Bài giảng Ổn định hệ thống điện

Bài giảng ổn định hệ thống điện gồm có 3 chương: Chương 1 - Khái niệm chung về ổn định hệ thống điện, chương 2 - Ổn định tĩnh hệ thống, chương 3 - Ổn định hệ thống điện. Mời các bạn tham khảo!

Bài giảng ổn định HTĐ Đề cơng môn học ổN ĐịNH hệ thống điện (Dùng cho hệ Đại học - Ngành Hệ thống điện - Trờng ĐHKTCN) Khối lợng: 60 tiết Số học trình: 04 Số học phần: 02 Chơng Khái niệm chung ổn định Hệ thống điện 1.1 ổn định hệ thống điện I Chế độ hệ thống điện II Định nghĩa ổn định HTĐ Cân công suất Định nghĩa ổn định HTĐ Các dạng ổn định II Mục tiêu khảo sát ổn định III Phơng pháp khảo sát ổn định 1.2 Hệ đơn vị tơng đối phơng trình chuyển động tơng đối MF I Hệ đơn vị tơng đối II Phơng trình chuyển động tơng đối MPĐ đồng 1.3 Quan hệ điện áp, dòng điện, công suất lới điện pha đối xứng 1.4 Tiêu chuẩn tính ổn định HTĐ Nga I Đối với ổn định tĩnh II Đối với ổn định động Chơng ổn định tĩnh hệ thống điện 2.1 Đặc tính công suất I Đặc tính công suất HTĐ đơn giản không kể đến R, C, G lới điện II Đặc tính công suất HTĐ đơn giản có kể đến R, C lới điện phụ tải nhánh rẽ III Đặc tính công suất HTĐ gồm hai nhà máy điện làm việc song song 2.1.4 Đặc tính công suất HTĐ phức tạp 2.2 Đặc tính tĩnh phụ tải 2.2.1 Phụ tải HTĐ 2.2.2 Đờng đặc tính tĩnh phụ tải thành phần 2.2.3 Đờng đặc tính tĩnh phụ tải tổng hợp Bài giảng ổn định HTĐ 2.3 ổn định tĩnh hệ thống điện đơn giản 2.3.1 Hệ thống điện đơn giản 2.3.2 Tiêu chuẩn ổn định HTĐ đơn giản 2.3.3 Độ dự trữ ổn định 2.3.4 ảnh hởng điện kháng HTĐ đến ổn định tĩnh 2.3.5 ảnh hởng thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK) đến ổn định tĩnh 2.4 ổn định tĩnh HTĐ Gồm hai nhà máy điện làm việc song song 2.4.1 Đặc tính công suất 2.4.2 Tiêu chuẩn ổn định thay phụ tải tổng trở cố định 2.4.3 Tiêu chuẩn ổn định xét đến đặc tính tĩnh phụ tải 2.4.4 Phơng pháp tính toán ổn định xét đến đặc tính tĩnh phụ tải theo tiêu chuẩn đơn giản P1/12 > 2.4.5 Phơng pháp tiêu chuẩn thực dụng 2.5 ổn Định tĩnh HTĐ phức tạp HTĐ có điều chỉnh 2.5.1 Mở đầu 2.5.2 Các tiêu chuẩn ổn định toán học 2.5.3 ổn định tĩnh HTĐ đơn giản xét đến trình độ điện từ 2.5.4 Kiểm tra ổn định tiệm cận HTĐ phức tạp 2.6 ổn định tĩnh phụ tải 2.6.1 ổn định động điện không đồng 2.6.2 ổn định động không đồng có công suất tơng đơng với công suất nguồn 2.6.3 ổn định nút phụ tải Chơng ổn định động Hệ thống điện 3.1 Các giả thiết 3.1.1 Các kích động lớn HTĐ 3.1.2 Điện kháng sức điện động MPĐ 3.1.3 Sơ đồ thay HTĐ ngắn mạch 3.1.4.Chọn điểm ngắn mạch 3.2 ổn định động hệ thống điện đơn giản 3.2.1 Đặc tính công suất 3.2.2 Quá trình độ MPĐ xảy ngắn mạch, tiêu chuẩn ổn định động 3.2.3 Tính toán ổn định động Bài giảng ổn định HTĐ 3.3 ổn định động HTĐ Gồm hai nhà máy điện làm việc song song 3.3.1 Các đờng đặc tính công suất 3.3.2 Quá trình độ tiêu chuẩn ổn định 3.3.3 Tính góc gắt 12 cắt tcắt 3.4 Khái niệm ổn định động HTĐ phức tạp 3.5 Các trình nút phụ tải xảy kích động lớn 3.5.1 Các kích động lớn phụ tải 3.5.2 Khởi động động điện 3.5.3 Tự khởi động động Chơng Các biện pháp nâng cao ổn định 4.1 Cải thiện đặc tính phần tử HTĐ 4.1.1 Máy phát điện 4.1.2 Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK) 4.1.3 Máy cắt điện 4.1.4 Đờng dây tải điện 4.2 Các biện pháp phụ 4.2.1 Nối ®Êt c¸c ®iĨm trung tÝnh cđa m¸y biÕn thÕ qua điện kháng điện trở tác dụng 4.2.2 Ghìm điện -o0o Ch−¬ng 1: KNC ổn định Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn -1- Chơng Khái niệm chung ổn định Hệ thống điện Đ1.1 ổn định hệ thống điện I Chế độ Hệ thống điện Hệ thống điện (HTĐ) HTĐ tập hợp phần tử tham gia vào trình sản xuất, truyền tải tiêu thụ lợng Các phần tử HTĐ đợc chia thành hai nhóm: - Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối sử dụng điện nh MF, đờng dây tải điện thiết bị dùng điện - Các phần tử điều chỉnh làm nhiệm vụ điều chỉnh biến đổi trạng thái HTĐ nh điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, bảo vệ rơle, máy cắt điện Mỗi phần tử HTĐ đợc đặc trng thông số, thông số đợc xác định lợng tính chất vật lý phần tử, sơ đồ liên lạc chúng nhiều giản ớc tính toán khác Ví dụ: Tổng trở, tổng dẫn đờng dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại phận tự động điều chỉnh kích thích Các thông số phần tử đợc gọi thông số HTĐ Nhiều thông số HTĐ đại lợng phi tuyến, giá trị chúng phụ thuộc vào dòng công suất, tần số nh X, Y, độ từ hoá phần lớn toán thực tế coi lµ h»ng sè vµ nh− vËy ta cã hƯ thèng tun tÝnh NÕu tÝnh ®Õn sù biÕn ®ỉi cđa thông số ta có hệ thống phi tuyến, dạng phi tuyến HTĐ, dạng phi tuyến phải xét đến số trờng hợp nh phải tính đến độ bão hoà MF, MBA toán ổn định Chế độ HTĐ Tập hợp trình xảy HTĐ xác định trạng thái làm việc HTĐ thời điểm hay khoảng thời gian gọi chế độ HTĐ Các trình nói đợc đặc trng thông số U, I, P, Q, f, điểm HTĐ Ta gọi chúng thông số chế độ, thông khác với thông số hệ thống chỗ tồn HTĐ làm việc Các thông số chế độ xác định hoàn toàn trạng thái làm việc HTĐ Các thông số chế độ quan hệ với thông qua thông số HTĐ, nhiều mối qua hệ có dạng phi tuyến Ví dụ P = U2/R Đó dạng phi tuyến thứ hai HTĐ, dạng phi tuyến bỏ qua toán điện lực Các chế độ HTĐ đợc chia thành hai loại: - Chế độ xác lập (CĐXL) chế độ thông số dao động nhỏ xung quanh giá trị trung bình đó, thực tế xem nh thông số số Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 1: KNC ổn định Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn -2- Trong thực tế không tồn chế độ mà thông số bất biến theo thời gian HTĐ bao gồm số vô lớn phần tử, phần tử luôn biến đổi khiến cho thông số chế độ biến đổi không ngừng CĐXL đợc chia thành: + CĐXL lập bình thờng chế độ vận hành bình thờng HTĐ + CĐXL sau cố xảy sau loại trừ cố + Chế độ cố xác lập chế độ cố trì sau thời gian độ ví dụ nh chế độ ngắn mạch trì - Chế độ độ chế độ mà thông số biến đổi nhều Chế độ độ gồm có: + Chế độ độ bình thờng bớc chuyển từ CĐXL bình thờng sang CĐXL bình thờng khác + Chế độ độ cố xảy sau cố Yêu cầu chế độ HTĐ a CĐXL bình thờng, yêu cầu là: - Đảm bảo chất lợng điện năng: điện cung cấp cho phụ tải phải có chất lợng đảm bảo, tức giá trị thông số chất lợng (điện áp tần số) phải nằm giới hạn đợc quy định tiêu chuẩn - Đảm bảo độ tin cậy: phụ tải đợc CCĐ liên tục với chất lợng đảm bảo Mức độ liên tục phải đáp ứng đợc yêu cầu hộ dùng điện ®iỊu kiƯn cđa HT§ - Cã hiƯu qđa kinh tÕ cao: chế độ thoả mãn độ tin cậy đảm bảo chất lợng điện đợc thực với chi phí sản xuất điện, truyền tải phân phối điện nhỏ - Đảm bảo an toàn điện: phải đảm bảo an toàn cho ngời vận hành, ngời dùng điện thiết bị phân phối điện b CĐXL sau cố, yêu cầu là: Các yêu cầu mục a đợc giảm nhng cho phép kéo dài thời gian ngắn, sau phải có biện pháp thay đổi thông số chế độ thay đổi sơ đồ hệ thống để đa chế độ để CĐXL bình thờng c Chế độ độ (CĐQĐ), yêu cầu là: - Chấm dứt cách nhanh chóng CĐXL bình thờng hay CĐXL sau cố - Trong thời gian độ thông số biến đổi giới hạn cho phép nh: giá trị dòng điện ngắn mạch, điện áp nút phụ tải ngắn mạch - Các yêu cầu HTĐ đợc xét đến thiết kế đợc bảo đảm cách điều chỉnh thờng xuyên trình vận hành HTĐ II Định nghĩa ổn định HTĐ Cân công suất Điều kiện cần để CĐXL tồn cân công suất tác dụng (CSTD) công suất phản kháng (CSPK) Công suất nguồn sinh phải công suất phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất phần tử HTĐ Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 1: KNC ổn định Hệ thống ®iÖn http://www.ebook.edu.vn -3- PF = Ppt + ΔP = P (1.1) Q F = Q pt + ΔQ = Q (1.2) Giữa CSTD CSPK có mối quan hệ: S2 = P + Q (1.3) Cho nên điều kiện cân công suất (1.1) (1.2) xét cách độc lập mà lúc phải xét đến mối quan hệ chúng Tuy thực tế tính toán vận hành HTĐ cách gần xem biến đổi CSTD CSPK tuân theo quy luật riêng biệt ảnh hởng đến Đó là: - Sự biến đổi CSTD có ảnh hởng đến tần số HTĐ, ảnh hởng đến điện áp không đáng kể Nh tần số xem tiêu để đánh giá cân CSTD - Sự biến đổi CSPK ảnh hởng chủ yếu đến điện áp HTĐ Nh xem điện áp tiêu để đánh giá cân CSPK Trong vận hành HTĐ điều kiện cân công suất (1.1) (1.2) đợc đảm bảo cách tự nhiên Các thông số chế độ giữ giá trị cho điều kiện cân công suất đợc thoả mãn Ví dụ, xuất phát từ vị trí cân ta tăng CSTD nguồn lên tần số tăng lên làm cho công suất tiêu thụ phụ tải tăng lên theo cân với công suất nguồn Hay đóng thêm phụ tải CSPK điện áp toàn hệ thống giảm làm cho phụ tải phản kháng khác giảm đạt lại cân CSPK Tất nhiên điều chỉnh thực đợc phạm vi cho phép Các điều kiện cân công suất (1.1) (1.2) (1.3) sở xuất phát để tính toán chế độ HTĐ Từ điều kiện ta tính đợc thông số chế độ U, I, P, Q Để đảm bảo làm việc đắn phụ tải điện HTĐ, quy định giá trị cân cho CSTD CSPK nh sau: - Công suất tác dụng cân tần số hệ thống tần số đồng f (50 hay 60 Hz) nằm giới hạn cho phÐp: f cp ≤ f ≤ f cp max - Công suất phản kháng cân điện áp nút HTĐ nằm giới h¹n cho phÐp: U cp ≤ U ≤ U cp max Khi điện áp tần số lệch khỏi giá trị cho phép xem nh cân công suất không đảm bảo cần có biện pháp để bảo đảm chúng Sự cân CSTD có tính chất toàn hệ thống Vì tất điểm hệ thống tần số có giá trị chung Việc đảm bảo tần số dễ thực hiện, cần điều chỉnh công suất nhà máy Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 1: KNC ổn định Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn -4- Trái lại, cân CSPK mang tính chất cục thừa chỗ thiếu chỗ khác Việc điều chỉnh CSPK phức tạp thực chung cho toàn hệ thống đợc Trong HTĐ, máy phát điện (MF) phần tử định làm việc toàn hệ thống, cân CSTD trục roto MF đóng vai trò quan trọng định tồn CĐXL Đây cân Cơ-Điện, nghĩa cân công suất học tuabin PTB công suất điện PMF MF phát ra: PTB = PMF Nh nói, cân CSTD có tính chất toàn hệ thống cân xảy đâu tức khắc tác động lên MF gây cân điện Đối với CSPK cân nút phụ tải lớn có ý nghĩa quan trọng Còn phụ tải quay có cân điện công suất điện lới PPT công suất PC máy công cụ: PC = PPT Định nghĩa ổn định HTĐ Điều kiện cân công suất không đủ cho CĐXL tồn thực tế Vì chế độ thực tế bị kích động từ bên Một chế độ thoả mãn điều kiện cân công suất muốn tồn đợc thực tế phải chịu đựng đợc kích động mà điều kiện cân công suất không bị phá huỷ Các kích động chế độ HTĐ đợc chia làm loại: kích động nhỏ kích động lớn a ổn định tĩnh Các kích động nhỏ xảy liên tục có biên độ nhỏ, biến đổi thiết bị điều chỉnh Các kích động tác động lên roto MF, phá hoại cân công suất ban đầu làm cho CĐXL tơng ứng bị dao động CĐXL muốn trì đợc phải chịu đợc kích động nhỏ này, có nghĩa cân công suất phải đợc giữ vững trớc kích động nhỏ, nói cân công suất phải đợc khôi phục sau kích động nhỏ, trờng hợp ta nói hệ thống có ổn định tĩnh Ta có, định nghĩa ổn định tĩnh: ổn định tĩnh khả HTĐ khôi phục lại chế độ ban đầu gần chế độ ban đầu sau bị kích động nhỏ Nh ổn định tĩnh điều kiện đủ để CĐXL tồn thực tế b ổn định động Các kích động lớn xảy so với kích động nhỏ, nhng có biên độ lớn Các kích động xảy biến đổi đột ngột sơ đồ nối điện, biến đổi phụ tải điện cố ngắn mạch Các kích động lớn tác động làm cho cân công suất Cơ-Điện bị phá vỡ đột ngột, CĐXL tơng ứng bị dao động mạnh Khả HTĐ chịu đợc kích động mà CĐXL không bị phá hoại gọi khả ổn định động HTĐ Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 1: KNC ổn định Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn -5- Ta có định nghĩa ổn định động: ổn định động khả HTĐ khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu gần chế độ ban đầu sau bị kích động lớn Nh ổn định động điều kiện chế độ HTĐ tồn lâu dài c ổn định tổng quát Khi chế độ HTĐ chịu kích động nhỏ lớn, HTĐ có ổn định tĩnh động cân CSTD ban đầu đợc khôi phục lại, chế độ làm việc đợc giữ vững Trong trình dao động tần số bị lệch khỏi giá trị định mức song độ lệch nhỏ tần số đợc xem nh không thay đổi Vì đặc trng trình dao động rotor MF cha ổn định tốc độ góc chúng giữ giá trị đồng ω = ω0 (ω0 = 2πf = 2.3,14.50 = 314rad / s) chế độ chế độ đồng Nếu hệ thống ổn định cân bị phá huỷ, tốc độ góc roto bị lệch khỏi giá trị định mức với giá trị lớn, hƯ thèng xt hiƯn hƯ sè tr−ỵt s s= Trong ®ã: ω − ω0 ω0 + ω lµ tèc ®é góc tức thời MF + tốc độ đồng Khi HTĐ rơi vào chế độ không đồng bộ, công suất thông số khác chế độ dao động mạnh với biên độ lớn Chế độ không đồng kéo dài dẫn đến: - Hệ thống bị tan rã hoàn toàn, MF bị cắt khỏi lới ngừng làm việc - Chế độ đồng lại đợc khôi phục, hệ thống có khả ổn định tổng quát Ta có, định nghĩa ổn định tổng quát: ổn định tổng quát khả HTĐ lập lại chế độ đồng sau rơi vào chế độ không đồng ổn định tĩnh ổn định động d ổn định điện áp nút phụ tải, kích động nhỏ làm cho điện áp biến đổi Sự biến đổi điện áp làm cho cân CSTD CSPK bị phá hoại dẫn đến ổn định phụ tải, động không đồng ngừng làm việc Khả HTĐ chịu đợc kích động mà chế độ làm việc không bị phá hoại gọi ổn định phụ tải ổn định điện áp Ta có, định nghĩa ổn định điện áp (ổn định phụ tải): ổn định phụ tải khả HTĐ khôi phục lại điện áp ban đầu hay gần ban đầu bị kích động nhỏ nút phụ tải Các dạng ổn định Có dạng ổn định: - Mất ổn định tiệm cận Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 1: KNC ổn định Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn -6- - Mất ổn định dao động, gồm loại: + Tự dao động tăng dần + Tự kích thích a Mất ổn định tiệm cận Khi công suất phát nhà máy điện lên hệ thống qua đờng dây dài vợt giới hạn ổn định tĩnh thể Pgh hay góc gh (góc vector sức điện động máy phát điện áp góp hệ thống nhận điện) hệ thống ổn định tĩnh góc tăng lên HTĐ rơi vào chế độ không đồng bộ, thông số chế độ biến đổi mạnh vợt phạm vi cho phép, MF bị cắt khỏi lới vận hành làm cho HTĐ tan rã Để đối phó với dạng ổn định phải thiết kế hệ thống có Pgh cao công suất cần phát nhà máy điện b Mất ổn định dao động, có dạng: - Tự dao động tăng dần: nguyên nhân xảy không chỉnh định hệ thống tự động ®iỊu chØnh kÝch tõ (T§K), gãc δ võa dao ®éng vừa tăng lên Để hạn chế tự dao động tăng dần phải chỉnh định TĐK loại tỷ lệ Khi đờng dây dài tải công suất lớn nên dùng TĐK loại mạnh có khả hạn chế nguy tự dao động tăng dần cao so với TĐK loại tỷ lệ - Tự kích tợng dòng điện kích từ dòng điện máy phát tự tăng lên kéo theo biến đổi điện áp máy phát Tự kích hay xảy trờng hợp máy phát làm việc với đờng dây dài không tải Điện dung đờng dây (do điện dung lớn điện kháng nên đờng dây thể với máy phát nh tụ điện) tạo với điện kháng, điện trở máy phát mạch dao động R, L, C có tần số riêng r Trong điều kiện định, lợng roto truyền sang làm cho mạch dao động, tần số riêng r gần tần số máy phát gây cộng hởng làm cho dòng điện điện áp máy phát tăng lên Để tránh tợng thiết kế đờng dây dài phải ý chọn hiệu chỉnh thông số đờng dây Nói chung sau thiết kế chỉnh định hệ thống với đờng dây dài, tợng tự dao động tăng dần tự kích xem nh đợc loại trừ Trong vận hành phải đối phó với ổn định dạng tiệm cận mà công suất phát biến đổi mạnh II Mục tiêu khảo sát ổn định Nh trình bày trên, CĐXL muốn tồn đợc thực tế tức thực đợc vận hành cần phải có điều kiện: - Có cân công suất theo (1.1) (1.2) - Chế độ có ổn định, trớc hết ổn định tĩnh ổn định phụ tải kích động nhỏ xảy thờng xuyên Việc đảm bảo ổn định động ổn định tổng quát đảm bảo cho chế độ làm việc lâu dài Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 1: KNC ổn định Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn -7- Trong thiết kế vận hành HTĐ, chế độ thoả mãn yêu cầu chất lợng điện năng, độ tin cậy, kinh tế, ổn định tĩnh phải đợc đảm bảo vô điều kiện, ổn định động ổn định tổng quát đợc đảm bảo điều kiện định Mục tiêu khảo sát ổn định hệ thống là: Xét khả ổn định chế độ vận hành xảy HTĐ đợc thiết kế, quy hoạch, nh vận hành Nếu khả không đủ yêu cầu phải thực biện pháp tăng cờng cho hệ thống không bị ổn định rơi vào chế độ Khả ổn định chế độ đợc biểu diễn độ dự trữ ổn định, đại lợng phản ánh so sánh chế độ đợc xét ổn định chế độ giới hạn ổn định, tức chế độ trớc hết phải tính đợc chế độ giới hạn HTĐ Chế độ giới hạn đợc đặc trng thông số giới hạn Pgh , Q gh , U gh , gh Độ dự trữ ổn định HTĐ độ dự trữ chế độ có độ dự trữ bé tất chế độ xảy HTĐ III Phơng pháp khảo sát ổn định Khi xảy kích động kích động tác động lên roto MF gây cân công suất Sự cân tạo trình độ Cơ-Điện MF Nếu trình tắt dần có nghĩa cân công suất đợc khôi phục chế độ ổn định, trờng hợp ngợc lại trình không tắt dần không cân công suất ngày tăng lên, chế độ không ổn định, tức hệ thống ổn định Việc khảo sát ổn định khảo sát trình độ Cơ-Điện xảy MF có kích động HTĐ Quá trình độ Cơ-Điện đợc diễn tả phơng trình chuyển động tơng đối roto MF, xét ổn định xét phơng trình chuyển động MF hệ thống xảy kích động Giả sử MF làm việc với CĐXL với thông số P0 , Q , U , δ th× xảy kích động, kích động gây cân công suất P trục roto (1.7) ΔP = PT − P = P0 − P Trong đó: - PT công suất ban ®Çu cđa tuabin - PT = P0 = P công suất điện máy phát sau xảy kích động Công suất P đợc gọi công suất thừa, tác động lên roto gây cho nã mét gia tèc: α = d δ ΔP = Tj dt (1.8) Trong ®ã: - T j số quán tính Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn Chơng 3: ổn định động Hệ thống điện Sau cắt đờng dây bị ngắn mạch, hệ thống trở lại chế độ làm việc bình thờng, lúc đờng dây tải điện lại lộ (hình 3.19) E' X'd - 63 - XB1 XĐD XB2 U Hình 3.19 X"Σ = 0,295 + 0,138 + 0,486 + 0,122 = 1,041 PIII = PII Im ax sin δ = E' U 1,41.1 sin δ = sin δ = 1,3545 sin X" 1,041 Vẽ đờng đặc tính công suất lên đồ thị thấy không cắt nhanh cố hệ thống ổn định động PI Im ax < P0 , tức Fht = Ta cần P PI 1,5 PIII 1,0 0,5 PII ph¶i tÝnh thêi gian cắt chậm tcắt (hình 3.20) Tính góc cắt cắt 900 phơng pháp điện tích Trớc hết tÝnh δgh theo: δ gh = 180 − arcsin P0 PII Im ax 1800 δ H×nh 3.20 = 180 − arcsin = 132.4 = 132,4.(3,14 / 180) = 2,31rad 1,3545 δ = 34,530 = 34,53(3,14 / 180) = 0,602rad (các góc đợc đổi sang radian) ¸p dơng c«ng thøc (3.7) cos δ cat = = P0 (δ gh − δ ) + PII Im ax cos δ gh − PI Im ax cos δ PII Im ax − PI Im ax = 1(2,31 − 0,602) + 1,3545 cos132,4 1,708 − 0,9133 − 0,411 0,384 = = = 0,449 1,3545 − 0,499 0,856 0,856 δ cat = arccos(0,449) = 63,32 TÝnh (t) phơng pháp phân đoạn liên tiếp Ta lấy Δt = 0,05s; K = (18000.0,052)/ 2,741 =16,42 ⎧t = t + Δt = 0,05g ⎪ - Phân đoạn 1: P0 = P0 PI Im ax sin δ = − 0,499 sin(34,53 ) = − 0,285 = 0,717 ⎪Δδ1 = K.ΔP0 / = 16,42.0,717 / = 5,89 ⎪δ = δ + Δδ = 34,53 + 5,89 = 42,42 0 ⎩ ⎧t = 2.0,05 = 0,1s - Phân đoạn 2: P1 = P0 − PII Im ax sin δ1 = − 0,499 sin(40,42 ) = 0,676 0 ⎪Δδ = Δδ1 + K.ΔP1 = 5,89 + 16,42.0,676 = 16,99 ⎪δ = δ + Δδ = 40,42 + 16,99 = 57,410 Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 3: ổn ®Þnh ®éng cđa HƯ thèng ®iƯn http://www.ebook.edu.vn - 64 - t = 3.0,05 = 0,15s - Phân đoạn 3: ⎨ΔP2 = P0 − PII Im ax sin δ = − 0,499 sin(57,410 ) = 0,580 ⎪δ = δ + Δδ = 40,42 + 16,99 = 57,410 ⎩ ⎧t = 3.0,05 = 0,15s ⎪ ⎪ΔP2 = P0 − PI Im ax sin δ = − 0,499 sin(57,41 ) = 0,580 - Phân đoạn 4: 0 = Δδ + K.ΔP2 = 16,99 + 16,42.0,580 = 25,514 ⎪δ = δ + Δδ = 57,410 + 25,514 = 82,924 ⎩ C¸c phân đoạn có kết ghi bảng sau: Phân ®o¹n T[s] 0,05 0,1 0,15 34,53 40,42 57,41 82,924 n [0] Vẽ đồ thị theo t ta đợc đồ thị hình 3.21, ®ã øng víi δ cat = 63,320 ta ®−ỵc t cat = 0,115s 80 70 60 50 40 0,115 30 0,05 0,10 0,15 0,20 t(s) Hình 3.21 Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 3: ổn định động Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn - 65 - 3.3 ổn định động HTĐ Gồm nmđ lm việc song song 3.3.1 Các đờng đặc tính công suất Trên hình 3.22 MP1 MBA1 ĐD MBA2 MP2 sơ đồ HTĐ gồm hai nhà máy điện làm Hình 3-22 song song Spt Để xây dựng đờng đặc tính, phụ tải đợc thay tổng trở cố định giống nh trình bày phần 2.1 chơng Tổng trở thứ tự không phụ tải phụ tải sau MBA hạ áp Còn tổng trở nghịch phụ tải ( Z zpt ) lấy 0,35 đến 0,4 lần tổng trở thay phụ tải Sức điện động điện kháng thay MPĐ điện kháng độ X' d sức điện động độ E' Đờng đặc tính công suất nhà máy điện có d¹ng: P1 = E 12 EE sin α 11 + sin (δ12 − α 12 ) Z11 Z12 E2 EE P2 = sin α 22 − sin (δ12 + α12 ) Z11 Z12 (3.11) Tuú thuộc vào chế độ làm việc trớc ngắn mạch, ngắn mạch hay sau ngắn mạch mà ta tính đợc Z11 , Z 22 , Z12 khác lập đờng đặc tính công suất ngắn mạch P1III, P2III đờng đặc tính sau loại trừ ngắn mạch Trên hình 3.23 đờng đặc tính công suất hệ thống Chế độ ban đầu đợc tính cách cho trớc kiện tối thiểu chế độ, là: Cho biết điện áp nút nh P1I P nút tải công suất nguồn cấp P1III nó, điện áp cực MBA tăng áp P1II nhà máy điện công suất phát nhà máy điện P2II 3.3.2 Quá trình độ tiêu chuẩn ổn định Ta theo dõi biến đổi công suất xảy ngắn mạch đột ngột lộ đờng dây tải điện phía nhà máy hình 3.24 Bộ môn: hệ thống Điện P2III P2I Hình 3.23 12 Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 3: ổn ®Þnh ®éng cđa HƯ thèng ®iƯn http://www.ebook.edu.vn - 66 - chế độ làm việc bình thờng nhà máy phát công suất P10 nhà P a P1I P'10 b P1II P'20 b' P20 a' P10 δ120 m¸y phát công suất P20 Khi ngắn mạch đầu đờng dây phía nhà máy điện công suất nhà máy phát vào phụ tải giảm đột ngột từ P10 xuống P2II P'10 Để bù vào thiếu hụt công P2I suất nhà máy tăng đột ngột từ P20 lên P' 20 Nh vậy, công 12 suất turbine cha kịp thay đổi nhà máy bị gia tốc nhà máy bị hãm Hình 3.24 tốc Đặc tính phụ thuộc vào vị trí điểm ngắn mạch, ngắn mạch xảy phụ tải hai nhà máy bị gia tốc công suất không truyền vào phụ tải đợc Để xét ổn định động hệ thống ta phải xét dao động đồng thời nhà máy điện, tức xét chuyển động tơng hỗ chúng 18000 ⎧ ΔP1 ⎪α1 = T jl ⎪ Gia tèc tuyÖt đối nhà máy điện là: = 18000f ΔP ⎪ T j2 ⎩ Trõ α1 cho ta đợc gia tốc tơng đối hai nhà máy điện: P P 12 = α1 − α = 18000⎜ − ⎟ ⎜T Tj2 ⎟⎠ ⎝ j1 ®ã: ΔP1 = P1O − P1II ; ΔP2 = P2 O − P2 II Tất nhiên , 12 hàm số góc tơng đối 12 Trên hình 3.25 vẽ quan hệ , 12 12 Ta xét trình độ điện xảy ngắn mạch đồ thị 12 (12 ) Khi bắt đầu xảy ngắn mạch nhà máy điện nhận đợc gia tốc ban đầu 10 , 20 120 (hình 3.25) Gia tốc tơng đối giảm dần giá trị công suất thừa giảm đi, nhng tốc độ góc tơng đối 12 tăng dần, thời điểm ban đầu 120 = Khi công suất thừa triệt tiêu, 12 = 12 = 12 max Sau quán tính, rotor tiếp tục chuyển động tơng nhng chậm dần 12 đổi dấu, 12 triệt tiêu 12 đạt giá trị cực đại Đồng thời 12 đạt giá trị âm lớn Sau 12 bắt đầu giảm xuống, 12 giảm dần, 12 tăng dần theo chiều Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 3: ổn định động Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn - 67 - âm Quá trình tiếp tục nh sau số chu kỳ kết thúc điểm c, ứng với góc 12C 12 = Điểm c điểm cân công suất cđa HT§ α α α12 α120 α10 α1 α 20 δ12 α120 α2 δ12 δ120 α12 Δα12 F1 δ12C δ12 max δ12C' F2 H×nh 3.25b H×nh 3.25a NÕu nh trình dao động mà góc 12 vợt qua ®iĨm c' ( δ12 > δ12 C ' ) gia tốc 12 trở nên dơng 12 tăng lên vô hạn, hệ thống ổn định động Do góc 12 C góc giới hạn ổn định động Ta biết gia tốc tơng đối 12 đạo hàm tốc độ tơng đối 12 ( 12 lại đạo hàm cđa δ12 ): α12 = v× dΔω12 dΔω12 dδ12 dΔω12 = = Δω12 dt dδ12 dt dδ12 (3.20) dδ12 = Δω12 tõ (3.20) ta cã: α 12 dδ12 = 12 d12 dt (3.21) Lấy tích phân vế trái (3.21) từ 120 đến 12 lấy tích phân vế phải từ 2 120 12 120 đến 12 ta đợc: 12 d12 = Δω12 dΔω12 = 2 δ120 Δω120 δ12 Δω120 = 0, 12 12 đại lợng tỷ lệ với động hệ, động làm cho 12 tăng lên hay giảm xuống (3.22) 12 12 Fgt 120 12 Khi 12 tăng lên từ 120 đến 12C 12 có giá trị dơng nên 120 12cat 12C' hệ đợc gia tốc, 12 biến 12 Fht Hình 3.26 đổi từ 12C đến 12 max , 12 < nên hệ bị hãm tốc Động hệ thống đạt đợc giai đoạn tăng tốc phải 12 C 12 max 120 120 C động hệ giai đoạn hãm tèc Ta cã: ∫ α12 dδ12 = ∫ α12 dδ12 Bộ môn: hệ thống Điện (3.23) Bài giảng ổn định hệ thống điện 12 Chơng 3: ổn định động Hệ thống điện http://www.ebook.edu.vn - 68 - tích phân theo (3.22) tỷ lệ với động hệ Các tích phân (3.23) diện tích F1 F2 hình 3.24 F1 điện tích gia tốc, có giá trị dơng, F2 diện tích hãm tốc có giá trị âm Từ điều kiện (3.23) ta tính đợc 12 max δ12 C′ DiƯn tÝch h·m tèc lín nhÊt cã thĨ lµ: Fht max = FCC' = ∫ α12dδ12 δ12 C Điều kiện HTĐ ổn định là: Fgt < Fht max (3.24) Khi Fhtmax nhỏ diện tích hãm tốc cần phải tăng cờng tạo cách cắt nhanh đờng dây bị ngắn mạch Sau loại trừ ngắn mạch, HTĐ làm việc với đờng đặc tính công suất P1III P2III ứng với đờng ta tính đợc đờng đặc tính gia tốc tơng đối '12 (hình 3.26) Theo đờng diện tích hãm tốc đợc tăng lên ®¸ng kĨ ⎧ ⎛P −P sin δ12 P20 − P2 I Im ax sin δ12 ⎞⎟ − ⎪α12 = 18000⎜⎜ 10 1I Im ax ⎟ T Tj2 j1 ⎪ ⎝ ⎠ Ta cã: ⎨ (3.25) ⎛ P10 − P1II Im ax sin δ12 P20 − P2 II Im ax sin δ12 ⎞ ⎪ ⎜ ⎟ − ⎪α'12 = 18000⎜ ⎟ T T j j ⎝ ⎠ ⎩ Còng nh HTĐ đơn giản phải tính góc cắt lớn 12cat bao nhiêu, sau ®ã tÝnh thêi gian c¾t chËm nhÊt tc¾t ®Ĩ chØnh định thiết bị bảo vệ 3.3.3 Tính góc gắt 12 cắt tcắt a Tính góc cắt 12 cắt Góc cắt 12 cắt đợc tính phơng pháp cân b»ng diƯn tÝch gia tèc vµ h·m tèc, δ12 c ¾ t δ12 C ′ δ120 δ120 c ¾ t ta cã: ∫ α12 dδ12 + ∫ α12 dδ12 = Từ ta tính đợc 12 cắt Trong tính toán thiết kế tốt nghiệp hay tập dài, góc cắt đợc tính cách dò đồ thị, tính 12 '12 theo (2.35), cho 12 tăng dần từ 0 đến đạt đợc đồ thị nh hình 3.26, bớc tăng khoảng 50 đến 100 Trên xê dịch góc 12cat ®iƯn tÝch h·m tèc b»ng ®iƯn tÝch gia tèc th× dừng b Tính tcắt phơng pháp phân đoạn liên tiếp Phân đoạn 1: t1= t Nh mục ổn định HTĐ đơn giản tính, cuối phân ®o¹n gia sè gãc ΔP10 ⎧ Δt ΔP10 ⎪Δδ1(1) = K = 18000 T j1 tuyệt đối MPĐ là: ⎪Δδ = K ΔP20 = 18000 Δt ΔP20 ⎪ (1) Tj2 ⎩ Gia tèc gãc tơng đối 12(1) = 1(1) 2(1) Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 3: ổn định động Hệ thống điện 12 (1) Δt = 18000 - 69 - ⎛ ΔP10 ΔP20 ⎞ Δt ⎟ ⎜ = α 120 − ⎜ T Tj2 ⎟⎠ ⎝ j1 ⎛ ΔP10 V×: α120 = 18000⎜⎜ http://www.ebook.edu.vn ⎝ Tj1 − ΔP20 Tj2 ⎞ Nên cuối phân đoạn, góc 12(1) có giá trị: 12(1) = 120 + 12 (1) Phân ®o¹n 2: t = 2Δt Δδ12 ( ) = Δδ12(1) + α12(1) Δt δ12( ) = 12(1) + 12( ) Trong 12(1) đợc xác định đồ thị ứng với 12(1) giải tích theo công thức (3.25) Trong góc tơng đối lấy 12(1) Phân đoạn n: tn = nΔt ⎧⎪Δδ12 ( n ) = Δδ12 ( n −1) + α12 ( n −1) Δt Gia sè góc tơng đối phân đoạn n là: ⎪⎩δ12 ( ) = δ12 ( n −1) + 12 ( n ) Nếu biết góc cắt tính theo đặc tính công suất ngắn mạch P1II P2 II , tính góc tính lớn góc cắt dừng vẽ đồ thị quan hệ 12 ( t ) , ứng với cắt ta có tcắt Nếu góc cắt, ví dụ tính máy tính, tính hàm 12 ( t ) tính đến phân đoạn xảy cắt ngắn mạch 12 phải lấy giá trị trung bình 12 tb = 12 +'12 12 ứng với đặc tính công suất ngắn m¹ch ( P1II , P2 II ) α'12 øng víi đặc tính công suất sau cắt ngắn mạch ( P1III , P2 III ) t cat đợc chọn dần ®óng cho ®Õn ®å thÞ α12 ( t ) tiÕn tíi δ120 t tiÕn tíi ∞ Bé m«n: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện Chơng 4: biện phấp nâng cao ổn định http://www.ebook.edu.vn - 70 - Chơng Các biện pháp nâng cao ổn định Việc đảm bảo cho HTĐ đợc ổn định điều kiện có tầm quan trọng đặc biệt nhằm đảm bảo việc cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ Trong thực tế nhiều thân HTĐ với thiết bị không đủ để đảm bảo ổn định, không đủ độ dự trữ ổn định cần thiết, ngời ta phải dùng biện pháp nhằm tăng cờng ổn định HTĐ Các biện pháp nâng cao ổn định chia làm hai loại: Cải thiện phần tử HTĐ Thêm vào hệ thống phân tử phụ nhằm nâng cao khả ổn định hệ thống 4.1 Cải thiện đặc tính phần tử HTĐ 4.1.1 Máy phát điện a Cải tạo tham số MPĐ chơng 2, mục 2.2 nói ảnh hởng điện kháng MPĐ Xd đến ổn định tĩnh HTĐ Ta thấy trờng hợp TĐK, giảm Xd tăng đợc dự trữ ổn định tĩnh Đối với ổn định động việc giảm Xd có tác dụng tốt (hình 4.1) Ngoài việc tăng số quán tính Tj có lợi ổn định động chỗ cho t cat kéo dài với t cat không đổi công suất truyền tải cao (hình 4.2) Tuy nhiên muốn tăng Tj , P0 P0 X'd1