iDANH M C HÌNH V vỤ ẼDANH M C B NG BI U viiỤ Ả Ể

L I NÓI Ờ ĐẦU 1CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG T N S DƯẦ Ố ỚI ĐỒNG B - Ộ SSR 21.1 Gi i thi u chung 2ớ ệ1.2 Hi n ệ tượng cộng hưởng t n s ầ ố dưới đồng b - ộ SSR 31.2.1 Lý thuy t v cế ề ộng hưởng t n s ầ ố dưới đồng bộ 31.2.2 Hiện tượng t kích t (Self Excitation) 5ự ừ1.2.3 Mô men xoắn quá độ (Transient torque) 71.2.4 Ảnh hưởng của SSR đối v i h ớ ệ trục Turbine 81.3 Các phương pháp phân tích, đánh giá hiện tượng SSR 91.3.1 Phương pháp quét tần s 9ố1.3.2 Phương pháp mô phỏng miền th i gian th c 10ờ ự1.3.3 Phương pháp trị riêng 101.4 K t lu n 10ế ậCHƯƠNG 2: MÔ HÌNH H TURBINE – MÁY PHÁT NHIỆ ỆT ĐIỆN ĐỒNG B Ộ

BA PHA 11 2.1 Gi i thi u chung v ớ ệ ề máy phát điện đồng b 11ộ2.1.1 C u tấ ạo và nguyên lý làm việc 112.1.2 Phân loại máy phát điện đồng b ba pha trong h th ng 13ộ ệ ố2.2 Mô hình toán học của máy phát đồng b ba pha 15ộ2.2.1 T c m, h c m trong các cu n dây 17ự ả ỗ ả ộ2.2.2 Các phương trình của máy điện đồng b ộ trong hệ tọa độ pha 19 2.2.3 Biến đổ ề ệ ọi v h t a độ quay dq0 c a rotor 21ủ2.2.4 Quy đổi các đại lượng rotor v stator 24ề2.2.5 Các phương trình điện áp, t thông trong h từ ệ ọa độ qdo 262.2.6 Mô men điệ ừ ủa máy điện đồn t c ng b 27ộ

2.2.7 M i quan h giố ệ ữa đại lượng dòng điện và t thông 27ừ2.2.8 Phương trình chuyển động c a Rotor 28ủ2.3 Mô hình toán học biểu diễn h trệ ục turbine máy phát.– 292.4 K t lu n 35ế ậCHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRỊ RIÊNG ĐỂ PHÂN TÍCH HI N ỆTƯỢNG CỘNG HƯỞNG T N S Ầ Ố DƯỚI ĐỒNG B 36 Ộ3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp trị riêng 36 3.1.1 Các đặc trưng của ma trận tr ng thái A 37ạ3.1.2 Phân tích ổn định của hệ ố th ng d a vào giá tr riêng 38ự ị3.2 Phân tích tương tác xoắn trên tr c turbine 39ụ3.2.1 T n s ầ ố dao động t nhiên c a tr c turbine máy phát 39ự ủ ụ3.3 Phân tích dao động riêng của hệ ụ tr c Turbine – máy phát 433.3.1 Phân tích giá tr ị riêng và các chế độ dao động 443.3.2 Nh n x t k t qu phân tích tr riêng và vector riêng 48ậ ế ế ả ị3.3.3 Các đại lượng của hệ turbine - máy phát điện trong mô hình theo các mode dao động 49 3.4 K t lu n 50ế ậCHƯƠNG 4: K T QU MÔ PH NG HIẾ Ả Ỏ ỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG T N S Ầ ỐDƯỚI ĐỒNG B VỘ ỚI SƠ ĐỒ IEEE SBM 51 4.1 Xây dựng mô hình các phầ ử trong hệ ống điện t th n 514.1.1 Mô hình máy phát nhiệt điện đồng b ộ ba pha 514.1.2 Phép biến đổi qd0 cho m ch RL n i ti p 59ạ ố ế4.1.3 Phép biến đổi qd0 cho mạch điện dung song song 644.1.4 Mô hình hóa t bù d c 67ụ ọ4.2 Mô ph ng h th ng vỏ ệ ố ới sơ đồ chu n IEEE First BenchMark 68ẩ4.2.1 Sơ đồ chu n IEEE First BenchMark - ẩ FBM 684.2.2 K ch b n và k t qu mô ph ng 68ị ả ế ả ỏ4.2.3 Nh n xét 71ậ4.3 Sơ đồ IEEE Second BenchMark 714.3.1 Mô hình sơ đồ SBM trên Mathlab/Simulink 73

4.3.2 Tính toán giá trị bù dọc trên đường dây tương ứng với từng mode dao động

c a tr c turbine 74ủ ụ4.4 Phân tích tr riêng và k t qu ị ế ả mô phỏng ứng với các giá tr bù 76ị4.4.1 V i giá tr ớ ị bù 76.23% (tương ứng v i mode 2) 76ớ4.4.2 V i giá tr ớ ị bù 57.21% (tương ứng v i mode 3) 78ớ4.4.3 V i giá tr ớ ị bù 37.03% (tương ứng v i mode 4) 80ớ4.4.4 So sánh biên độ dao động c a momen xo n tủ ắ ại từng kh i tr c 82ố ụ4.4.5 Phân tích ảnh hưởng của dòng điệ ới biên độ mô men xoắn t n 85

K T LU N CHUNG 88Ế ẬTÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH M C HÌNH V Ụ Ẽ

Hình 1.1: H ệ thống điện có t bù d cụ ọ 3

Hình 1.2: C u trúc cấ ủa hệ thống turbine máy phát 4

Hình 1.3:Mô hình mạch tương đương hiệ ứng không đồng bộ máy phátu 6

Hình 1.4: Tr c turbine nhà máy nhiụ ệt điện b ị phá hủy do hiện tượng SSR 9

Hình 2.1: C u t o máấ ạ y phát điện đồng bộ ba pha 12

Hình 2.2: Mô hình m ch Rotor và Stator cạ ủa máy phát đồng bộ 15

Hình 2.3: Mô hình h ệ trục Turbine 6 kh iố 31

Hình 2.4: Mô hình khối LPB GEN- 31

Hình 2.5: Cấu trúc cơ khí của hệ trục turbine 6 kh iố 32

Hình 3.1: Các t n s ầ ố dao động tự nhiên và dạng dao động của trục turbine máy phát điện 47

Hình 4.1: Khối tạo dao động 51

Hình 4.2: Khối điện áp đầu c cự 52

Hình 4.3: Khối chuyển đổi điện áp pha2qd0 53

Hình 4.4: Khối phương trình vi phân của máy phát trên tr c qụ 54

Hình 4.5: Khối phương trình vi phân của máy phát trên trục d 55

Hình 4.6: Kh i Rotor máy phátố 56

Hình 4.7: Khối chuyển đổi tín hiệu qdr2pha 56

Hình 4.8: Khối VIPQ 57

Hình 4.9: Mô hình mô phỏng máy phát đồng bộ trên Mathlab 58

Hình 4.10: Sơ đồ mô t m ch RL n i ti p ba pha v i dây trung tínhả ạ ố ế ớ 59

Hình 4.11: Sơ đồ tương đương qd0 của đường dây RL n i ti pố ế 62

Hình 4.12: Sơ đồ tương đương qd0 của đư ng dây RL n i ti p khi b qua thành ph n h c m ờ ố ế ỏ ầ ỗ ả giữa các pha 63

Hình 4.13: Mô hình khối Series RL trong Mathlab 64

Hình 4.14: Sơ đồ mô t mả ạch điện dung song song của đường dây ba pha 64

Hình 4.15: Mạch điện qd0 của mạch điện dung song song 66

Hình 4.16: Mô hình kh i ShuntCap trong Mathlabố 67

Hình 4.17: Mô hình kh i Cap trong Mathlabố 67

Hình 4.18: Sơ đồ chu n IEEE First BenchMarkẩ 68

Hình 4.19: Mô phỏng sơ đồ chuẩn IEEE First Benchmark bằng MATLAB/SIMULINK 69

Hình 4.20: K t qu n hành mô phế ả tiế ỏng thực tế 70

Hình 4.21: K t qu mô phế ả ỏng của IEEE [4] 70

Hình 4.22: Sơ đồ IEEE Second Benchmark System 71

Hình 4.23: Sơ đồ IEEE SBM trên Mathlab/Simulink 73

Hình 4.24: Dạng dao động của trục turbin tương ứng với từng mode 74

Hình 4.25: Điện áp trên tụ, dòng điện máy phát và Momen điện khi bù 76.3% 77

Hình 4.26: Dao động mô men trên các kh p tr c Turbine khi bù 76.3%ớ ụ 77

Hình 4.27: Điện áp trên tụ, dòng điện máy phát và Momen điện khi bù 57.21% 79

Hình 4.28: Dao động mô men trên các kh p tr c Turbine khi bù 57.21%ớ ụ 79

Hình 4.29: Điện áp trên tụ, dòng điện máy phát và Momen điện khi bù 37.02% 81

Hình 4.30: Dao động mô men trên các kh p tr c Turbine khi bù 37.02%ớ ụ 81

Hình 4.31: Momen điệ ại các mode dao độngn t 82

Hình 4.32: Momen xoắn trên khớp trục HP IP- 82

Hình 4.33: Momen xoắn trên khớp trục IP LPA- 83

Hình 4.34: Momen xoắn trên khớp trục LPA LPB- 83

Hình 4.35: Momen xoắn trên khớp trục LPB Gen- 83

Hình 4.36: Momen xoắn trên khớp trục Gen Exc- 84

Hình 4.37: Dòng điện máy phát tại các vị trí ngắn mạch 85

Hình 4.38: Momen điệ ạn t i các v trí ng n m chị ắ ạ 85

Hình 4.39: Momen xoắn trên khớp trục LPA LPB tại các vị trí ngắ- n mạch 86

Hình 4.40: Momen xoắn trên khớp trục LPB Gen tại các vị trị ngắ- n mạch 86

DANH MỤC B ẢNG BIỂ U

Bảng 2-1: Ký hiệu các đại lượng cơ bản máy phát đồng bộ 16

Bảng 2-2: H ệ thống ký hiệu các thông s cố ủa máy phát 30

Bảng 3-1: Thông s h ố ệ trục turbine máy phát đồng bộ 44

Bảng 3-2: H s tệ ố ắt dần tương ứng với từng mode dao động 44

Bảng 3-3: T n s ầ ố dao động riêng của ối trụkh c turbine máy phát 46

Bảng 3 4: Các giá trị ủ- c a vector riêng Q ứng với các mode dao động 46

Bảng 3 5: Các giá trị ủ- c a vector riêng Q sau khi biến đổi 47

Bảng 3 6: Các đạ- i lượng mode của hệ turbine – máy phát 49

Bảng 4-1: Thông s h ố ệ thống điện trong sơ đồ FBM 68

Bảng 4-2: Thông s phố ần điện của hệ 2 máy phát 71

Bảng 4-3: Thông s h ố ệ trục Turbine-máy phát cùa 2 máy phát 72

Bảng 4-4: Thông s h ố ệ thống điện 72

Bảng 4 5: Bảng số liệ- u tính toán giá tr ị bù tương ứng với các mode dao động 76

L Ờ I NÓI Đ Ầ U

S dử ụng tụ bù dọc là một giải pháp đơn giản và tối ưu trong quá trình vận hành

và truy n tề ải điện xoay chi u nh m nâng cao sề ằ ự ổn định của hệ ống, đồ th ng thời tăng

kh ả năng tải của đường dây Tuy nhiên, việc lắp đặ ụ t t bù dọc trên đường dây truyền

t i l i là m t trong nh ng nguyên nhân gây ra hiả ạ ộ ữ ện tượng cộng hưởng tần s ố dưới đồng

b ộ (Subsynchronous Resonance SSR), dẫn đến sự ố phá hỏng trục turbin máy phát do - c momen xo n và làm mắ ấ ổn địt nh hệ ống Đề th tài:”Phân tích hiệ n tư ng cộ ợ ng hư ng ở

tần số dưới đồng bộ rong hệ t thống điệ ” có mục đích xây dựn ng công c ụ dùng đểphân tích, đánh giá hiện tượng cộng hưởng t n s ầ ố dưới đồng b s dộ ử ụng phương pháp

tr ị riêng kết hợp với xây dựng mô hình mô phỏng trong Mathlab ết quả tính toán, K

mô phỏng mô hình đã phân tích ảnh h ng c a tụưở ủ bù dọc trên đường dây đố ới v i mô men xo n trên h tr c turbine c a máy phát nhiắ ệ ụ ủ ệt điện đồng b ba pha ộ

N i dung c a luộ ủ ận văn được chia làm 4 chương:

Chương 1: Hiện tượng cộng hưởng t n s ầ ố thấp

Chương 2: Mô hình h turbine - máy phát nhiệ ệt điện đồng b ộ ba pha

Chương 3: Áp dụng phương pháp trị riêng để phân tích hiện tượng cộng hưởng

t n s th p ầ ố ấ

Chương 4: Kết quả mô phỏng hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ ới v

sơ đồ IEEE SBM

Bằng công cụ đã được xây dựng để đánh giá hiện tượng cộng hưởng t n sầ ố dưới

đồng b trong h thộ ệ ống điện, đề tài đã xác định được giá tr c a bù d c s gây ra c ng ị ủ ọ ẽ ộhưởng khi có s c trên h th ng, m c đ ự ố ệ ố ứ ộ ảnh hưởng c a các m c bù đ i vớủ ứ ố i các kh p ớ

trục trên trục turbine của máy phát, và ảnh hư ng của dòng sự ố đối với biên độ ủa ở c c

mô men xoắn Đề tài có thể được sử ụ d ng làm cơ sở cho phân tích hiện tượng c ng ộhưởng t n s ầ ố dưới đồng b i vộ đố ới lưới điện c th ụ ể

Dù tác giả đã rất cố ắng nhưng do hạ g n chế ề ời gian và trình độ v th chuyên môn nên luận văn không thể tránh kh i nh ng sai sót R t mong nhỏ ữ ấ ận được nh ng ý kiữ ến góp ý của thầy cô, bạn đọc để ận văn đượ lu c hoàn thiện hơn

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ ự ết ơn chân thành đế s bi n th y giáo ầ TS Trương Ngọc Minh, bộ môn H Thệ ống Điện, trường Đạ ọi h c Bách Khoa Hà Nội đã ật n tình hướng d n trong su t quá trình th c hiẫ ố ự ện đề tài Tác gi ả cũng xin gử ờ ải l i c m ơn đến các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp và người thân đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều

ki n hoàn thi n luệ ệ ận văn này

Hà Nội, ngày 30 tháng 9 năm 2018

CHƯƠNG 1: HIỆ N TƯ NG C NG HƯ NG T N S DƯ I Ợ Ộ Ở Ầ Ố Ớ

1.1 Gi i thiớ ệu chung

Việc lắp đặt tụ bù dọc trên đường dây truyền tải điện xoay chiều có giá trị ề v

mặt kinh tế, tăng khả năng tải của đường dây truy n tề ải, điều khi n phân b công suể ố ất

giữa các đư ng dây song song và nâng cao ổn định của hệ thốờ ng [ ]1 Tuy nhiên, việc

l p ắ đặt tụ bù dọc trên đường dây truyền tải lại là một trong những nguyên nhân gây ra

hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ (Subsynchronous Resonance-SSR), d n ẫ

đến s c phá h ng tr c turbin máy phát do momen xo n và làm m t ự ố ỏ ụ ắ ấ ổn định h th ng ệ ố

S ự phá hủy này có thể là kết quả ủa quá trình tích lũy trong thời gian dài của momen c

xoắn có biên độ ấp hoặc kết quả trong thời gian ngắn của momen xoắn có biên độ thcao [ ]2 Nhìn chung các nhà máy thủy đi n ệ có các thông số cơ khí ít bị ảnh hưởng bởi

hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ hơn các nhà máy nhiệt điện Vì v y, nh ậ ảhưởng c a hiủ ện tượng cộng hưởng t n s ầ ố dưới đồng b phộ ải được xem xét, phân tích chi ti t khi tri n khai các bài toán lế ể ắp đặ ụt t bù dọc trên lướ điệ 3i n [ ]

Hiện tượng cộng hưởng ần số dưới đồng bộ (SSR) đượ t c đưa ra th o luận lần ảđầu tiên vào năm 1937, cho đến năm 1971 thì hiện tượng xo n trên trắ ục turbine đã được ghi nh n Hai s c phá h ng tr c Turbine [4] tại nhà máy điệậ ự ố ỏ ụ n Mohave, mi n ềnam bang Nevada, nước M vào tháng 11/1970 và tháng 10/1971 yêu c u v s n m ỹ ầ ề ự ắ

bắt và phát triển lý thuyết về ự ảnh hưởng của tụ bù dọc trên đường dây truyền tải và s

tr ng thái xo n cạ ắ ủa máy phát turbine hơi

Tại Việt Nam, mộ ự ốt s c nghiêm tr ng đã xảy ra tại nhà máy nhiệt điện Vũng ọÁng, làm phá hủy trục Turbine máy phát, ng ng hoừ ạt động nhà máy gây thi t h i nệ ạ ặng

n v ề ề kinh tế Mặc dù không có báo cáo chính thức nào được công bố nhưng các nhà khoa học đều nhận định s c này là do hiự ố ện tượng c nộ g hưởng dưới đồng b ộ gây ra

Vì vậy, việc phân tích, nghiên c u hiứ ện tượng cộng hưởng t n sầ ố dưới đồng bộ (SSR) trong h thệ ống điện là vô cùng c p thiấ ết và có ý nghĩa thực tế 4 5 [ , ]

1.2 Hiện tượng cộ ng hư ng tần số dưới đồng bộ SSR ở -

1.2.1 Lý thuy t v cế ề ộng hưởng tần số dưới đồng bộ

Theo định nghĩa của IEEE [ , ]:“Hi4 5 ện tượng cộng hưởng dưới đồng b ộ(Subsynchronous Resonance-SSR) là điều kiện vận hành của hệ ố th ng mà ở đó có sựtrao đổi năng lượng gi a h th ng và Turbine máy phát m t ho c m t vài t n s ữ ệ ố ở ộ ặ ộ ầ ố dưới

đồng b ” ộ

Hình 1.1: Hệ thống điện có t bù d c ụ ọ

Cộng hưởng tần số dưới đồng bộ là một điều kiện có thể ồn tại trong hệ thố t ng điệ ở đó hện, th ng có tầố n s ố dao động riêng dướ ầi t n s nh m c (50 ho c 60 Hz) ố đị ứ ặDòng điện trong lưới đi n xoay chi u có hai thành ph n: thành ph n th nh t t n s ệ ề ầ ầ ứ ấ ở ầ ố

định m c; thành ph n còn l i ph thuứ ầ ạ ụ ộc vào đặc tính c a h th ng Bi u th c dòng ủ ệ ố ể ứđiện cho m ch R-L-C n i tiạ ố ếp được bi u diể ễn như sau [ ]: 5

ω = ω =ω −ζ = − là thành phần dao động t t d n hình sin ắ ầ

Trong cu n dây ộ stator của máy phát cũng có một dòng điện tương tự dòng điện trong công thức (1.1) và sinh ra dòng điện cả ứm ng trên cu n dây roto c a máy phát ộ ủQuá trình này được mô t thông qua ma tr n truy n Park [ ]ả ậ ề 5

2 1 cos c os 2

Thành phần dòng điện ban đầu đã bị ến đổ bi i sang thành phần dòng điện có tần

s ố trên đồng bộ (ω ω1+ 2)và thành phầ dòng điện n có t n sầ ố dưới đồng bộ (ω ω1− 2) Thành phần dòng điện dưới đồng b này sinh ra omen xoộ m ắn tác động lên tr c roto ụmáy phát, làm roto dao động t n s ở ầ ố dưới đồng b ộ

Hình 1.2: Cấ trúc củu a h ệ thống turbine máy phát

Trục turbine máy phát là một cơ cấu quay, được c u t o b i nhi u kh i g n li n ấ ạ ở ề ố ắ ềbao g m turbine cao áp, trung áp, h áp, roto máy phát, kích t Các kh i này không ồ ạ ừ ố

được n i c ng v i nhau, làm vi c gi ng h lò xo nên khi hoố ứ ớ ệ ố ệ ạt động thì chính b n thân ả

nó cũng có các kiểu dao động t nhiên m t vài t n s t ự ở ộ ầ ố ự nhiên nào đó dưới đồng b ộ

Vấn đề ảy ra khi t n s momen xo n trùng v i m t ki x ầ ố ắ ớ ộ ểu dao động t nhiên nào ự

đó của tr c thì momen này sẽ dao độụ ng t n số ự nhiên này nhưng với biên độ ớở ầ t l n hơn rất nhi u l n Hiề ầ ện tượng này g i là hiọ ện tượng cộng hưởng dưới đồng b Sộ ự ố c

x y ra có th ả ể gây hư hỏng ho c phá hặ ủy trục Turbine c a máy phát ủ

Hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR) xuất hiện dưới hai dạng như sau 5 [ ]:

- T kích t (Self Excitation): cự ừ ộng hưởng tần số dưới đồng b ng thái ộ ở trạ ổn định

- Mô men xoắn quá độ (Transient torques): cộng hưởng tần số dưới đồng bộ ở ạ tr ng thái quá độ

1.2.2 Hiện tượng tự kích từ (Self Excitation)

Dòng điện thành phần dưới đồng bộ đi vào các đầu cực máy phát sinh ra thành phần điện áp đầu cực dưới đồng bộ Thành phần điện áp này cảm ứng lên cu n dây ộroto điện áp c m ả ứng dưới đồng b ộ và duy trì dòng điện trên cu n dây roto máy phát, ộ

Hiện tượng này gọi là tự kích từ Có hai loại tự kích từ: một loại liên quan đến phần điện động rôto, g i là hi u ng c m ng máy phát; mộọ ệ ứ ả ứ t loại liên quan đến phần cơ điện

động rotor, gọi là tương tác xoắn Hiêu ứng tương tác xoắn nguy hiểm hơn so với hi u ệ

ứng c m ng máy phát ả ứ

1.2.2.1 Hiện tượng tự ả c m máy phát (Induction Generator Effect)

Hiện tượng cảm ứng máy phát là hiện tượng thuần về điện của hệ thống điện Thành phần dòng điện có t n sầ ố dưới đồng b do t bù gây ra sộ ụ ẽ ả c m ứng sang roto máy phát, làm xu t hi n tấ ệ ừ trường dao động v i t n sớ ầ ố dưới đồng b trong khi roto vộ ẫn quay với tốc đ cơ bộ ản Khi đó sơ đồ thay thế máy phát s giẽ ống như sơ đồ thay th ế

của máy điện đồng bộ

Hình 1.3:Mô hình mạch tương đương hiệ ứng không đồu ng b máy phát ộ

Điện tr Rotor nhìn t ph n ng và h thở ừ ầ ứ ệ ống được xác định theo bi u th c sau: ể ứ

r

RRs

R fR

1.2.2.2 Tương tác xoắn (Torsional Interaction)

Tương tác xoắn xu t hi n khi momen t n s th p g n v i m t trong nh ng ch ấ ệ ầ ố ấ ầ ớ ộ ữ ế

độ dao động t nhiên c a trự ủ ục turbine máy phát Tương tác xoắn là hiện tượng bao

gồm cả đặc tính của hệ cơ và đặc tính của hệ điện Giữa hai hệ này có thể có một hoặc nhiều tần số ự nhiên Tần số ự nhiên của hệ điện được là t t f er và tần số riêng của hệ cơ

kh i-trố ục máy phát là f n

Tương tác xoắn xu t hi n do c u t o cơ h c c a turbine máy phát dạng khối-ấ ệ ấ ạ ọ ủ

trục Sẽ có (n− ) ch1 ế độ dao động tương tác xoắ n v i turbine n kh i Khi Rotor máy ớ ốphát dao động t n s xo n t nhiên ở ầ ố ắ ự f , sinh ra thành phn ần điện áp phầ ứn ng tở ần số

th p ấ fen− = f0− fn và cả thành phần điện áp phầ ứn ng tở ần số cao fen+ = f0+ fn Trong

đó thành phần fen− rất gần với thành phần f - ter ần số ộng hưởng của tụ bù dọc trên cđường dây T n s cầ ố ộng hưởng được tính như sau:

f : T n s ầ ố điện công nghi p ệ

Kết quả là dòng điện tần số ấp chạy trong phầ ứng máy phát sinh ra momen th n

xo n rắ ở otor tại tần số f Nếu momen này ln ớn hơn khả năng cản của hệ turbine-máy phát, sẽ xuất hiện dao động duy trì hoặc tăng lên trong rotor máy phát Hiện tượng này được gọi là tương tác xoắn

1.2.3 Mô men xoắn quá độ (Transient torque)

Mô men xoắn quá đ là kộ ết quả do kích động trong hệ ống Các kích độ th ng này gây ra những thay đổi đột ng t trong hộ ệ thống điện làm cho dòng điện cóxu hướng dao động các t n s t nhiên c a chúng Trong h th ng truy n t i không có t bù ở ầ ố ự ủ ệ ố ề ả ụ

dọc, các quá trình quá độ này thường là quá độ ộ m t chi u, hiề ện tượng này s suy gi m ẽ ả

v ề không với hằng số thời gian phụ thuộc vào tỉ ố L/R Đối với hệ thống có tụ bù dọ s c, dòng quá độ ẽ s bao g m m t ho c nhi u t n s ồ ộ ặ ề ầ ố dao động ph thu c vào các thành ph n ụ ộ ầ

C cũng như L và R của h th ng Ví d s ch có m t t n s t ệ ố ụ ẽ ỉ ộ ầ ố ự nhiên nhưng với h ệ

thống có nhiều tụ bù dọc thì sẽ có nhiều tần số dưới đồng bộ Nếu bất kỳ ột tần số mnào trong đó trùng khớp v i m t kiớ ộ ểu dao động t nhiên c a turbine máy phát thì s có ự ủ ẽ

th ể có momen xoắn cực đ i tỉ ệạ l thuận với cường độ dòng điện dao động Dòng điện từ

s c ngự ố ắn mạch có thể sinh ra mô men xoắn trên trục rất lớn ở ả lúc sự ố cũng như c c khi sự ố đã đượ c c lo i tr Trong thạ ừ ực tế có th ể có r t nhi u tấ ề ần số dưới đồng bộ và

việc phân tích chúng cũng hế ứt s c phức tạ 5 6p [ , ]

1.2.4 Ả nh hư ởng của SSR đố ớ ệ trục Turbinei v i h

Tác động nhi u c a hệ ốễ ủ th ng gây ra do s c ự ố trên lưới điện có th kích thích dao ể

động mô men xo n trên rotor máy phát D a vào hiắ ự ện tượng SSR, thành ph n t n s ầ ầ ốdưới đồng b c a mô men xoộ ủ ắn có th ể có biên độ ớ ứ l n t c th i sau khi có nhiờ ễu, mặc dù

thực tế ẫn có sự suy giảm Mỗi l n xu t hi v ầ ấ ện mô men quá độ có biên độ ớ l n sẽ ẫ d n

đến gi m sút tu i th c a tr c do m i trả ổ ọ ủ ụ ỏ ục Độ ỏi đượ m c xem là một quá trình thay đổi

cấu trúc vĩnh cữu cục bộ trên vật liệ ở điều kiện hình thành các ứng suất thay đổi và u

biến dạng tại một số điểm hoặc nhiều điểm Biến dạng có thể đạt đến cực điểm gây gãy hoàn toàn sau một số dao động bất thường có biên độ đủ ớn Đó được xem như l

một quá trình tích lũy khi các sự ố ễn ra được cộng dồn vào sự suy giảm tu i th c di ổ ọ

của lần mỏi trước Nếu có đủ s lố ần diễn ra quá trình mô men xoắn quá đ cao, độ ỏi ộ mtích lũy đạt đến ngưỡng và kh ả năng hình thành các vế ứt n t do m i t p trung vùng ỏ ậ ở

ứng l c cao s ự ẽ đáng kể Khi v t nế ứt đầu tiên xu t hi n, s phá h ng s lan r ng d n ấ ệ ự ỏ ẽ ộ ẫ

đến phá h ng không có kh ỏ ả năng phục h i và gãy trục hoàn toàn ồ

Hậu quả ủa hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ ất nghiêm trọng Nếu c rdao động không ổn định, nhi u lo n h th ng gây ra momen xoắn trên tr c turbine vễ ạ ệ ố ụ ới

tần số ớn làm mỏi trục dẫn đến giảm tuổi thọ ủa trục turbine máy phát và nghiêm l c

trọng hơn cả có th ể gây hỏng hóc và phá h y hoàn trủ ục turbine máy phá 2t [ ]

Hình 1.4: Trục turbine nhà máy nhiệt điện b ị phá hủy do hi n ệ tượng SSR

1.3 Các phương pháp phân tích, đánh giá hiện tượng SSR

Ảnh hưởng tương tác xoắn liên quan đến s ự trao đổi năng lượng gi a h th ng ữ ệ ốturbine máy phát điện và các thành ph n cầ ủa lưới điện như điện kháng, điện dung Vì

vậy, phương pháp nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ đòi hỏi phải

mô tả đầ y đ ủ mô hình turbine máy phát điện và lưới điện

Một số phương pháp dưới đây được sử ụng để nghiên cứu hiện tượng cộ d ng hưởng t n s ầ ố dưới đồng b : ộ

1.3.1 Phương pháp quét tần số

Phương pháp quét tần s ố đượ ử ục s d ng r ng rãi Bộ ở ắc Mĩ để phân tích sơ bộ các

vấn đề SSR và thường dùng nhiều cho nghiên cứu tác động của hiện tượng cảm ứng máy phát Phương pháp này tính toán điện trở, điện kháng tương đương (là hàm của

tần số) nhìn vào hệ thống từ cuộn stato củ máy phát nào đó Tại những tần số mà a điện c m bả ằng 0 và điện tr ở âm, dao động t kích t n s ự ở ầ ố đó có thể ả x y ra [ , ]2 5

Phương pháp cũng có thể cung c p các thông tin cho bi t kh ấ ế ả năng, vị trí các nhà máy, đường dây lắp đặ ụt t bù d c có th x y ra hiọ ể ả ện tượng SSR

Gi i hớ ạn của phương pháp này là cách nhìn điện kháng t mừ ột điểm cố định trên

h thệ ống (cuộn stato của máy phát) Quá trình phải thực hiện lặp lại do các điều kiện khác nhau của hệ ố th ng ở các điểm máy phát khác nhau

1.3.2 Phương pháp mô phỏng miền thời gian th c ự

Phương pháp mô phỏng mi n th i gian th c s d ng ph n m m EMTP ề ờ ự ử ụ ầ ề(Electromagnetic Transient Program) để tính toán th i gian ph n hờ ả ồi quá độ Phương pháp này r t phù h p trong vi c phân tích momen xoấ ợ ệ ắn quá độ trên tr c turbine máy ụphát điện do hiện tượng cộng hưởng t n s ầ ố dưới đồng b gây nên ộ

1.4 K t lu n ế ậ

Trong chương này, tác giả ớ gi i thi u khái quát nh t v hiệ ấ ề ện tượng cộng hưởng

tần số dưới đồng bộ - SSR, phân tích các dạng của hiện tượng SSR để chỉ ra ảnh hưởng c a SSR đ i v i h tr c turbine máy phát nhiủ ố ớ ệ ụ – ệt điện trong h thệ ống điện là r t ấnguy hi m Vì vể ậy, cần ph i xây dả ựng phương pháp phục vụ cho nghiên c u, phân tích ứ

hiện tượng cộng hưởng t n s ầ ố dưới đồng b trong h thộ ệ ống điện

T nhừ ững phân tích về các dạng tương tác SSR, tác giả nhận thấy phương pháp phân tích tr riêng kị ết hợp v i xây dớ ựng mô hình mô phỏng trên Mathlab là phù hợp cho vi c nghiên c u hiệ ứ ện tượng SSR Để áp dụng phương pháp này, thì các phần tử trong h ệ thống điện gồm: máy phát điện đồng b ba pha, h tr c turbine – máy phát, và ộ ệ ụlưới điện c n phầ ải được tuy n tính hóa Mô hình toán hế ọc bi u di n h turbine – máy ể ễ ệphát nhiệt điện s ẽ được gi i thi u trong nớ ệ ội dung chương tiếp theo

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH H Ệ TURBINE – MÁY PHÁT NHI ỆT

ĐI N Đ Ệ ỒNG BỘ BA PHA.

Để có th s dể ử ụng phương pháp trị riêng khi nghiên c u hiứ ện tượng SSR, vi c ệxây dựng mô hình h tuabin - máy phát nhiệ ệt điện đồng b là vô cùng quan tr ng ộ ọPhần mềm EMTP đã xây dựng m t h tuabin - máy phát nhiộ ệ ệt điện đồng b ph c vụ ộ ụnghiên cứu cộng hưởng t n sầ ố ấ , nhưng mô hình không chỉ th p rõ tần số ộng hưở c ng tương ứng v i tớ ừng mode dao động M t mô hình h tuabin - ộ ệ máy phát đơn giản g m ồ

4 khối cũng đã được xây dựng trong MATHLAB Tuy nhiên, nhược điểm của mô hình này là tính chính xác th p và không phù h p v i các nhà máy nhiấ ợ ớ ệt điện hiện đại có số

khối của trục tuabin máy phát lớn hơn 4– kh i ố Vì vậy, trong chương này, tác giả đi phân tích h turbine - ệ máy phát nhiệt điện đồng b 3 phaộ Đây là cơ sở lý thuy t quan ế

trọng để xây dựng mô hình máy phát điện và áp dụng phương pháp trị riêng vàonghiên c u v hiứ ề ện tượng cộng hưởng t n s ầ ố dưới đồng b ộ SSR

2.1 Gi i thiớ ệu chung về máy phát điệ n đ ng bộ ồ

Máy phát điện đồng b là m t b ph n r t quan tr ng trong h thộ ộ ộ ậ ấ ọ ệ ống điện, là nguồn cung cấp năng lượng cho hệ thống Các máy phát công suất lớn dùng để ả s n

xuất ra điệ ở các nhà máy thủn y đi n, nhà máy nhiệ ệt điện…đều là máy phát điện đồng

bộ Hiệu suất và tính kinh tế cao khiến cho máy phát điện đồng b công su t lộ ấ ớn được

Phần quay (Rotor): Phần quay là nam châm điện có một hay một số đôi cực

với cuộn dây được kích từ bằng dòng điện một chiều

Hình 2.1: Cấ ạo máy phát điện đồu t ng b ba pha ộ

Máy phát điện G được quay bởi turbine T Turbine cung cấp cho máy điện momen cơ Tmech có tính phát động làm cho máy phát điện quay với vận tốc n Máy phát điện nhận momen cơ của turbine và biến thành momen điện T xác định bởi tích e

số của công suất P và vận tốc góc đồng bộ ω0 (Te = Pω0) Trong chế độ làm việc bình thường vận tốc rotor không đổi và luôn bằng vận tốc đồng bộ Do đó, tổng momen tác dụng lên trục rotor phải cân bằng:

Momen điện và cơ đều đặc trưng cho năng lượng hữu ích nên luôn có dấu dương vì vậy điều kiện cân bằng momen được viết lại là:

Vấn đề quan trọng nhất của vận hành máy phát điện là đảm bảo cho vận tốc luôn không đổi và bằng tốc độ đồng bộ Muốn vậy phải đảm bảo sự cân bằng giữa momen cơ và momen điện Trong vận hành, sự cân bằng này luôn có xu thế bị phá vỡ

vì tải thay đổi và vì nhiều nguyên nhân khác Mỗi khi tải tăng lên, momen hãm trên trục rotor tăng lên khiến rotor bị hãm tốc, khi đó cần phải tăng thêm năng lượng vào turbine để tăng momen cơ đến bằng momen điện Nếu tải giảm xuống, tức là momen hãm giảm xuống thì thao tác đối với turbine phải ngược lại

Trong chế độ làm việc bình thường, dòng ba pha phần tĩnh I , A I , B I lệch pha Cnhau về thời gian một góc bằng 120 độ, trong khi đó cuộn dây ba pha AX, BY, CZ lại đặt lệch nhau trong không gian một góc 120 độ, kết quả là từ trường tổng hợp của dòng ba pha phần tĩnh là từ trường quay với vận tốc đồng bộ và cùng chiều với vận tốc rotor ωR Do từ trường phần tĩnh và rotor quay đồng bộ với nhau, từ trường quay phần tĩnh không quét rotor Vì vậy, trong rotor không có dòng cảm ứng mà chỉ có dòng kích

từ một chiều

2.1.2 Phân loại máy phát điệ n đ ng bộ ba pha trong hệ ồ thống.

Trong hệ thống điện có hai loại máy phát điện công su t l n ấ ớ là máy phát nhiệt điện và máy phát thủy điện

2.1.2.1 Máy phát thủy điện

Máy phát thủy điện thuộc loại quay chậm vì vận tốc quay của máy phát thủy điện phụ thuộc vào lưu lượng dòng chảy và chiều cao cột nước hiệu dụng tại nơi đặt nhà máy Do vận tốc quay nhỏ nên số đôi cực của máy phát thủy điện lớn hơn nhiều so với máy phát nhiệt điện Vì có nhiều cực nên rotor phải có dạng lắp ghép và kích thước mỗi cực không thể nhỏ để tránh bão hòa mạch từ, do đó rotor của máy phát thủy điện có dạng cực lồi, đường kính lớn, khiến rotor của thủy điện kém bền Tuy nhiên do vận tốc quay nhỏ nên lực ly tâm khi quay không lớn Do đường kính rotor lớn nên đường kính của stator cũng lớn cho nên kích thước của máy phát thủy điện lớn hơn nhiều so với máy phát nhiệt điện

2.1.2.2 Máy phát nhiệt điện

Máy phát nhiệt điện thuộc loại quay nhanh, có vận tốc lớn Khi vận tốc quay lớn, kích thước máy sẽ nhỏ (giảm được tiêu hao vật liệu trên một đơn vị công suất) và hiệu suất máy cao Vận tốc quay n của máy phát điện có quan hệ với tần số f và số đôi cực p như sau:

60 fnp

Do vận tốc quay lớn nên rotor phải có độ bền cao, phải được gia công bằng rèn liền khối và có dạng cực ẩn Đường kính của rotor không thể lớn vì lực ly tâm tỷ lệ với đường kính Do khe hở không khí giữa rotor và stator không thể lớn nên đường kính trong của stator cũng nhỏ Vì vậy, nhìn chung kích thước của máy phát nhiệt điện nhỏ gọn Máy phát nhiệt điện có thể chế tạo hàng loạt theo tiêu chuẩn Ứng với thang công suất định mức nhất định của máy phát điện, người ta chế tạo thang công suất định mức của tubine tương ứng

Trong vận hành không thể tăng đột ngột công suất của máy phát nhiệt điện Tốc

độ tăng công suất của nó bị hạn chế bởi sự giãn nở nhiệt của phần turbine và hệ thống cung cấp hơi Sau khi khởi động, để tăng công suất đến định mức phải mất hàng giờ Hiện nay phần lớn các nhà máy nhiệt điện thường làm việc theo sơ đồ khối “lò hơi – turbine – máy phát điện” Do đó các máy phát nhiệt điện không thể làm việc với phụ tải thấp tùy ý Trong vận hành, máy phát nhiệt điện phải phát công suất lớn hơn hay bằng công suất cực tiểu kỹ thuật Đó là công suất xác định bởi điều kiện cho phép làm việc của phần nhiệt (lò hơi và turbine) Nếu vận hành với công suất nhỏ hơn cực tiểu

kỹ thuật thì lò hơi làm việc không ổn định và có thể tắt nếu không phun bổ sung thêm nhiên liệu Công suất cực tiểu kỹ thuật của máy phát nhiệt điện bằng khoảng 30 – 40% công suất định mức

Do hiện tượng cộng hưởng t n sầ ố dưới đồng bộ ch x y ra vớỉ ả i máy phát có tốc

độ quay lớn, rotor - turbine d ng l p ráp các kh i tr c nên hiạ ắ ố ụ ện tượng này chỉ ả x y ra

với các nhà máy nhiệt điện Do đó, trong Luận văn này, tác giả ch ỉ xét đến lo i rotor ạnhiệt điện có d ng cạ ực ẩ 3 n [ ]

2.2 Mô hình toán học của máy phát đồng bộ ba pha

Trong máy phát đồng b hai c c, tr c d c d là tr c c a c c b c N Tr c ngang ộ ự ụ ọ ụ ủ ự ắ ụ

q vượt trước trục một góc d 90°điện Trong điều ki n không t i, khi ch có t ệ ả ỉ ừ trường kích t , sừ ức từ động của từ trường sẽ hướng theo trục d và sức điện động c a dây quủ ấn stato sẽ hướng dọc trục q Mô hình được xây dựng trong ph n này d a trên khái niầ ự ệm máy điện đồng b ộ lí tưởng có 2 c c t T ự ừ ừ trường t o bạ ởi các dòng điện trong dây

quấn được coi là phân bố hình sin ọc theo khe hở d không khí Như vậy chúng ta đã bỏqua các sóng từ trường bậc cao có ảnh hưởng đến các đặc tính c a máy và cho rủ ằng rãnh c a stato không ủ ảnh hưởng đến điện kháng c a roto dù v trí góc củ ị ủa nó như thế nào M c dù s bão hoà m ch tặ ự ạ ừ không được tính m t cách rõ ràng trong mô hình này ộnhưng ta có thể ệ hi u chỉnh điện kháng theo hai tr c b ng h s ụ ằ ệ ố bão hoà hay đưa thêm

phần tử bù vào từ trường kích thích Mô hình mạch của một máy điện đồng bộ như hình v : ẽ

Hình 2.2: Mô hình m ch Rotor và Stator cạ ủa máy phát đồng b ộ

Trong đó a b c , , : Cu n dây pha cộ ủa Stator

fd : Cu n dây kích t ộ ừ

kd : Cu n c n d c tr c ộ ả ọ ụ

kq : Cu n c n ngang tr c ộ ả ụ

θ : Góc l ch pha gi a Rotor và Stator ệ ữ

r

ω : Tốc độ góc của Rotor (rad/s) Góc l ch gi a rotor và stator ệ ữ θ được định nghĩa là góc tạo bởi trục d của rotor

so v i tâm cu n dây pha ớ ộ a của stator Khi rotor quay, góc θ tiếp tục tăng và có thể

bi u di n theo tể ễ ốc độ quay và th i gian: ờ

rt

Các ký hiệu của mô hình máy phát đồng bộ được cho trong b ng sau: ả

B ng 2-1 Kả : ý hiệ các đạu i lư ợng cơ bản máy phát đồng b ộ

2.2.1 T cự ảm, ỗ ảm trong các cuộn dâyh c

2.2.1.1 T c m, h c m trong các cu n dây stator ự ả ỗ ả ộ

Trước khi đưa ra các phương trình toán học c a mô hình m ch c a máy đi n ủ ạ ủ ệ

đồng b , ta ph i xem xét s biộ ả ự ến đổ ủi c a các đại lượng t c m, h c m theo v trí c a ự ả ỗ ả ị ủrotor Nói chung, độ ẫ ừ d n t theo các tr c q và trụ ục d không như nhau, trong khi sứ ừc t

động c a dây quủ ấn rotor luôn luôn hướng theo trục d, hướng c a s c t ng t ng so ủ ứ ừ độ ổvới trục này luôn thay đổi theo h s công su t Do v y, ta c n phân tích s c t ng ệ ố ấ ậ ầ ứ ừ độnày theo hai hướng q và d

Như hình trên, vecto sức từ động Fa được phân tích thành hai thành phần: Faqhướng theo tr c q sinh ra các t thông ụ ừ φq = p Fq asinθr , và Fad hướng theo trục d sinh ra các từ thông φd =p Fd asinθr T thông móc vòng trên dây qu n pha a l ừ ấ à:

3 4 cos 2

2.2.1.2 T c m, h c m trong các cu n dây rotor ự ả ỗ ả ộ

Với máy phát có stato hình trụ, độ ự ảm của cuộn kích từ không phụ t c thuộc vào góc quay c a roto ủ

- Lfflà kí hiệu để ể ện cho điệ th hi n c m không ph thu c vào góc quay ả ụ ộ 𝜃

- Lff0: t cđộ ự ảm cảm th hi n cho thành ph n t thông ch y trong lõi thép ể ệ ầ ừ ạ

- Lfl : t cđộ ự ảm thể ệ hi n cho thành ph n t thông móc vòng ra ngoài khe h ầ ừ ởkhông khí (chiếm 10% từ thông t ng) ổ

H cỗ ảm giữa các cuộn dây rotor bằng 0 hoặc có thể là hằng số vì góc lệch pha

v ề điện giữa các cuộn dây là 90o Thông thường không xét đến h c m c a rotor ỗ ả ủ2.2.1.3 H c m gi a cu n stator và rotor ỗ ả ữ ộ

Tương tự như tự ả c m h c m trong roto và stato, ta có các công th c tính h ỗ ả ứ ỗ

c m gi a stato và roto ả ữ

( )cos

2cos

32cos

θπθπθ

2.2.2 Các phương trình của máy điệ n đ ng bộ trong hệ tọa độ pha ồ

Trong chế độ độ ng cơ, điện áp đặt vào cân b ng vằ ới điện áp rơi trên điện trở và điện kháng Phương trình điện áp c a các dây quủ ấn stator và rotor dướ ại d ng ma tr n: ậ

00

đổi theo th i gian ờ

2.2.3 Biế n đ i về ệ ọa độ quay dq0 củ ổ h t a rotor

Trong các máy điện lý tưởng, các tr c củụ a dây qu n rotor là d và q; và phép bi n ấ ế

đổ ề ệ ọi v h t a đ quay dq0 ch c n áp d ng cho dây qu n stator ộ ỉ ầ ụ ấ Dướ ại d ng vector, ta định nghĩa một ma tr n biậ ến đổi ph : ụ

d0( ) 00

T

Trong đó, U là ma trận đơn vị ;

( )( ) i( )

Khi ch n họ ệ ọ t a đ ộqd c a rotor, các bi n c a dây qu n rotor không c n biủ ế ủ ấ ầ ến

đổi Bi u th c t thông móc vòng c a dây qu n rotor là: ể ứ ừ ủ ấ

32323232

2.2.4 Quy đổi các đại lượng rotor v stator ề

T biừ ểu thức tính hỗ ảm giữa stator và rotor c [ ]L sr ta thấy các số ạng gắn với hcác thành ph n dòng stator ầ i iq; dđược nhân v i h s ớ ệ ố 2

3 làm cho ma trận hệ ố ự ả s t c m

đố ới v i các dây quấn không đố ứi x ng khi L kết hợp với các phương trình khác Thay srdòng điện c a dây qu n rotor bủ ấ ằng dòng điện rotor tương ứng sau đây ta sẽ có phương trình t thông móc vòng vừ ới các hệ ố ự ả s t c m đối x ng ứ

_ '

_ '

232323

Bi u thể ức điện trở rotor tương đương quy về stator:

s kd

NL

2

2N

s kq

L =L +L L =L +L (2.37) 2.2.5 Các phương trìn h đi n áp, từ ệ thông trong h tệ ọa độ qdo

Sau khi sử ụ d ng phép biến đổi Park, ta thu được hệ các phương trình mô tả máy điện đồng b trong h tộ ệ ọa độ qd0 v i các đớ ại lượng rotor được quy đổ ểi v stator:

= + + = +

= + − = +

= + = + = +

' kq

d dtψ

(2.38)

Trong đó ừ, t thông dây qu n cho b i : ấ ở

+ = + +

(2.39)

2.2.6 Mô men điện từ ủa máy điệ c n đ ng bộ ồ

T ng công suổ ất đầu vào của máy điện được cho b i: ở

in a a b b c c f f g g

P =v i +v i +v i +v i +v i (2.40) Khi các đại lượng pha của stator được quy đổi v h t a đ qd0 c a rotor v i ề ệ ọ ộ ủ ớ

tốc độ quay r

r

ddt

2.2.7 Mối quan hệ ữa đại lượ gi ng dòng đi ện và t ừ thông

Thông thường khi mô phỏng máy phát điện đồng bộ, ta thường s d ng bi n ử ụ ế

tr ng thái là t thông móc vòng cạ ừ ủa các dây quấ n :

Dòng điện có th ể được bi u diể ễn theo cách đơn giản là :

Thay thế ψmd vừa nhận được vào các phương trình dòng điệ ở trên dây quấn n

trục d, ta nhận được phương trình các dòng điện theo từ thông móc vòng dưới dạng ma

11

11

2.2.8 Phương trình chuyể n đ ng củ ộ a Rotor

Trong chế độ động cơ, mô men gia tố c Tem +Tmech −Tdamp, tác động cùng chi u ềquay c a rotor ủ Ở đây, mô men T là mô men điện xuất hiện trên máy phát, có dấu emdương khi máy ở ch ng cơ và có dấế độ độ u âm trong ch máy phát ế độ T , là mô mech

men cơ tác động lên máy phát Mang d u âm trong ch ấ ế độ động cơ và đấu dương khi

nó ở chế độ máy phát Tdamp là mô men cản có tác động ngược chiều quay của roto Phương trình mô men gia tốc tính theo mô men quán tính ta có:

2.3 Mô hình toán học biểu diễn hệ ục turbine tr – máy phát

Turbine của máy phát nhiệt điện là m t hộ ệ ống cơ khí phứ th c tạp có kích thước

đồ ộ s , khối lượng hàng trăm tấn và c u t o r t đấ ạ ấ ặc trưng khác hoàn toàn với th y đi n ủ ệ

Do đặc trưng của năng lượng nhi t r t d b mệ ấ ễ ị ất đi nên để ậ, t n d ng tụ ối đa năng lượng

t ừ lò hơi dùng để phát điện, cấu tạo turbine của máy phát nhiệt điện phải bao gồm nhiều tầng cánh, khối trục có kích thướ và nhiệm vụ khác nhau Điều này làm xuất c

hiện các tần số dao động tự nhiên giữa các khối trụ ủa turbine Tần số ự nhiên này c t

chính là nh ng tữ ần s ốnguy hi m có thể ể ẫ d n t i hiớ ện tượng SSR đã được nh c t i trong ắ ớChương 1 Để nghiên c u chuyứ ển động quay c a tr c turbine khi nghiên c u SSR, ta ủ ụ ứ

có thể xem cấu t o trạ ục như mộ ệ ốt h th ng bao g m nhi u khồ ề ối được nố ới v i nhau bằng

một lò xo không trọng lượ g Các thông số cơ bản của hệ ục turbine sẽ được phân n trtích dưới đây

Để thu n ti n cho vi c xây d ng mô hình toán h c c a h tr c turbine máy phát ậ ệ ệ ự ọ ủ ệ ụđiện, chúng ta s d ng h th ng ký hiử ụ ệ ố ệu sau đây [ ] 5

B ng 2-2ả : Hệ thống ký hi u các thông s cệ ố ủa máy phát

Hình 2.3: Mô hình h ệ trục Turbine 6 kh i ố

Đặc trưng động l c h c c a h th ng tr c turbine – ự ọ ủ ệ ố ụ máy phát điện được xác

định b i 3 thông s : h ng s ở ố ằ ố quán tính H của riêng m i khỗ ối, độ ch u xo n K ị ắ ( độ

cứng) của phần nối giữa các khối gần kề ủa trục, và hệ ố ả D được ghép với mỗi c s c n

kh i ố

Xét 2 kh i quay li n k ố ề ề như hình 2.4

Hình 2.4: Mô hình khối LPB GEN

-Các thành ph n khác nhau c a momen xoầ ủ ắn tương tác với rotor máy phát như sau:Momen xoắn đầu vào: TGin = K45(θ4−θ5)

Momen xoắn đầu ra: TGout =Te − K56(θ θ5− 6)

Momen xo n c n:ắ ả TG amp d =D5(∆ω5)

Momen xo n gia tắ ốc: Ta =TGin−TGout−TG amp d = K45(θ4−θ5)− +Te K56(θ5−θ6)− D5∆ ω5

Phương trình chuyển động c a gi a hai kh i LPB-Gen: ủ ữ ố