phân tích ổn định hệ thống điện sử dụng phần mềm etap

Các phần tử của hệ thống điện được chia thành 2 nhóm: Hình 1.1 Tổng quan về Hệ Thống Điện Phan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung pha

Trang 1

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP

Sinh Viên MSSV

Phan Văn Tứ 15027561 Nguyễn Thị Mỹ Vui 15064711

Phan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAP

113Monday, June 10, 20248:19:58 PM8:19:58 PM113Monday, June 10, 20248:19:58 PM8:19:58 PM113Monday, June 10, 20248:19:58 PM8:19:58 PM

Phan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAP

Phan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAP

113Phan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPMonday, June 10, 2024

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài Nguyễn Thị Mỹ Vui 15064711

⎯ Giới thiệu về phần mềm ETAP

⎯ Tính toán ổn định trong mạng điện 9 nút trên phần mềm ETAP ⎯ Tính toán ổn định trong mạng điện 39 nút trên phần mềm ETAP

Trang 3

ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1 Thái độ tác phong trong lúc hoàn thành đồ án tốt nghiệp:

………

4 Điểm số: ………

Trang 4

Mục Lục

CHƯƠNG 1 ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1

1.1 Khái Niệm Chung Về Ổn Định Hệ Thống Điện 1

1.1.1 Khái niệm chung Hệ Thống Điện 1

1.1.2 Chế độ của HTĐ 2

1.1.3 Yêu cầu đối với các chế độ của HTĐ 3

1.2 Định Nghĩa Ổn Định Hệ Thống Điện 4

1.2.1 Cân bằng công suất 5

1.2.2 Phân loại ổn định trong Hệ Thống Điện 6

1.2.3 Các dạng mất ổn định 8

1.2.4 Mục tiêu khảo sát ổn định 9

1.2.5 Phương pháp khảo sát ổn định 10

1.3 Ổn Định Tĩnh Của Hệ Thống Điện Đơn Giản 13

1.3.1 Định nghĩa ổn định theo năng lương 13

1.3.2 Hệ thống điện đơn giản 14

1.3.3 Tiêu chuẩn ổn định của HTĐ đơn giản 14

1.3.4 Độ dự trữ ổn định 15

1.3.5 Ảnh hưởng của điện kháng của HTĐ đến ổn định tĩnh 15

1.3.6 Ổn định tĩnh của HTĐ gồm 2 NMĐ làm việc song song 16

Phan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAP113Monday, June 10, 20248:20:00 PM8:20:00 PM113Monday, June 10, 20248:20:00 PM8:20:00 PM113Monday, June 10, 20248:20:00 PM8:20:00 PM

Trang 5

1.4.5 Quá trình quá độ trong MF khi xảy ra ngắn mạch, tiêu chuẩn ổn định

động 29

1.5 Các biện pháp nâng cao ổn định hệ thống điện 32

1.5.1 Cải thiện các phần tử chính của HTĐ 32

1.5.2 Các biện pháp phụ 34

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ETAP 35

2.1 Tổng Quát Về Chương Trình Etap 35

2.2 Các thanh Menu cơ bản trong ETAP 36

2.2.1 Thanh công cụ File 36

2.2.2 Thanh công cụ Edit 37

2.2.3 Thanh công cụ View 38

2.2.4 Thanh công cụ Project 39

2.2.5 Thanh công cụ Tool 40

2.2.6 Thanh công cụ hệ thống 41

2.2.7 Các phần tử AC cơ bản trong ETAP 41

2.2.8 Nguồn ( Power Grid) 42

3.2 Cài đặt thông số mô phỏng trên phần mềm Etap 56

3.2.1 .Cài đặt thông số cho máy phát G1 56

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Phan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAPPhan tich on dinh he thong dien su dung phan mem ETAP1132410068:19:57 PM8:19:57 PM1132410068:19:57 PM8:19:57 PM1132410068:19:57 PM8:19:57 PM

Trang 6

3.2.3 Cài đặt thông số cho máy phát G3 60

3.2.4 Cài đặt thông số máy biến áp 62

3.2.5 Cài đặt thông số đường dây 63

3.2.6 Cài đặt thông số tải 63

3.3 Giả lập sự cố và mô phỏng: 64

3.4 Chạy mô phỏng mạng điện 9 nút: 65

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ MẠNG ĐIỆN 39 NÚT BẰNG PHẦN MỀM ETAP 71

4.5 Trường hợp mạng điện sự cố ngắn mạch 3 pha 77

4.5.1 Khi mạng điện xảy ra sự cố ở giây thứ 3: 77

4.5.2 Cài đặt relay cắt cô lập điểm sự cố: 78

4.5.3 Cài đặt thông số cho bộ PSS của máy phát 81

4.5.4 Tăng hằng số quán tính H trong máy phát 81

4.6 Trường hợp mạng điện sự cố mất một lượng công suất phát ( công suất phát của máy điện năng lượng tái tạo – Wind Turbine Generator) 85

4.6.1 Mô phỏng trường hợp lắp đặt hệ thống WTG tại BUS25 86

4.7 KẾT LUẬN CHUNG 88

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

LỜI CẢM ƠN 92

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tổng quan về Hệ Thống Điện 1

Hình 1.2 Hệ thống điện truyền tải 4

Hình 1.3 Phân loại ổn định trong hệ thống điện 6

Hình 1.4 Góc quay tương đối của roto 11

Hình 1.5 Đặc tính quay của roto 12

Hình 1.6 Hệ thống điện đơn giản 14

Hình 1.7 Sơ đồ ví dụ về tỉ lệ giữa các điện kháng của các phần tử HTĐ 15

Hình 1.8 Quan hệ giữa Pmax và X 15

Hình 1.9 Sơ đồ 2 nhà máy điện làm việc song song 16

Hình 1.10 sự cố 3 pha tại điểm cuối của một đường dây truyền tải 19

Hình 1.11 Điều kiện trước sự cố tại cuối đường dây của sự cố ngắn mạch cuối đường dây 19

Hình 1.12 Điều kiện trong lúc xảy ra sự cố ngắn mạch cuối đường dây 20

Hình 1.13 Điều kiện sau sự cố ngắn mạch cuối đường dây 20

Hình 1.14 Biểu đồ thể hiện góc công suất trước và sau xảy ra sự cố ở giữa đường dây truyền tải 21

Hình 1.15 Sự cố ngắn mạch ở giữ đường dây truyền tải giữa đường dây truyền tải 21

Hình 1.16 Điều kiện trước sự cố xảy ra giữa đường dây truyền tải 21

Hình 1.17 Trong quá trình xảy ra sự cố giữa đường dây truyền tải 22

Hình 1.18 Chuyển đổi mạng điện từ tam giác sang sao của sự cố giữa đường dây truyền tải 22

Hình 1.19 Chuyển đổi mạch từ sao sang tam giác của sự cố giữa đường dây truyền tải 22

Trang 8

Hình 1.20 Điều kiện xảy ra sau sự cố giữa đường dây truyền tải 23

Hình 1.21 Biểu đồ góc công suất lúc chưa có sự cân bằng diện tích 23

Hình 1.22 Biểu đồ góc công suất khi có sự cân bằng diện tích 23

Hình 1.25 Công suất điện vào ki động cơ có góc moment thay đổi khi tải tăng đột ngột 30

Hình 1.26 Công suất điện vào làm cho góc monent động cơ tăng đột ngột tối đa của tải làm mất ổn định 30

Hình 1.27 Bài tập ví dụ về phương pháp diện tích 31

Hình 1.14 Đồ thị quan hệ giữa Pmax và Udd 33

Hình 2 1 Phần mềm ETAP phiên bản 12.6 36

Hình 2 2 Thanh công cụ File 36

Hình 2 3 Thanh công cụ Edit 37

Hình 2 4 Thanh công cụ View 38

Hình 2 5 Thanh công cụ Project 39

Hình 2 6 Thanh công cụ Tool 40

Hình 2 7 Các chứng năng nghiên cứu của ETAP 41

Hình 2 8 Các phần tử AC 41

Hình 2 9 Trang information nguồn 42

Hình 2 10 Trang Rating của nguồn 43

Hình 2 11 Trang Rating của máy phát 44

Hình 2 12 Trang Imp/Model của máy phát 45

Hình 2 13 Trang information của Bus 46

Hình 2 14 Trang Information của đường dây 46

Hình 2 15 Trang Papameter của đường dây 47

Hình 2 16 Trang configuration của đường dây 48

Trang 9

Hình 2 17 Trang Impedance của đường dây 49

Hình 2 18 Trang Sag&Tension của đường dây 50

Hình 2 19 Trang Information của Tải 51

Hình 2 20 Trang Nameplate của Tải 52

Hình 2 21 Trang Short Circuit của Tải 53

Hình 3.1 Sơ đồ mô hình mạng điện 9 nút đơn tuyến 54

Hình 3.2 Cài đặt thông số mô hình của máy phát G1 mạng điện 9 nút 56

Hình 3.3 Cài đặt thông số kích từ của máy phát G1 mạng điện 9 nút 56

Hình 3.4 Cài đặt thông số bộ PSS của máy phát G1 mạng điện 9 nút 57

Hình 3.5 Cài đặt thông số bộ điều tốc (Governor) của máy phát G1 mạng điện 9 nút 57

Hình 3.7 Cài đặt thông số bộ PSS của máy phát G2 mạng điện 9 nút 58

Hình 3.8 Cài đặt thông số bộ kích từ của máy phát G2 mạng điện 9 nút 59

Hình 3.9 Cài đặt thông số bộ điều tốc (Governor) của máy phát G2 mạng điện 9 nút 59

Hình 3.11 Cài đặt thông số bộ kích từ của máy phát G3 mạng điện 9 nút 60

Hình 3.12 Cài đặt thông số bộ PSS cho máy phát G3 mạng điện 9 nút 61

Hình 3.13 Cài đặt thông số bộ điều tốc (Governor) cho máy phát G3 mạng điện 9 nút 61

Hình 3.14 Cài đặt thông số máy biến áp T1, T2, T3 mạng điện 9 nút 62

Hình 3.15 Cài đặt thông số mô hình đường dây số 1 mạng điện 9 nút 63

Hình 3.16 Cài đặt thông số mô hình tải A,B,C mạng điện 9 nút 63

Hình 3.17 Tag cài đặt sự kiện sự cố 64

Hình 3.17 Cài đặt sự kiện sự cố cho mạng điện 9 nút 65

Hình 3.18 Chạy mô phỏng sự cố tại đường dây số 3mạng điện 9 nút 65

Trang 10

Hình 3.20 Tốc độ máy phát số 2, 3 thay đổi sau thời điểm giây thứ 5 của mô phỏng trong

Hình 4.1 Mô hình bộ PSS1A (IEEE Type 1) 72

Hình 4.2 Thông số bộ PSS1A Sample data 73

Hình 4.3 Mạng điện IEEE 39BUS 74

Hình 4.4 Số liệu ban đầu 75

Hình 4.5 Nhập dự liệu bộ PSS 73

Hình 4.7 Đồ thị công suất điện của máy khi không có sự cố 75

Hinh 4.8 Đồ thị tốc độ của máy phát khi không có sự cố 76

Hình 4.9 Đồ thị góc lệch tương đối của máy phát khi không có sự cố 76

Hình 4.10 Đồ thị dòng điện đầu ra của má phát khi không có sự cố 76

Hình 4.11 Đồ thị công suất điện của máy khi xảy ra sự cố 77

Hình 4.12 Đồ thị tốc độ của máy phát khi xảy ra sự cố 77

Hình 4.13 Đồ thị góc lệch tương đối của máy phát khi không có sự cố 77

Hình 4.14 Đồ thị dòng điện đầu ra của máy phát khi xảy ra sự cố 78

Trang 11

Hình 4.16 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.1s 79

Hình 4.20 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.01s và cài đặt thông số cho bộ PSS 81

Hình 4.21 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.01s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 30 81

Hình 4.26 Đồ thị công suất điện đầu ra của máy phát khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.005s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 1000 83

Hình 4.27 Đồ thị tốc độ của máy phát khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.005s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 1000 84

Hình 4.28 Đồ thị dòng điện đầu ra của máy phát khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.005s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 1000 84

Hình 4.29 Đồ thị công suất điện đầu ra khi WTG 300 MW và G8 240 MW, với WTG đặt tại Bus 25 86

Trang 12

Hình 4.33 Đồ thị công suất điện đầu ra khi WTG 470 MW và G8 65 MW, với WTG đặt tại Bus 25, hằng số quán tính G1 tăng lên 1000 87

Hình 4.34 Đồ thị công suất điện đầu ra khi WTG 470 MW và G8 65 MW, với WTG đặt tại Bus 25, hằng số quán tính G1 tăng lên 1000 và G8 lên 500 87

Trang 13

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thông số máy phát mạng điện 9 nút 54

Bảng 3.2 Thông số máy biến áp mạng điện 9 nút 55

Bảng 3.3 Thông số đường dây mạng điện 9 nút 55

Bảng 3.4 Thông số tải mạng điện 9 nút 55

Bảng 4.1 Ý nghĩa và đơn vị các thông số bộ PSS1A 73

Bảng 4.2 Thông số điện áp và công suất của 10 máy phát trong mạng điện 39 nút 76

Bảng 4.3 Thông số chi tiết của 10 máy phát trong mạng điện 39 nút 77

Bảng 4.4 Thông số chi tiết 12 máy biến áp trong mạng điện 39 nút 78

Bảng 4.5 Thông số chi tiết đường dây truyền tải trong mạng điện 39 nút 79

Bảng 4.6 Thông số tải của mạng điện 39 nút 72

Bảng 4.7 Bảng dữ liệu bộ PSS trong mạng điện IEEE 39 BUS 73

Trang 14

CHƯƠNG 1

ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái Niệm Chung Về Ổn Định Hệ Thống Điện

1.1.1 Khái niệm chung Hệ Thống Điện

Hệ thống điện (HTĐ) là mạng lưới các thành phần điện dùng để cung cấp truyền tải hoặc sử dụng điện năng

Các phần tử của hệ thống điện được chia thành 2 nhóm:

Hình 1.1 Tổng quan về Hệ Thống Điện

Trang 15

Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng như máy phát (Generator), đường dây tải điện (Tranmission) và các thiết bị dùng điện (Load)

Các phần tử điều chỉnh làm nhiệm vụ điều chỉnh và biến đổi trạng thái hệ thống điện như điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, bảo vệ rơle, máy cắt điện…

Mỗi phần tử của hệ thống điện được đặc trưng bởi các thông số, các thông số này được xác định về lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữa chúng và nhiều sự giản ước tính toán khác Ví dụ: tổng trở, tổng dẫn của đường dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự động điều chỉnh kích thích… Các thông số của các phần tử cũng được gọi là các thông số của HTĐ

Các thông số chế độ quan hệ với nhau thông qua các thông số HTĐ, nhiều mối quan hệ này có dạng phi tuyến

Ví dụ: 𝑷 =𝑼𝟐

Đó là dạng phi tuyến thứ hai của HTĐ, dạng phi tuyến này không thể bỏ qua trong các bài toán điện lực

Các chế độ làm việc của HTĐ được chia thành 2 loại:

Chế độ xác lập (CĐXL) là chế độ các thông số của nó dao động rất nhỏ xung quanh giá trị trung bình nào đó, thực tế có thể xem các thông số này là hằng số Trong thực tế không tồn tại chế độ nào mà trong đó các thông số của nó bất biến theo thời gian vì HTĐ bao gồm một số vô cùng lớn các phần tử, các phần tử này luôn luôn biến đổi khiến cho các thông số của chế độ cũng biến đổi không ngừng CĐXL bao gồm:

Trang 16

CĐXL bình thường là chế độ vận hành bình thường của HTĐ CĐXL sau sự cố xảy ra sau khi đã loại trừ sự cố

Chế độ sự cố xác lập là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá độ Ví dụ: chế độ ngắn mạch duy trì…

Chế độ quá độ (CĐQĐ) là chế độ mà các thông số biến đổi rất nhiều CĐQĐ bao gồm:

CĐQĐ bình thường là bước chuyển từ CĐXL bình thường này sang CĐXL bình thường khác

Chế độ quá độ sự cố xảy ra sau sự cố

1.1.3 Yêu cầu đối với các chế độ của HTĐ

Yêu cầu của CĐXL bình thường:

Đảm bảo chất lượng điện năng: Điện năng cung cấp cho các phụ tải phải có chất lượng đảm bảo, tức là giá trị của các thông số chất lượng (điện áp và tần số) phải nằm trong giới hạn quy định bởi các tiêu chuẩn

Đảm bảo độ tin cậy: Các phụ tải được cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo Mức độ liên tục này phải đáp ứng được yêu cầu của các hộ dùng điện và điều kiện của HTĐ

Có hiệu quả kinh tế cao: Chế độ thỏa mãn độ tin cậy và đảm bảo chất lượng điện năng được thực hiện với chi phí sản xuất điện, truyền tải và phân phối điện năng nhỏ nhất Đảm bảo an toàn điện: Phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện và thiết bị phân phối điện

Yêu cầu CĐXL sau sự cố:

Các yêu cầu ở mục CĐXL bình thường được giảm đi nhưng chỉ cho phép kéo dài trong một thời gian ngắn, sau đó phải có biện pháp hoặc thay đổi thông số của chế độ hoặc là thay đổi sơ đồ hệ thống để đưa chế độ này về CĐXL bình thường

Yêu cầu chế độ quá độ:

Chấm dứt một cách nhanh chóng bằng CĐXL bình thường hay CĐXL sau sự cố Trong thời gian quá độ các thông số biến đổi trong giới hạn cho phép như: Giá trị của dòng điện ngắn mạch, điện áp tại các nút của phụ tải khi ngắn mạch…

Trang 17

Các yêu cầu của HTĐ được xét đến khi thiết kế và được đảm bảo bằng cách điều chỉnh thường xuyên trong quá trình vận hành HTĐ

1.2 Định Nghĩa Ổn Định Hệ Thống Điện

Những năm gần đây, ổn định của hệ thống điện là một vấn đề mà các kỹ sư điện khá quan tâm và luôn không ngừng nghiên cứu Hệ thống điện ổn định là hệ thống luôn duy trì chế độ làm việc bình thường và đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng, tin cậy và kinh tế Phân tích ổn định là phân tích trạng thái hoạt động của các phần tử trong hệ thống điện khi có sự cố xảy ra

Ổn định hệ thống là khả năng trở lại bình thường hoặc tự động ổn định sau khi chịu tác động của các nhiễu Đây là điều kiện thiết yếu để hệ thống có thể tồn tại và vận hành

Như ở CĐXL chẳng hạn, để tồn tại cần phải có sự cân bằng công suất trong hệ (khi đó các thông số của hệ mới giữ không đổi) và đồng thời phải duy trì được độ lệch nhỏ của các thông số dưới những kích động ngẫu nhiên nhỏ (làm cho các thông số này lệch khỏi các giá trị tại thời điểm cân bằng) Hoặc do tác động của những thao tác đóng cắt, hệ thống điện cần phải chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác

Hình 1.2 Hệ thống điện truyền tải

Trang 18

1.2.1 Cân bằng công suất

Điều kiện cần để CĐXL có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng (CSTD) và công suất phản kháng (CSPK) Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của HTĐ

𝑷𝑭 = 𝑷𝒑𝒕+ ∆𝑷 = 𝑷 (1.1) 𝑸𝑭 = 𝑸𝒑𝒕+ ∆𝑸 = 𝑸 (1.2)

Giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng có mối quan hệ: 𝑺𝟐 = 𝑷𝟐+ 𝑸𝟐 (1.3)

Cho nên các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) không thể xét một cách độc lập mà lúc nào cũng phải xét đến mối quan hệ giữa chúng

Tuy vậy trong thực tế tính toán và vận hành HTĐ một cách gần đúng có thể xem sự biến đối của CSTD và CSPK tuân theo các quy luật riêng biệt ít ảnh hưởng đến nhau Đó là:

Sự biến đổi của CSTD chỉ có ảnh hưởng đến tần số của HTĐ, ảnh hưởng của nó đến điện áp không đáng kể Như vậy tần số có thể xem là tiêu chí để đánh giá sự cân bằng CSTD

Sự biến đổi của CSPK ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp của HTĐ Như vậy có thể xem điện áp là tiêu chí để đánh giá sự cân bằng của CSPK

Trong khi vận hành HTĐ các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) được đảm bảo một cách tự nhiên Các thông số của chế độ luôn giữ các giá trị sao cho các điều kiện cân bằng công suất được thỏa mãn

Để đảm bảo sự làm việc đúng đắn của phụ tải điện và HTĐ, quy định các giá trị cân bằng cho CSTD và CSPK như sau:

Công suất tác dụng được xem là cân bằng khi tần số của hệ thống bằng tần số đồng bộ f (50 hay 60 Hz) hoặc nằm trong giới hạn cho phép: 𝒇𝒄𝒑𝒎𝒊𝒏 ≤ 𝒇 ≤ 𝒇𝒄𝒑𝒎𝒂𝒙

Công suất phản kháng được xem là cân bằng khi điện áp tại các nút của HTĐ nằm trong giới hạn cho phép: 𝑼𝒄𝒑𝒎𝒊𝒏≤ 𝑼 ≤ 𝑼𝒄𝒑𝒎𝒂𝒙

Khi điện áp và tần số lệch khỏi giá trị cho phép thì xem như sự cân bằng công suất không đảm bảo và cần có biện pháp để đảm bảo chúng

Trang 19

Sự cân bằng CSTD có tính chất toàn hệ thống Vì ở tất cả các điểm trên hệ thống tần số luôn có giá trị chung Việc đảm bảo tần số do đó dễ thực hiện, chỉ cần điều chỉnh công suất tại một nhà máy nào đó

Trái lại, sự cân bằng CSPK mang tính chất cục bộ thừa chỗ này thiếu chỗ khác Việc điều chỉnh CSPK phức tạp, không thể thực hiện chung cho toàn bộ hệ thống được

Trong HTĐ, máy phát điện (MF) là phần tử quyết định sự làm việc của toàn hệ thống, vì vậy sự cân bằng CSTD trên trục roto của các MF đóng vai trò quan trọng quyết định sự tồn tại của CĐXL Đây là sự cân bằng Cơ-Điện, nghĩa là sự cân bằng giữa công suất cơ học của turbine PTB và công suất điện PMF do MF phát ra: PTB = PMF

Công thức tính công suất điện: 𝑷 =𝑬.𝑼

𝑿𝚺 𝐬𝐢𝐧 𝜹 (1.4)

Như đã đề cập ở trên, sự cân bằng CSTD có tính chất toàn hệ thống cho nên bất cứ sự mất cân bằng nào xảy ra ở bất cứ đâu cũng đều tác động tức thời lên MF và gây ra sự mất cân bằng cơ điện ở đây

Đối với CSPK sự cân bằng ở các nút phụ tải lớn có ý nghĩa quan trọng hơn cả Còn đối với các phụ tải quay cũng có sự cân bằng cơ điện công suất điện của lưới PPT và công suất cơ PC của các máy công cụ: PC= PPT

1.2.2 Phân loại ổn định trong Hệ Thống Điện

Hình 1.3 Phân loại ổn định trong hệ thống điện

Trang 20

Điều kiện cân bằng công suất không đủ cho một CĐXL tồn tại trong thực tế Vì các chế độ trong thực tế luôn bị các kích động từ bên ngoài Một chế độ thỏa mãn các điều kiện cân bằng công suất muốn tồn tại trong thực tế phải chịu đựng được các kích động mà điều kiện cân bằng công suất không bị phá hủy

Các kích động đối với chế độ HTĐ được chia làm 2 loại: Các kích động nhỏ và các kích động lớn

• Ổn định tĩnh

Các kích động nhỏ xảy ra liên tục và có biên độ nhỏ, đó là sự biến đổi của thiết bị điều chỉnh… Các kích động này tác động lên roto của MF, phá hoại sự cân bằng công suất ban đầu làm cho CĐXL tương ứng bị dao động CĐXL muốn duy trì được thì phải chịu được các kích động nhỏ này, có nghĩa là sự cân bằng công suất phải được giữ vững trước các kích động nhỏ, nói đúng hơn là sự cân bằng công suất phải được khôi phục sau các kích động nhỏ, trong trường hợp đó ta nói rằng hệ thống có ổn định tĩnh

Trang 21

Khi một chế độ nào đó của HTĐ chịu các kích động nhỏ hoặc lớn, nếu HTĐ có ổn định tĩnh hoặc động thì sự cân bằng CSTD ban đầu sẽ được khôi phục lại, chế độ làm việc được giữ vững Trong quá trình dao động này tần số bị lệch khỏi giá trị định mức song độ lệch này quá nhỏ cho nên tần số được xem như không thay đổi Vì vậy đặc trưng quá trình dao động roto của MF khi chưa mất ổn định là tốc độ góc của chúng vẫn giữ giá trị đồng bộ 𝝎 = 𝝎𝒐 (𝝎𝟎 = 𝟐𝝅𝒇 = 𝟐 ∗ 𝟑 𝟏𝟒 ∗ 𝟓𝟎 = 𝟑𝟏𝟒 𝒓𝒂𝒅/𝒔) chế độ vẫn là chế độ đồng bộ

Nếu hệ thống mất ổn định thì sự cân bằng bị phá hủy, tốc độ góc của roto bị lệch khỏi giá trị định mức với giá trị lớn, trong hệ thống xuất hiện hệ số trượt s

𝒔 =𝝎−𝝎𝟎

𝝎𝟎 (1.5) Trong đó:

𝝎 là tốc độ góc tức thời của các MF 𝝎𝒐 là tốc độ đồng bộ

Khi đó HTĐ rơi vào chế độ không đồng bộ, công suất và các thông số khác của chế độ dao động rất mạnh với biên độ lớn Chế độ không đồng bộ kéo dài sẽ dẫn đến:

Hệ thống bị tan rã hoàn toàn, các MF bị cắt khỏi lưới và ngưng làm việc

Chế độ đồng bộ lại được khôi phục, khi đó hệ thống có khả năng ổn định tổng quát Ta có, định nghĩa ổn định tổng quát:

“Ổn định tổng quát là khả năng của HTĐ lập lại chế độ đồng bộ sau khi đã rơi vào chế độ không đồng bộ do mất ổn định tĩnh hoặc mất ổn định động.”

• Ổn định điện áp

Ở các nút phụ tải, các kích động nhỏ làm cho điện áp biến đổi Sự biến đổi điện áp này có thể làm cho cân bằng CSTD và CSPK bị phá hoại dẫn đến mất ổn định phụ tải, các động cơ không đồng bộ ngừng làm việc Khả năng của HTĐ chịu được các kích động này mà chế độ làm việc không bị phá hoại gọi là ổn định phụ tải hay là ổn định điện áp

Ta có, định nghĩa ổn định điện áp (ổn định phụ tải):

“Ổn định điện áp là khả năng của HTĐ khôi phục lại điện áp ban đầu hay rất gần ban đầu khi bị các kích động nhỏ ở nút phụ tải.”

Trang 22

• Mất ổn định tiệm cận

• Mất ổn định dao động, gồm 2 loại: 1 Tự dao động tăng dần

2 Tự kích thích

• Mất ổn định tiệm cận

Khi công suất phát của nhà máy điện lên hệ thống qua đường dây dài vượt quá giới hạn ổn định tĩnh thể hiện bằng Pgh hay góc 𝜹𝒈𝒉 (góc giữa vector sức điện động của máy phát và điện áp trên thanh góp của hệ thống nhận điện) thì hệ thống mất ổn định tĩnh và góc 𝜹 tăng lên HTĐ rơi vào chế độ không đồng bộ, các thông số chế độ biến đổi mạnh vượt ra ngoài phạm vi cho phép, các MF bị cắt khỏi lưới vận hành làm cho HTĐ tan rã

Để đối phó với dạng mất ổn định này phải thiết kế hệ thống có Pgh cao hơn công suất cần phát của nhà máy điện

• Mất ổn định dao động, có 2 dạng:

Tự dao động tăng dần: Nguyên nhân chính có thể xảy ra là không chỉnh định đúng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TBĐKKT), góc 𝜹 vừa dao động vừa tăng lên Để hạn chế tự dao động tăng dần phải chỉnh định đúng TBĐKKT loại tỷ lệ Khi đường dây dài tải công suất lớn thì nên dùng TBĐKKT loại mạnh có khả năng hạn chế nguy cơ tự dao dộng tăng dần cao hơn so với TBĐKKT loại tỷ lệ

Tự kích là hiện tượng dòng kích từ và dòng điện máy phát tự tăng lên kéo theo sự biến đổi của điện áp máy phát Tự kích hay xảy ra trong trường hợp máy phát làm việc với đường dây dài không tải

Việc đảm bảo ổn định động và ổn định tổng quát đảm bảo cho các chế độ làm việc lâu dài

Trang 23

Trong thiết kế và vận hành HTĐ, các chế độ thỏa mãn về yêu cầu chất lượng điện năng, độ tin cậy, kinh tế, ổn định tĩnh được đảm bảo vô điều kiện, còn ổn định động và ổn định tổng quát được đảm bảo trong những điều kiện nhất định

Mục tiêu khảo sát ổn định của hệ thống là:

Xét khả năng ổn định của chế độ vận hành có thể xảy ra đối với HTĐ được thiết kế, quy hoạch, cũng như trong vận hành Nếu khả năng đó không đủ yêu cầu thì phải thực hiện các biện pháp tăng cường nó sao cho hệ thống không bị mất ổn định khi rơi vào chế độ đó

Khả năng ổn định của chế độ được biểu diễn bằng độ dự trữ ổn định, đây là đại lượng phản ánh sự so sánh giữa chế độ được xét ổn định và chế độ giới hạn ổn định, tức là chế độ nào đó thì trước hết phải tính được chế độ giới hạn của HTĐ Chế độ giới hạn được đặc trưng bởi các thông số giới hạn Pgh , Qgh , Ugh , 𝜹gh …

Độ dự trữ ổn định của HTĐ là độ dự trữ của chế độ có độ dự trữ bé nhất trong tất cả các chế độ có thể xảy ra của HTĐ

1.2.5 Phương pháp khảo sát ổn định

Khi xảy ra một kích động nào đó thì kích động này tác động lên roto của MF và gây ra ở đó sự mất cân bằng công suất Sự mất cân bằng này tạo nên quá trình quá độ Cơ-Điện trong MF Nếu quá trình này tắt dần thì có nghĩa là sự cân bằng công suất được khôi phục và chế độ ổn định, còn trong trường hợp ngược lại quá trình không tắt dần và sự không cân bằng công suất ngày càng tăng lên, chế độ không ổn định, tức là hệ thống mất ổn định

Việc khảo sát ổn định chính là khảo sát quá trình quá độ Cơ-Điện xảy ra trong MF khi có các kích động trong HTĐ

Quá trình quá độ Cơ-Điện được diễn tả bằng phương trình chuyển động tương đối của roto MF, cho nên khi xét ổn định cũng là xét phương trình chuyển động của các MF trong hệ thống khi xảy ra kích động

Giả sử một MF đang làm việc với CĐXL với các thông số P0 , Q0 , U0 , 𝜹0…thì khi xảy ra một kích động, kích động này gây ra sự mất cân bằng công suất ∆𝑷 trên trục

Trang 24

roto và gây ra cho nó một gia tốc: 𝜶 = 𝒅𝟐𝜹

Hình 1.4 Góc quay tương đối của roto

Ta phải nhớ rằng trước khi bị kích động roto đang quay với vận tốc đồng bộ 𝝎𝟎, công suất thừa ∆𝑷 = 𝟎 Theo hình (1.4), như vậy roto quay cùng với tốc độ của trục tính toán cho nên góc 𝜹 là hằng số, do đó gia tốc 𝜶 khi chưa có kích động là bằng 0

Sau khi bị kích động, do xuất hiện công suất thừa ∆𝑷 nên tốc độ góc của roto sẽ khác với tốc độ đồng bộ 𝝎𝟎 cho nên sẽ xuất hiện tốc độ quay tương đối của roto với trục tính toán quay đồng bộ

∆𝝎 = 𝝎 − 𝝎𝟎 =𝒅𝜹

𝒅𝒕 (1.7) Lúc này 𝜶 sẽ khác 0

Phương trình chuyển động tương đối của roto của MF: 𝑻𝒋𝒅𝟐𝜹

𝒅𝒕𝟐 = ∆𝑷 = 𝑷𝟎− 𝑷 (1.8)

Trang 25

Trong (1.8) kích động đối với hệ thống được thể hiện trong công suất thừa ∆𝑷 Đây là một phương trình vi phân phi tuyến

Giải (1.8) theo các ∆𝑷 khác nhau sẽ rút được kết luận về ổn định của HTĐ Ta sẽ được giữa góc quay tương đối theo thời gian 𝜹(𝒕), xuất phát từ giá trị ban đầu 𝜹𝒐 (khi t = 0) Nếu hệ thống có ổn định thì sau một thời gian t nào đó sau khi bị kích động góc 𝜹(𝒕) sẽ trở về giá trị ban đầu 𝜹𝟎 (Hình 1.5, đường a) hoặc là một giá trị gần nó để sau đó sẽ là hằng số theo t, lúc đó ∆𝑷 bị triệt tiêu, các thông số khác của chế độ P, Q, U, sau một thời gian dao động sẽ trở về giá trị ban đầu hoặc gần ban đầu

Hình 1.5 Đặc tính quay của roto

Ngược lại nếu hệ thống mất ổn định thì góc 𝜹(𝒕) sẽ tăng vô hạn (hình 1.5, đường b) và các thông số khác cũng biến đổi không ngừng, hệ thống rơi vào chế độ không đồng bộ

Như vậy góc 𝜹, đúng hơn là sự biến thiên của 𝜹 theo thời gian biểu hiện trực tiếp của sự ổn định hay không ổn định của HTĐ

Rõ ràng là để có thể giải được phương trình (1.8) cần phải tìm được quan hệ giữa công suất điện P theo góc quay tương đối của MF: 𝑷 = 𝒇(𝜹) (1.9)

Quan hệ (1.9) được gọi là đường đặc tính công suất của MF hoặc là của HTĐ Trong trường hợp hệ thống có nhiều MF thì số góc quay sẽ nhiều và đường đặc tính công suất, các phương trình chuyển động sẽ có dạng phức tạp hơn

Ngoài phương trình chuyển động của các MF còn phải kể đến các phương trình vi phân khác có liên quan đến quá trình quá độ cơ điện, các phương trình này tạo thành hệ

Trang 26

phương trình vi phân phức tạp mô tả quá trình quá độ cơ điện xảy ra trong hệ thống điện khi bị kích động

Việc giải hệ phương trình này để xét ổn định của HTĐ được chia làm 2 trường hợp: Ổn định tĩnh và ổn định động

• Phương pháp khảo sát ổn định tĩnh

Với các kích động nhỏ thì sự thay đổi ∆𝑷 cũng rất nhỏ nên (1.8) có thể tuyến tính hóa thành phương trình vi phân tuyến tính, phương trình này có thể khảo sát một cách dễ dàng

Phương pháp tuyến tính hóa này còn được gọi là phương pháp dao động bé vì các phương trình vi phân được tuyến tính hóa trên cơ sở các dao động về công suất và góc quay do các kích động bé gây ra là rất nhỏ

Từ phương pháp dao động bé các tiêu chuẩn toán học và các tiêu chuẩn thực dụng được áp dụng và xây dựng để xét ổn định tĩnh của HTĐ

• Phương pháp khảo sát ổn định động

Trong trường hợp này các kích động rất lớn cho nên không thể tuyến tính hóa hệ phương trình vi phân được mà phải để nguyên nó dưới dạng phi tuyến và sử dụng các phương pháp diện tích và phân đoạn liên tiếp để xét ổn định động

Tóm lại phương pháp khảo sát ổn định của HTĐ là: Xây dựng đường đặc tính công suất

Xây dựng hệ phương trình vi phân chuyển động (1.8) rồi tùy theo bài toán ổn định tĩnh hay động mà sử dụng các phương pháp riêng để xét

Sau khi khảo sát rút ra các chế độ giới hạn, đem các chế độ vận hành so sánh với nó để kết luận khả năng ổn định, tính toán các biện pháp đảm bảo và tăng cường khả năng ổn định, tính toán chỉnh định thông số của các thiết bị điều chỉnh…

Đối với ổn định tổng hợp phương pháp khảo sát được nói đến sau này

1.3 Ổn Định Tĩnh Của Hệ Thống Điện Đơn Giản 1.3.1 Định nghĩa ổn định theo năng lương

Một hệ ở chế độ xác lập khi có sự cân bằng giữa năng lượng phát và tiêu thụ Mỗi chế độ xác lập sẽ tương thích với các thông số xác định trạng thái của hệ

Trang 27

Nếu có nhiễu làm các thông số này thay đổi theo hướng khuếch đại thì hệ sẽ không ổn định

Điều này xảy ra khi năng lượng phát lớn hơn năng lượng tiêu tán Tiêu chuẩn năng lượng về ổn định hệ được mô tả qua bất đẳng thức: ∆𝑊

∆Π < 0 (1.10) Trong đó: ∆Π : Gia số thông số

∆W : Năng lượng dư

Theo tiêu chuẩn ổn định năng lượng trên thì hệ sẽ ổn định nếu: ∆PT−∆P(δ)

∆δ < 0 (1.11)

Tham số trạng thái ở đây là góc 𝛿, năng lượng phát là công suất cơ PT còn năng lượng tiêu tán chính là công suất máy phát đổ về hệ thống Do chấp nhận giả thiết công suất PT không đổi nên biểu thức trên được viết lại:

−∆𝑃(𝛿)

∆𝛿 < 0 ⇔𝑑𝑃

𝑑𝛿>0 (1.12)

1.3.2 Hệ thống điện đơn giản

Hệ thống điện đơn giản là HTĐ gồm một nhà máy điện nối bằng đường dây tải điện tới thanh cái nhận điện áp U=const

Hình 1.6 Hệ thống điện đơn giản

Theo lý thuyết HTĐ không tồn tại các thanh cái nhận điện áp không đổi

Tuy nhiên, trong thực tế có thể xem điện áp U ở thanh cái nhận điện là hằng số, nếu như công suất mà nó nhận được từ hệ thống gấp nhiều lần Pht còn lại Như vậy điện áp U là hằng số đối với sự biến đổi của công suất P

1.3.3 Tiêu chuẩn ổn định của HTĐ đơn giản

Để xây dựng tiêu chuẩn ổn định tĩnh, ta phải khảo sát phương trình chuyển động tương đối của rotor Trong phần này ta bỏ qua không xét đến quá trình quá độ điện từ và quá trình quá độ xảy ra trong thiết bị điều khiển kích từ (TBĐKKT), ảnh hưởng của

Trang 28

TBĐKKT đến ổn định tĩnh được thể hiện thông qua các giá trị của sức điện động mà nó giữ cho không đổi, ta cũng không xét đến công suất không đồng bộ

Phương trình chuyển động tương đối của rotor: 𝑻𝒋𝒅

1.3.5 Ảnh hưởng của điện kháng của HTĐ đến ổn định tĩnh

Hình 1.7 Sơ đồ ví dụ về tỉ lệ giữa các điện kháng của các phần tử HTĐ

Hình 1.8 Quan hệ giữa Pmax và X

Từ biểu thức : 𝑷𝒎𝒂𝒙 =𝑼𝑬

Trang 29

Ta thấy công suất truyền tải cực đại tỉ lệ nghịch với điện kháng của HTĐ

Trong các thành phần của 𝑿𝚺 thì điện kháng của MF có giá trị lớn hơn nhiều so với điện kháng của các MBA và đường dây tải điện, nó có thể chiếm đến 2/3 điện kháng toàn hệ thống

Trong thực tế khi X của hệ thống tăng lên sẽ kéo theo sự tăng lên của E vậy Pmax cũng sẽ tăng lên một chút, từ đồ thị ta thấy công suất truyền tải vào hệ thống phụ thuộc nhiều vào điện kháng của HTĐ trong đó điện kháng của máy phát giữ vai trò quan trọng, muốn tăng khả năng tải của HTĐ cần phải giảm X bằng cách giảm điện kháng của MF

1.3.6 Ổn định tĩnh của HTĐ gồm 2 NMĐ làm việc song song

Sơ đồ hệ thống điện gồm hai nhà máy điện làm việc song song

Hình 1.9 Sơ đồ 2 nhà máy điện làm việc song song

Nhà máy điện số 1 và 2 có công suất tương đương với nhau, vì vậy điện áp U trên cực phụ tải không phải là hằng số mà nó biến đổi theo sự biến đổi công suất của các nhà máy (Tải được xem là tuyến tính) Nhà máy số 1 là nhà máy cần xét ổn định còn nhà máy số 2 thường là đẳng trị của các nhà máy còn lại trong HTĐ

Công suất của hai nhà máy có sự liên quan chặt chẽ với nhau Các hệ số công suất đồng bộ không đồng bộ bằng 0 và:

𝒅𝜹𝟏𝟐 > 𝟎 𝒗à 𝒅𝑷𝟐𝒅𝜹𝟐𝟏 = −

𝒅𝑷𝟐𝒅𝜹𝟏𝟐 > 𝟎

1.4 Ổn định động của hệ thống điện 1.4.1 Các kích động lớn trong HTĐ

Nghiên cứu ổn định động là nghiên cứu khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ ban đầu sau khi bị các kích động lớn

Các kích động lớn xảy ra trong HTĐ do các nguyên nhân sau: • Cắt hoặc đóng đột ngột các phụ tải lớn

Trang 30

• Cắt đường dây tải điện hoặc MBA đang mang tải • Cắt máy điện đang mang tải

• Ngắn mạch các loại

Trong các dạng kích động nói trên thì ngắn mạch là nguy hiểm hơn cả, vì vậy ổn định động của HTĐ được xét cho trường hợp xảy ra ngắn mạch

Các loại ngắn mạch gồm có: 1 pha chạm đất, 2 pha, 2 pha chạm đất, 3 pha

Thống kê cho thấy rằng 70 – 90% tổng số ngắn mạch là ngắn mạch một pha chạm đất, 5-15% ngắn mạch 2 pha các loại, còn ngắn mạch 3 pha chỉ xảy ra có 5-10% Tuy ít xảy ra nhưng ngắn mạch 3 pha nguy hiểm hơn cả vì nó làm cho mối liên hệ giữa nhà máy và phụ tải, giữa các nhà máy điện với nhau hoàn toàn gián đoạn, độ giảm công suất đạt giá trị cực đại làm cho MF dao động mạnh Sau ngắn mạch 3 pha là ngắn mạch 2 pha chạm đất

Ổn định động của HTĐ được tính với ngắn mạch 3 pha, 2 pha chạm đất và 1 pha Một điều cần nhắc lại và nhấn mạnh là khi xét quá trình quá độ cơ điện xảy ra với các kích động lớn, chừng nào mà HTĐ vẫn chưa mất ổn định thì tốc độ góc thay đổi rất nhỏ và thực tế vẫn xem như tốc độ góc bằng tốc độ đồng bộ

1.4.2 Sơ đồ thay thế của HTĐ khi ngắn mạch

Trường hợp tổng quát, khi xảy ra ngắn mạch sự xuất hiện của dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không Ta hãy xét ảnh hưởng của các dòng ngắn mạch này đến MF

Có thể nói ngay với dòng điện thứ tự không, nó không ảnh hưởng đến công suất của MF bởi vì các MBA tăng áp của các MF thường có tổ nối dây ∆/𝒀𝟎 cho nên dòng điện thứ tự không sẽ khép mạch qua nối đất của cuộn dây cao áp mà không đi sang phía hạ áp tức phía MF

Đối với dòng điện thứ tự nghịch, dòng điện này có thể đi qua máy biến thế vào MF và sinh ra trong đó moment quay với tần số 𝟐𝝎 so với rotor Vì có quán tính rất lớn nên rotor thực tế không kịp tác động theo moment này Giá trị trung bình của moment này gần bằng 0, nó không ảnh hưởng gì đến chuyển động của rotor Cho nên dòng thứ tự nghịch cũng được bỏ qua không xét đến khi tính toán ổn định

Trang 31

Như vậy ảnh hưởng tới sự thay đổi công suất và moment của MF chỉ có dòng thứ tự thuận Đây là một kết luận quan trọng cho việc tính toán đơn giản đi nhiều, chế độ không đối xứng có thể quy về chế độ đối xứng

Trong nhiều tính toán ổn định động, có thể bỏ qua điện trở ngắn mạch, do đó chỉ có điện kháng ngắn mạch 𝑿∆

1.4.4 Sự cố 3 pha đột ngột trênđường dây truyền tải

Toàn bộ quá trình quá độ có điện xảy ra khi ngắn mạch gồm 3 giai đoạn, trước khi ngắn mạch, trong khi ngắn mạch và sau khi ngắn mạch Để khảo sát ổn định động ta phải xây dựng các đường đặc tính công suất tương ứng từng trường hợp ngắn mạch cụ thể như sau:

Trang 32

• Sự cố 3 pha đột ngột tại cuối đường dây truyền tải:

Hình 1.10 sự cố 3 pha tại điểm cuối của một đường dây truyền tải

Điều kiện trước sự cố là: Trước khi xảy ra sự cố thì 2 đường dây truyền tải còn nguyên vẹn được thể hiện như hình 1.11 Biểu đồ góc công suất được xác định bởi

Pe1 = |𝑬′||𝑽|

𝑿𝑰 𝐬𝐢𝐧 = Pmax1𝐬𝐢𝐧  Với 𝑿𝑰 = 𝑿𝒅′ + (𝑿𝑻𝑳𝟏∗𝑿𝑻𝑳𝟐

Hình 1.11 Điều kiện trước sự cố tại cuối đường dây của sự cố ngắn mạch cuối đường dây

Điều kiện trong lúc xảy ra sự cố: Trong sự cố 3 pha tại đường dây truyền tải thứ 2, máy phát bị cô lập từ hệ thống với mục đích cho việc phân bố công suất như hình 1.12

Pe2 =0

Trang 33

Hình 1.12 Điều kiện trong lúc xảy ra sự cố ngắn mạch cuối đường dây

Góc rotor sẽ tiếp tục tăng, sự mất ổn định sẽ xảy ra nếu chúng ta không loại bỏ sự cố tại thời gian đó

Điều kiện sau sự cố: Máy cắt tại hai đầu của đường dây sự cố sẽ cắt ra tại thời ddiemr tc, trong thời gian xóa sự cố không có sự kết nối giữa đường dây sự cố với hệ thống

Hình 1.13 Điều kiện sau sự cố ngắn mạch cuối đường dây

Trang 34

• Sự cố 3 pha đột ngột tại giữa đường dây truyền tải

Hình 1.15 Sự cố ngắn mạch ở giữ đường dây truyền tải giữa đường dây truyền tải

Điều kiện trước sự cố: Trước khi sự cố xảy ra thì cả 2 đường dây được kết nối như hình 1.16

X d

E

Hình 1.16 Điều kiện trước sự cố xảy ra giữa đường dây truyền tải

Trang 35

Biểu đồ góc công suất được xác định bởi: Pe1 = |𝑬′||𝑽|

𝑿𝑰 𝐬𝐢𝐧 = Pmax1𝐬𝐢𝐧  Với 𝑿𝑰 = 𝑿𝒅′ + (𝑿𝑻𝑳𝟏∗𝑿𝑻𝑳𝟐

𝑿𝑻𝑳𝟏+𝑿𝑻𝑳𝟐)

Điều kiện trong khi xảy ra sự cố: Mô hình mạng điện của hệ thống trong quá trình sự cố được thể hiện qua hình 1.17 Mạng điện này tương đương với hình 1.18

X dXAXB

Hình 1.18 Chuyển đổi mạng điện từ tam giác sang sao của sự cố giữa đường dây truyền tải

𝑿𝑰𝑰 =(𝑿𝒅′ + 𝑿𝑨) ∗ 𝑿𝑭+ 𝑿𝑭𝑿𝑩+ (𝑿𝒅′ + 𝑿𝑨)𝑿𝑩𝑿𝑭

Pe2= |𝐸′||𝑉|

𝑋𝐼𝐼 sin = Pmax2sin 

VE

Hình 1.19 Chuyển đổi mạch từ sao sang tam giác của sự cố giữa đường dây truyền tải

Trang 36

Điều kiện sau sự cố: Trong điều kiện này, sự cố trên đường dây thứ hai đã được cô lập Mạng điện được thể hiện trong hình 1.20

Hình 1.21 Biểu đồ góc công suất lúc chưa có sự cân bằng diện tích

Để diện tích A1 = A2, 𝟏 tiếp tục tăng cho đến khi 𝟐 = 𝒎𝒂𝒙

Hình 1.22 Biểu đồ góc công suất khi có sự cân bằng diện tích

Trang 37

cos𝑐𝑟 =𝑃𝑚(0 − 0)𝜋

180− 𝑃𝑚𝑎𝑥2cos 0+ 𝑃𝑚𝑎𝑥3cos 𝑚𝑎𝑥𝑃𝑚𝑎𝑥3− 𝑃𝑚𝑎𝑥2

Ví dụ Xác định dòng điện của hình dưới, ở đó có sựu cố 3 pha tác dụng lên 1 điểm cuối đường dây gần CB4 Tìm góc giới hạn để xóa lỗi với sự mở đồng thời của CB2 và CB4 Máy phát thì đang phát 1.0 p.u MW trước ngay sựu cố Tất cả số lượng p.u

đều chung MVA

E = 1.25

V = 1.0 p.uj0.5

Hình 1.23 Bài tập ví dụ sự cố ngắn mạch ở cuối đường dây truyền tải

Giải pháp: chuyển điệnkháng về trạng thái vận hành trước sự cố thì XI = 0.25 + 𝟎.𝟓∗𝟎.𝟓

Điều kiện sau sự cố: Với việc mở của đường dây bị lỗi được giả sử bằng cách mở CB2 và CB4 thì điện trở sau sự cố là

Trang 38

XIII = 0.25+0.5+0.6=0.81 Pe3= |𝑬′||𝑽|

𝑿𝑰𝑰𝑰 𝐬𝐢𝐧 = 𝟏.𝟐𝟓∗𝟏.𝟎

𝟎.𝟖𝟏 𝐬𝐢𝐧 =1.543𝐬𝐢𝐧  Góc công suất đầu tiên được tính:

Pm0 =Pe0 =1.0=Pmax1𝐬𝐢𝐧  𝟎 = 𝐬𝐢𝐧−𝟏 𝟏.𝟎

𝟐.𝟐𝟑𝟐 =26.32

Và

𝒎𝒂𝒙 = 𝟏𝟖𝟎− 𝐬𝐢𝐧−𝟏( 𝟏.𝟎

𝟏.𝟓𝟒𝟑)=139.6 𝐜𝐨𝐬 𝒄𝒓 =𝑷𝒎

(𝟎− 𝟎) 𝝅

𝟏𝟖𝟎− 𝑷𝒎𝒂𝒙𝟐𝐜𝐨𝐬 𝟎+ 𝑷𝒎𝒂𝒙𝟑𝐜𝐨𝐬 𝒎𝒂𝒙𝑷𝒎𝒂𝒙𝟑− 𝑷𝒎𝒂𝒙𝟐

𝟏 𝟎(𝟏𝟑𝟗 𝟔 − 𝟐𝟔 𝟔𝟐)𝟏𝟖𝟎𝝅 − 𝟎 + 𝟏 𝟓𝟒𝟑 𝐜𝐨𝐬 𝟏𝟑𝟗 𝟔𝟏 𝟓𝟒𝟑 − 𝟎

=0.51640 Vậy

𝒄𝒓 = 𝟓𝟖 𝟗

Ví dụ Một động cơ đồng bộ có 2220 MVA, 24 KV và 60 Hz để kết nối với thanh cái đầu tiên trong truyền tải và 2 đường dây được thể hiện như hình ở dưới Điện áp thanh cái đầu tiên là V=1.0 p.u điện kháng quá độ trực tiếp của máy là 0.3 p.u, điện kháng truyền tải là 0.2 p.u, và điện kháng của mỗi đường dây truyền tải là 0.3 p.u, tất cả đó là giá trị của máy phát đồng bộ Đầu tiên, máy phát 0.8 p.u công suất thực và 0.074 p.u công suất phản kháng Với điện áp cuối là 1.0 p.u Hằng số quán tính H= 5 MJ/MVA.tất cả điện trở được bỏ qua

1 Xảy ra sự cố 3 pha tạm thời tại cuối của 1 đường dây Khi loại bỏ sự cố, cả 2 đường dây đều nguyên vẹn Xác định góc loại bỏ sự cố tạm thời và thời gian loại bỏ sự cô tạm thời

2 Xảy ra sự cố 3 pha tại điểm giữa của một đường dây, sự cố được loại bỏ, sự cố đường dây bị cô lập Xác định góc loại bỏ sự cố tạm thời

Trang 39

E = 1

Hình 1.24 Bài tập ví dụ sự cố ngắn mạch xảy ra ở cuối đueòng dây truyền tải

Ta có: Điện áp thanh cái đầu tiên V=1.0 p.u Điện áp cuối của máy phát là Et=1.0 p.u

X’d=j0.3 Pm0 =Pe0 =0.8 Dòng điện tại thanh cái đầu tiên là:

Điều kiện trước sự cố

XI = 0.3 + 0.2 + 𝟎.𝟑∗𝟎.𝟑

𝟎.𝟑+𝟎.𝟑= 𝟎 𝟔𝟓 Pe1= |𝑬′||𝑽|

𝑿𝑰 𝐬𝐢𝐧  = 𝟏.𝟏𝟕∗𝟏.𝟎

𝟎.𝟔𝟓 𝐬𝐢𝐧  = 𝟏 𝟖 𝐬𝐢𝐧  Điều kiện trọng sự cố

Trang 40

𝒎𝒂𝒙 = 𝟏𝟖𝟎𝟎− 𝒔𝒊𝒏−𝟏( 𝑷𝒎𝟎𝑷𝐦𝐚𝐱 𝟑) 𝒎𝒂𝒙 = 𝟏𝟖𝟎𝟎− 𝒔𝒊𝒏−𝟏(𝟎 𝟖

𝟏 𝟖) = 𝟏𝟓𝟑 𝟔𝟏𝟐𝟎𝒄𝒐𝒔𝒄𝒓 =𝑷𝒎

(𝒎𝒂𝒙− 𝟎) 𝝅

𝟏𝟖𝟎− 𝑷𝒎𝒄𝒐𝒔𝟎+ 𝑷𝐦𝐚𝐱 𝟑𝒄𝒐𝒔𝒎𝒂𝒙𝑷𝐦𝐚𝐱 𝟑− 𝑷𝐦𝐚𝐱 𝟐

=𝟎 𝟖(𝟏𝟓𝟑 𝟔𝟏𝟐 − 𝟐𝟔 𝟑𝟖𝟖)𝝅

𝟏𝟖𝟎− 𝟎 + 𝟏 𝟖𝒄𝒐𝒔𝟏𝟓𝟑 𝟔𝟏𝟐𝟎

𝒄𝒓 = 𝟖𝟒 𝟕𝟕𝟓𝟎

𝒕𝒄 = √𝟐𝑯(𝒄𝒓− 𝟎)𝝅𝒇𝑷𝒎

𝒕𝒄 = √𝟐 𝒙 𝟓(𝟏 𝟒𝟖 − 𝟎 𝟒𝟔𝟎𝟓𝟓)

𝝅 𝒙 𝟔𝟎 𝒙 𝟎 𝟖 = 𝟎 𝟐𝟔 𝒔 𝑿𝑻 = 𝑿𝑰 = 𝟎 𝟑 + 𝟎 𝟐 + (𝟎 𝟑 𝒙 𝟎 𝟑

𝟎 𝟑 𝒙 𝟎 𝟑) = 𝟎 𝟔𝟓 𝑷𝒆𝟏 = |𝑬′||𝑽|