CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN 1.1. Ổn định góc rotor a. Ổn định tín hiệu bé (hoặc nhiễu bé) (trước đây gọi là Ổn định tĩnh) b. Ổn định quá độ (trước đây gọi là Ổn định động) 1.2. Ổn định điện áp và sụp đổ điện áp a. Ổn định điện áp nhiễu lớn b. Ổn định điện áp nhiễu nhỏ 1.3. Ổn định trung hạn và dàiCÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN 1.1. Ổn định góc rotor a. Ổn định tín hiệu bé (hoặc nhiễu bé) (trước đây gọi là Ổn định tĩnh) b. Ổn định quá độ (trước đây gọi là Ổn định động) 1.2. Ổn định điện áp và sụp đổ điện áp a. Ổn định điện áp nhiễu lớn b. Ổn định điện áp nhiễu nhỏ 1.3. Ổn định trung hạn và dài
CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN 1.1 Ổn định góc rotor a Ổn định tín hiệu bé (hoặc nhiễu bé) (trước gọi Ổn định tĩnh) b Ổn định độ (trước gọi Ổn định động) 1.2 Ổn định điện áp sụp đổ điện áp a Ổn định điện áp nhiễu lớn b Ổn định điện áp nhiễu nhỏ 1.3 Ổn định trung hạn dài hạn PHÂN LOẠI ỔN ĐỊNH LỊCH SỬ VỀ BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN • Ổn định HTĐ định nghĩa cách tổng qt đặc tính HTĐ cho phép trì trạng thái cân chế độ vận hành bình thường đạt đến trạng thái cân chấp nhận sau chịu tác động nhiễu • Trong việc đánh giá ổn định, vấn đề quan tâm hành vi HTĐ chịu tác động nhiễu độ Nhiễu bé lớn Nhiễu nhỏ xảy thường xuyên HTĐ dạng thay đổi công suất phụ tải, nhiễu lớn bao gồm ngắn mạch đường dây truyền tải, cố dẫn đến cắt tổ máy phát tải lớn, đường dây nối HT 1.1 Ổn định góc rotor • Ổn định góc rotor khả máy đồng liên kết với HTĐ trì đồng Bài tốn ổn định góc rotor liên quan đến việc nghiên cứu dao động điện vốn có HTĐ, cơng suất phát MF đồng thay đổi góc rotor dao động • Đặc tính máy điện đồng bộ: - Máy điện đồng gồm phần: Phần cảm phần ứng Thông thường, phần cảm rotor phần ứng stator - Khi có hay nhiều máy điện đồng nối với nhau, điện áp dòng điện stator chúng có tần số, tốc độ rotor đồng với tần số - Từ trường quay sinh dòng điện stator tương tác với từ trường rotor sinh mơ men điện từ có khuynh hướng làm cho từ trường đồng với Trong MF, mô men điện từ ngược chiều chuyển động rotor mơ men phải cung cấp từ động sơ cấp để trì chuyển động Mô men (hoặc công suất) đầu MF thay đổi mô men đầu vào cung cấp động sơ cấp thay đổi - Trong chế độ xác lập, từ trường rotor từ trường quay stator có tốc độ, nhiên chúng có góc lệch phụ thuộc vào mơ men (hoặc CS) đầu MF • Mối quan hệ cơng suất – góc: Đặc tính quan trọng có liên quan đến ổn định HTĐ mối quan hệ công suất trao đổi vị trí góc rotor máy điện đồng Đây mối quan hệ phi tuyến Để minh họa, xét HTĐ đơn giản gồm máy điện đồng sau đây: - CS truyền tải hàm góc lệch rotor máy điện: P= EG E M sin δ X∑ X∑ = XG + X L + XM - Giá trị CS cực đại tỷ lệ thuận với điện áp nội máy đồng tỷ lệ nghịch với điện kháng điện áp nội • Hiện tượng ổn định - Ổn định điều kiện cân lực ngược chiều Cơ chế mà nhờ MF đồng trì đồng với thơng qua lực hồi phục, lực tác động có lực có khuynh hướng tăng tốc giảm tốc nhiều MF so với MF khác Ở trạng thái xác lập, có cân mô men đầu vào mô men điện đầu MF, tốc độ trì khơng đổi - Khi HTĐ chịu tác động nhiễu, điều kiện cân bị phá vỡ gây tăng tốc giảm tốc rotor máy điện Nếu MF tạm thời quay nhanh máy lại, góc rotor tương đối MF so với MF chậm tăng lên Sự khác biệt góc rotor chuyển phần tải từ MF chậm sang MF nhanh, phụ thuộc vào mối quan hệ cơng suất-góc Điều có khuynh hướng giảm khác biệt tốc độ giảm góc lệch rotor - Mối quan hệ cơng suất-góc mối quan hệ phi tuyến, vượt giá trị giới hạn đó, việc tăng góc rotor dẫn đến việc giảm công suất truyền tải; điều làm tăng góc rotor đưa đến ổn định - Khi máy điện đồng bị đồng với phần lại HT, tốc độ rotor cao thấp tốc độ yêu cầu để tạo điện áp tần số HT Độ trượt từ trường quay stator từ trường rotor gây dao đông cơng suất, dòng điện điện áp; điều dẫn đến tác động bảo vệ rơ le để cô lập máy điện đồng với HT - Mất đồng xảy MF phần lại HT hai nhóm MF với - Độ thay đổi mô men điện máy điện đồng sau chịu tác động nhiễu phân tích thành hai thành phần: ∆Te = TS ∆δ + TD ∆ω TS∆δ thành phần mô men đồng bộ; TS hệ số mô men đồng TD∆ω thành phần mô men cản dịu; TD hệ số mô men cản dịu - Ổn định phụ thuộc vào tồn hai thành phần mô men Thiếu mô men đồng dẫn đến ổn định dạng không chu kỳ Mặt khác, thiếu mô men cản dịu dẫn đến ổn định dạng dao động a Ổn định tín hiệu bé (hoặc nhiễu bé) (trước gọi Ổn định tĩnh) • Ổn định tín hiệu bé khả HTĐ trì chế độ đồng chịu tác động nhiễu nhỏ • Các nhiễu xem đủ nhỏ để tuyến tính hóa phương trình HT cho mục đích giải tích • Mất ổn định có hai dạng: góc rotor tăng dần thiếu mơ men đồng bộ, góc rotor dao động với biên độ tăng dần thiếu mô men cản dịu • Bản chất đáp ứng HT nhiễu nhỏ phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm chế độ làm việc ban đầu, mức tải đường dây loại HT kích thích sử dụng MF • Trong HTĐ thực tế ngày ổn định tín hiệu bé hồn tồn vấn đề việc đệm dao động Ổn định dạng dao động sau quan tâm: - Phương thức địa phương phương thức hệ thống máy phát: Liên quan đến dao động tổ máy nhà máy điện phần lại HT - Phương thức liên vùng: Liên quan đến dao động nhiều MF phần HT MF phần khác - Phương thức điều khiển: Liên quan đến tổ MF điều khiển khác - Phương thức xoắn: Liên quan đến phần tử quay hệ thống trục nối tua bin MF b Ổn định độ (trước gọi Ổn định động) • Ổn định độ khả HTĐ trì chế độ đồng chịu tác động nhiễu độ nghiêm trọng Đáp ứng HT liên quan đến thay đổi lớn góc rotor MF chịu ảnh hưởng mối quan hệ cơng suất-góc phi tuyến Ổn định phụ thuộc vào chế độ làm việc ban đầu lẫn mức độ nghiêm trọng nhiễu Thông thường, HT thay đổi trạng thái xác lập sau nhiễu khác với trạng thái xác lập trước nhiễu • Nhiễu thường xem xét cố ngắn mạch loại xảy đường dây truyền tải, góp MBA Sự cố giả thuyết bị xóa cách mở máy cắt thích hợp nhằm cô lập phận cố Tác động gọi cắt cố • Góc rotor MF đồng ứng với trường hợp ổn định không ổn định cho sau: - Trường hợp 1: Ổn định, góc rotor tăng đến giá trị cực đại sau giảm dao động tắt dần - Trường hợp 2: Khơng ổn định, góc rotor tăng liên tục MF đồng Dạng ổn định thường gọi ổn định dao động gây thiếu mô men đồng - Trường hợp 3: Không ổn định, góc rotor dao động với biên dộ tăng dần 1.2 Ổn định điện áp sụp đổ điện áp • Ổn định điện áp khả HTĐ trì điện áp xác lập chấp nhận tất góp HT chế độ vận hành bình thường sau chịu tác động nhiễu • Khi HT ổn định điện áp, điện áp giảm liên tục không điều khiển • Nguyên nhân gây ổn định điện áp HT khơng có khả đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng phụ tải • Tiêu chuẩn ổn định điện áp chế độ vận hành cho góp HT biên độ điện áp tăng cơng suất phản kháng bơm vào góp tăng HT khơng có ổn định điện áp có góp HT tai biên độ điện áp giảm cơng suất phản kháng bơm vào góp tăng • Khơng ổn định điện áp tượng cục bộ, nhiên, có ảnh hưởng rộng Một trường hợp đặc biệt phức tạp ổn định điện áp sụp đổ điện áp, thường hậu chuỗi kiện kèm với ổn định điện áp dẫn đến biên độ điện áp góp phần đáng kể HT giảm thấp • Khơng ổn định điện áp xảy theo nhiều cách khác Để minh họa, xét HTĐ đơn giản sau ~ E ~ I= I= ~ ~ Z LN + Z LD E (Z cosθ + Z LD cos φ ) + (Z LN sin θ + Z LD sin φ ) LN I= E F Z LN Z Z F = + LD + 2 LD cos(θ − φ ) Z LN Z LN VR = Z LD I = Z LD ES F Z LN Z E PR = VR I cos φ = LD S F Z LN cos φ Sự phụ thuộc I, VR PR theo ZLN/ZLD tanθ = 10,0 cosϕ = 0,95: Đặc tính cơng suất-điện áp cosϕ = 0,95 trễ tanθ = 10,0 Đặc tính VR-PR cosϕ có giá trị khác Đặc tính VR-QR với giá trị khac PR/PRmax a Ổn định điện áp nhiễu lớn • Là khả HT điều khiển điện áp sau có nhiễu lớn cố HT, MF cắt đường dây • Tiêu chuẩn ổn định điện áp nhiễu lớn, sau nhiễu cho sau tác động điều khiển HT, điện áp tất góp đạt đến giá trị xác lập chấp nhận b Ổn định điện áp nhiễu nhỏ • Là khả HT điều khiển điện áp HT sau có nhiễu nhỏ thay đổi phụ tải • Tiêu chuẩn ổn định điện áp nhiễu nhỏ chế độ vận hành cho góp HT biên độ điện áp tăng công suất phản kháng bơm vào góp tăng 1.3 Ổn định trung hạn dài hạn • Thuật ngữ ổn định dài hạn trung hạn tương đối Chúng liên quan đến đáp ứng động HTĐ có nhiễu loạn nghiêm trọng đưa đến thay đổi lớn điện áp, tần số dòng cơng suất Sự thay đổi lớn làm cho hệ thống điều khiển bảo vệ tác động • Thời gian tiêu biểu khảo sát loại ổn định: - Ngắn hạn độ: đến 10 giây - Trung hạn: 10 giây đến vài phút - Dài hạn: vài phú đến hàng chục phút 2 PHÂN LOẠI ỔN ĐỊNH LỊCH SỬ VỀ BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH • Ổn định HTĐ nhận thức vấn đề quan trọng năm 1920 • Kết thí nghiệm HTĐ thu nhỏ công bố năm 1924 • Thực nghiệm trường ổn định HTĐ thực tế thực măm 1925 • Với đời máy tính điện tử phát triển lý thuyết ổn định, nhiều phương pháp phân tích ổn định mơ hình HTĐ khảo sát ổn định phát triển Một tiêu chuẩn thiết kế vận hành HTĐ tiêu chuẩn ổn định ... thường gọi ổn định dao động gây thiếu mô men đồng - Trường hợp 3: Không ổn định, góc rotor dao động với biên dộ tăng dần 1. 2 Ổn định điện áp sụp đổ điện áp • Ổn định điện áp khả HTĐ trì điện áp... LOẠI ỔN ĐỊNH LỊCH SỬ VỀ BÀI TỐN ỔN ĐỊNH • Ổn định HTĐ nhận thức vấn đề quan trọng năm 19 20 • Kết thí nghiệm HTĐ thu nhỏ cơng bố năm 19 24 • Thực nghiệm trường ổn định HTĐ thực tế thực măm 19 25... hợp đặc biệt phức tạp ổn định điện áp sụp đổ điện áp, thường hậu chuỗi kiện kèm với ổn định điện áp dẫn đến biên độ điện áp góp phần đáng kể HT giảm thấp • Khơng ổn định điện áp xảy theo nhiều