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 phả[r]
(1)Tài liệu giảng dạy Môn Ổn định hệ thống điện
MỤC LỤC
Nội dung Trang
Chương 1: TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG4
Bài 1: Trình bày khái niệm chung ổn định hệ thống
1.Khái niệm hệ thống điện
2.Khái niệm ổn định động ổn định tĩnh
3.Cân lượng điện máy phát điện đồng 14
Bài 2: Khảo sát mô hình tốn chế độ ổn định 16
1.Mơ hình máy phát điện 16
2.Mơ hình máy biến áp đường dây 23
3.Các mơ hình hệ thống điện khảo sát ổn định 26
4.Mơ hình tải 28
Chương 2: PHÂN TÍCH Q TRÌNH ỔN ĐỊNH TĨNH VÀ ỔN ĐỊNH ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 35
Bài 1: Phân tích q trình ổn định tĩnh hệ thống điện 35
1.Tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh 35
2 Phương pháp dao động bé 36
3.Ảnh hưởng thiết bị điều chỉnh AVR 41
4.Khảo sát ổn định hệ nhiều máy 43
Bài 2: Phân tích trình ổn định động hệ thống điện 66
1.Các tiêu chuẩn ổn định động 66
2.Phương pháp diện tích phân tích số 66
3.Ổn định động hệ thống điện 71
4.Vận hành không đồng tái đồng 89
Chương 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH 91
Bài 1: Phân tích ổn định điện áp 91
1 Khái niệm chung 91
2 Đặc tính phần tử lưới, quan hệ P-U-Q 92
3 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp 94
4 Sụp đổ điện áp 97
Bài 2: Các biện pháp nâng cao ổn định 102
1 Các biện pháp nâng cao ổn định 102
2 Các biện pháp vận hành 109
(2)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện
CHƯƠNG
TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG VÀ KHẢO SÁT MƠ HÌNH TỐN Ở CHẾ ĐỘ ỔN ĐỊNH
BÀI
TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG
1 Khái niệm hệ thống điện 1.1 Hệ thống điện (HTĐ)
HTĐ tập hợp phần tử tham gia vào trình sản xuất, truyền tải tiêu thụ lượng Các phần tử HTĐ chia thành hai nhóm:
- Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối sử dụng điện máy phát (MF), đường dây tải điện thiết bị dùng điện
- Các phần tử điều chỉnh làm nhiệm vụ điều chỉnh biến đổi trạng thái HTĐ điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, bảo vệ rơle, máy cắt điện
Mỗi phần tử HTĐ đặc trưng thông số, thông số xác định lượng tính chất vật lý phần tử, sơ đồ liên lạc chúng nhiều giản ước tính tốn khác Ví dụ: Tổng trở, tổng dẫn đường dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại phận tự động điều chỉnh kích thích Các thông số phần tử gọi thông số hệ thống điện
Nhiều thông số HTĐ đại lượng phi tuyến, giá trị chúng phụ thuộc dịng cơng suất, tần số X, Y, độ từ hoá phần lớn tốn thực tế có coi số ta có hệ thống tuyến tính Nếu tính đến biến đổi thơng số ta có hệ thống phi tuyến, dạng phi tuyến HTĐ, dạng phi tuyến nà phải xét đến số trường hợp phải tính đến độ bão hồ MF, MBA toán ổn định
1.2 Chế độ hệ thống điện
Tập hợp trình xảy HTĐ xác định trạng thái làm việc HTĐ thời điểm hay khoảng thời gian gọi chế độ HTĐ
Các q trình nói đặc trưng thông số U, I, P, Q, f, điểm HTĐ Ta gọi chúng thông số chế độ, thông khác với thơng số hệ thống chỗ tồn HTĐ làm việc Các thông số chế độ xác định hoàn toàn trạng thái làm việc HTĐ
Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: - Trình bày khái niệm hệ thống điện
(3)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện Các thông số chế độ quan hệ với thông qua thông số HTĐ, nhiều mối quan 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 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 thông số số
Trong thực tế khơng tồn chế độ mà thơng 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 chia thành:
+ CĐXL lập bình thường chế độ vận hành bình thường HTĐ + CĐXL sau cố xảy sau loại trừ cố
+ Chế độ cố xác lập chế độ cố trì sau thời gian q độ ví dụ chế độ ngắn mạch trì
- Chế độ độ chế độ mà thông số biến đổi nhiều Chế độ độ gồm có
+ Chế độ q độ bình thường bước chuyển từ CĐXL bình thường sang CĐXL bình thường khác
+ Chế độ độ cố xảy sau cố
1.3 Yêu cầu chế độ hệ thống điện
a CĐXL bình thường, yêu cầu là:
- Đảm bảo chất lượng điện năng: điện cung cấp cho phụ tải phải có chất lượng đảm bảo, tức giá trị thông số chất lượng (điện áp tần số) phải nằm hạn quy định tiêu chuẩn
- Đảm bảo độ tin cậy: phụ tải cung cấp điện (CCĐ) liên tục với chất lượng đảm bảo Mức độ liên tục phải đáp ứng yêu cầu hộ dùng điện điều kiện HTĐ
- Có hiệu kinh tế cao: chế độ thoả mãn độ tin cậy đảm bảo chất lượng điện thực với chi phí sản xuất điện, truyền tải phân phối điện nhỏ
- Đảm bảo an toàn điện: phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện thiết bị phân phối điện
b CĐXL sau cố, yêu cầu là:
Các yêu cầu mục a giảm cho phép kéo dài thời gian ngắn, sau phải có biện pháp thay đổi thơng số chế độ thay đổi sơ đồ hệ thống để đưa chế độ để CĐXL bình thường
c Chế độ độ (CĐQĐ), yêu cầu là:
- Chấm dứt cách nhanh chóng CĐXL bình thường hay CĐXL sau cố
(4)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện - Các yêu cầu HTĐ xét đến thiết kế bảo đảm cách điều chỉnh thường xuyên trình vận hành HTĐ
2 Khái niệm ổn định động ổn định tĩnh 2.1 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
P P P
PF pt (1.1) Q
Q Q
QF pt (1.2) Giữa CSTD CSPK có mối quan hệ:
2 2
Q P
S (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 tốn vận hành HTĐ cách gần xem biến đổi CSTD CSPK tuân theo quy luật riêng biệt ảnh hưởng đến Đó :
- Sự biến đổi CSTD có ảnh hưởng đến tần số HTĐ, ảnh hưởng đến điện áp không đáng kể Như tần số xem tiêu để đánh giá cân CSTD
- Sự biến đổi CSPK ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp HTĐ Như xem điện áp tiêu để đánh giá cân CSPK
Trong vận hành HTĐ điều kiện cân công suất (1.1) (1.2) đảm bảo cách tự Các thông số chế độ giữ giá trị cho điều kiện cân công suất thoả mãn
Ví dụ, xuất phát từ vị trí cân ta tăng CSTD nguồn lên tần số sẽ tăng lên làm cho công suất tiêu thụ phụ tải tăng lên theo cân với cơng suất nguồn Hay đóng thêm phụ tải CSPK điện áp tồn hệ thống giảm làm cho phụ tải phản kháng khác giảm đạt lại cân CSPK Tất nhiên điều chỉnh thực phạm vi cho phép
Các điều kiện cân công suất (1.1) (1.2) (1.3) sở xuất phát để tính tốn chế độ HTĐ Từ điều kiện ta tính thơng 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 sau:
- Công suất tác dụng cân tần số hệ thống tần số đồng (50 hay 60 Hz) nằm giới hạn cho phép: fcpmin f fcpmax
- Công suất phản kháng cân điện áp nút HTĐ nằm giới hạn cho phép: Ucpmin U Ucpmax
(5)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện Sự cân CSTD có tính chất tồn hệ thống Vì tất điểm hệ thống tần số ln có giá trị chung Việc đảm bảo tần số dễ thực hiện, cần điều chỉnh công suất nhà máy
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
Trong HTĐ, máy phát điện phần tử định làm việc tồn hệ thống, cân CSTD trục roto MF đóng vai trị 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 (1.4) Như nói, cân CSTD có tính chất tồn 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 cơng suất điện lưới PPT công suất PC máy công cụ:
PC = PPT (1.5)
2.2 Định nghĩa ổn định hệ thống điện
Điều kiện cân công suất không đủ cho CĐXL tồn thực tế Vì chế độ thực tế ln bị kích động từ bên Một chế độ thoả mãn điều kiện cân công suất muốn tồn thực tế phải chịu đựng kích động mà điều kiện cân công suất không bị phá hủy
Các kích động chế độ HTĐ chia làm loại: kích động nhỏ kích động lớn
- 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 tương ứng bị dao động CĐXL muốn trì phải chịu kích động nhỏ này, có nghĩa cân cơng suất phải giữ vững trước kích động nhỏ, nói cân cơng suất phải khơi phục sau kích động nhỏ, trường 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
Như ổn định tĩnh điều kiện đủ để CĐXL tồn thực tế Ổn định động
(6)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện ngột, CĐXL tương ứng bị dao động mạnh Khả HTĐ chịu kích động mà CĐXL không bị phá hoại gọi khả ổn định động HTĐ
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
Như ổn định động điều kiện chế độ HTĐ tồn lâu dài b.Ổn định tổng quát
Khi chế độ HTĐ chịu kích động nhỏ lớn, HTĐ ổn định tĩnh động cân CSTD ban đầu khôi phục lại, chế độ làm việc giữ vững Trong trình dao động tần số bị lệch khỏi giá trị định mức song độ lệch nhỏ tần số xem không thay đổi Vì đặc trưng trình dao động rotor MF chưa ổn định tốc độ góc chúng giữ giá trị đồng
f 2.3,14.50 314rad/s
0
chế độ chế độ đồng
Nếu hệ thống ổn định cân bị phá huỷ, tốc độ góc rotor bị lệch khỏi giá trị định mức với giá trị lớn, hệ thống xuất hệ số trượt s
S=
0
(1.6) Trong đó: + Tốc độ tức thời MF
+0 Là 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 lưới ngừng làm việc
- Chế độ đồng lại khơi 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
Ở nút phụ tải, kích động nhỏ làm cho điện áp biến đổi Sự biến đổi điện làm cho cân CSTD CSPK bị phá hoại dẫn đến ổn định phụ tải, động không đồng ngừng làm việc Khả HTĐ chịu 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 HTD khôi phục lại điện áp ban đầu hay gần ban đầu bị kích động nhỏ nút phụ tải
2.3 Các dạng ổn định
Có dạng ổn định: - Mất ổn định tiệm cận
(7)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện + Tự kích thích
a Mất ổn định tiệm cận
Khi công suất phát nhà máy điện lên hệ thống qua đường dây dài vượt giới hạn ổn định tĩnh thực Pgh hay góc gh (góc vector sức điện động máy phát với điện áp góp hệ thống điện) hệ thống điện ổn định tĩnh góc tăng lên Hệ thống điện rơi vào chế độ không đồng bộ, thông số chế độ biến đổi mạnh vượt phạm vi cho phép, MF bị cắt khỏi lưới vận hành làm cho hệ thống điện tan rã
Để đối phó với dạng ổn định phải thiết kế hệ thống có Pgh cao cơng suất cần phát nhà máy điện
b Mất ổn định dao động, có dạng:
- Tự dao động tăng dần: Ngun nhân xảy khơng chỉnh định hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK), góc vừa dao động vừa tăng lên Để hạn chế tự dao động tăng dần phải điều chỉnh TĐK loại tỷ lệ Khi đường dây dài tải cơng suất lớn nên dùng TĐK loại mạnh có khả hạn chế nguy dao động tăng dần so với loại TĐK tỷ lệ
- Tự kích tượng dịng điện kích từ dịng điện máy phát tự tăng lên kéo theo biến đổi điện áp máy phát Tự kích hay xảy trường hợp máy phát làm việc với đường dây dài không tải Điện dung đường dây (do điện dung lớn điện kháng nên đường dây thể với máy phát tụ điện) tạo với điện kháng, điện trở máy phát mạch dao động R, L, C có tần số riêng Trong điều kiện định, lượng roto truyền sang làm cho mạch dao động, tần số riêng gần tần số máy phát gây cộng hưởng làm cho dòng điện điện áp máy phát tăng lên Để tránh tượng thiết kế đường dây dài phải ý chọn hiệu chỉnh thơng số đường dây
Nói chung sau thiết kế chỉnh định hệ thống với đường dây dài, tượng dao động tăng dần tự kích xem loại trừ Trong vận hành cịn phải đối phó với ổn định tiệm cận mà công suất phát biến đổi mạnh
Mục tiêu khảo sát ổn định
Như trình trên, CĐXL muốn tồn thực tế tức thực vận hành cần phải có điều kiện:
- Có cân công suất theo (1.1) (1.2)
- Chế độ có ổn định, trước hết ổn định tĩnh ổn định phụ tải kích động nhỏ xảy thường xuyên
Việc đảm bảo ổn định động ổn định tổng quát đảm bảo cho chế độ làm việc lâu dài Trong thiết kế vận hành hệ thống điện, chế độ thỏa mãn yêu cầu chất lượng điện năng, độ tin cậy, kinh tế, ổn định tĩnh phải đảm bảo vô điều kiện, ổn định động ổn định tổng quát đảm bảo điều kiện định
(8)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện 10 Xét khả ổn định chế độ vận hành xảy hệ thống điện thiết kế quy hoạch vận hành Nếu khả khơng đủ u cầu phải thực biện pháp tăng cường cho hệ thống khơng bị ổn định rơi vào chế độ
Khả ổn định chế độ biểu diễn độ dự trữ ổn định, dây đại lượng phản ánh so sánh chế độ xét ổn định chế độ giới hạn ổn định, tức chế độ trước hết phải tính chế độ giới hạn hệ thống điện chế độ giới hạn đặc trưng thông số giới hạn Pgh, Qgh, Ugh, gh,…
Độ dự trữ ổn định hệ thống điện độ dự trữ chế độ có độ dự trữ bé tất chế độ xảy hệ thống điện
Phương pháp khảo sát ổn định
Khi xảy kích động kích động tác động lên rotor MF gây cân cơng suất Sự cân tạo trình độ Cơ - Điện MF Nếu trình tắt dần có nghĩa cân công suất khôi phục chế độ ổn định, trường hợp cịn lại q trình khơng tắt dần không cân công suất ngày tăng, 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 hệ thống điện
Quá trình độ điện diễn phương trình chuyển động tương đối rotor MF, xét ổn định xét phương trình chuyển động MF hệ thống xảy kích động
Giả sử MF việc với CĐXL với thông số P0,Q0, U0,0,…thì xảy kích động, kích động gây cân công suất P trục rotor
P
= PT0 – P = P0 – P (1.7) Trong đó:
- PT0 công suất ban đầu tuabin
- PT0 – P = P suất điện máy phát sau xảy kích động
Cơng suất P gọi cơng suất thừa, tác động lên rotor gây cho gia tốc:
j T
P dt
d
22
(1.8) Trong đó:
- Tj số quán tính
(9)Tài liệu giảng dạy mơn Ổn định hệ thống điện 11
Hình 1.1: Góc quay tương ứng roto máy phát điện
Ta phải nhớ trước bị kích động roto quay với vận tốc đồng 0, cơng suất thừa P=0 Theo (hình 1.1), rotor quay tốc độ với trục tính tốn góc số, gia tốc chưa có kích động khơng
Sau bị kích động, suất cơng suất thừa P nên tốc độ góc rotor khác với tốc độ đồng 0 xuất tốc độ quay tương đối rotor với trục tính tốn quay đồng
dt d
0 (1.9) Lúc tất nhiên sẽ khác
Bây thay (1.7) vào (1.8) ta phương trình chuyển động tương đối rotor máy phát:
P P dt
d
Tj 2
(1.10) Vậy dẫn xuất xác phương trình trình bày phần sau
Trong (1.10) kích động hệ thống thể cơng suất thừa P Đây phương trình vi phân phi tuyến
(10)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện 12
Hình 1.2: Đặc tính góc quay rotor
Ngược lại hệ thống ổn định góc (t) tăng vơ hạn (hình 1.2, đường b) thông số khác biến đổi không ngừng, hệ thống rơi vào chế độ không đồng
Như góc , biến thiên theo thời gian biểu trực tiếp ổn định hay không ổn định hệ thống điện
Rõ ràng để giải phương trình (1.10) ta cần phải tìm quan hệ cơng suất điện P theo góc quay tương đối MF:
P = f ( ) (1.11) Quan hệ (1.11) gọi đường đặc tính cơng suất cửa MF HTĐ
Trong trường hợp hệ thống có nhiều máy phát góc quay nhiều đường đặc tính cơng suất, phương trình chuyển động có dạng phức tạp
Ngồi phương trình chuyển động máy phát cịn phải kể đến phương trình vi phân khác có liên quan đến q trình q độ Cơ - Điện, phương trình tạo nên hệ phương trình vi phân phức tạp mơ tả q trình độ Cơ - Điện xảy HTĐ bị kích động
Việc giải phương trình đẻ xét ổn định HTĐ chia làm hai trường hợp ổn định tĩnh ổn định động
a.Phương pháp khảo sát ổn định tĩnh
Với kích động nhỏ thay đổi P nhỏ nên (1.10) tuyến tính hóa thành phương trình vi phân tuyến tính, phương trình khảo sát cách dễ dàng
Phương trình tuyến tính hóa gọi phương trình dao động bé phương trình vi phân tuyến tính sở dao động cơng suất góc quay kích động bé gây nhỏ
Từ phương pháp dao động bé tiêu chuẩn toán học tiêu chuẩn thực dụng áp dụng xây dựng để xét ổn định tĩnh hệ thống
b Phương pháp khảo sát ổn định động
Trong trường hợp ác kích động lớn khơng thể tuyến tính hóa hệ phương trình vi phân mà phải để nguyên dạng phi tuyến sử dụng phương pháp diện tích phân đoạn liên tiếp để xét ổn định
(11)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện 13 - Xây dụng hệ phương trình vi phân chuyển động (1.10) tùy theo toán ổn định tĩnh hay động mà sử dụng phương pháp riêng để xét
- Sau khảo sát rút chế độ giới hạn, đem chế độ vận hành so sánh với để kết luận khả ổn định, tính tốn biện pháp đảm bảo tăng cường khả ổn định, tính tốn chỉnh định thơng số thiết bị điều chỉnh,…
Đối với ổn định tổng hợp phương pháp khảo sát nói đến sau
- Hệ đơn vị tương đối
Để thuận lợi cho việc tính tốn, tất thống số hệ thống chế độ quy đổi đơn vị tương đối nghĩa chúng đượng biểu diễn dạng tỷ số giá trị tuyệt đối chúng với giá trị chọn làm sở Nên nhớ hệ đơn vị tương đối đại lượng sở: dòng điện , công suất , điện áp , tổng trở , chúng có mối liên hệ:
cs cs cs cs cs cs S U Z I U S ; (1.12) Ta chọn tùy ý đại lượng sở, đại lượng cịn lại tính theo (1.12)
Các thông số chế độ HTĐ quy đổi hệ đơn vị tương đối tính sau:
cs t q
S S S ,
cs t q
U U U ,
cs t q
I I I ,
cs t q
Z Z
Z (1.13) Các đại lượng có số q hệ đơn vị tương đối, đại lượng có số t hệ đơn vị có tên giá trị thực
Nếu HTĐ có nhiều cấp điện áp ngồi việc tính quy đổi hệ đơn vị tương đối cịn phải tính chuyển vị thông số cấp điện áp chọn làm sở tính tốn:
n
cs t
cs k k k
S U
U 1 2
n cs t cs k k k I I I (1.14) Ký hiệu c đại lượng tính chuyển vị, hệ số biến áp MBA nằm giữ mạch có giá trị cần chuyển vị mạch có giá trị điện áp chọn làm sở
K =
Đối với cơng suất khơng phải nhân với hệ số biến áp
Từ sau khơng cần phải phân biệt đại lượng có tên tương đối chuyển vị khơng cần thiết ký hiệu q c
Trong tính tốn ổn định hệ đơn vị tương đối mở rộng cho thời gian tóc độ góc:
- Đối với thời gian: giá trị sở chọn thời cho rotor quay với tốc độ đồng quay góc (rad) Từ
(12)Tài liệu giảng dạy mơn Ổn định hệ thống điện 14
và = ; , (rad) (1.16)
trong hệ đơn vị tương đối thời gian gọi radian
- Đối với tốc độ góc : giá trị sở chọn tốc độ đồng đó:
314 0 f t cs t (1.17) Khi = =
3 Cân lượng điện máy phát đồng
Trong tính tốn ổn định tĩnh động , coi = bỏ qua trình độ điện từ có phương trình chuyển động học tương đối máy phát đồng hệ đơn vị có tên sau :
M dt
d
j 2h
0
(1.18) Trong : M= moment thừa trục rotor, xuất máy phát bị kích thích động cân bị phá hoại, [kg.m]; = moment tuabin; = moment điện
góc quay tương đối hình học [rad] (góc quay thực rotor) Góc xác định vị trí tức thời trục rotor với trục quay với tóc độ đồng gọi trục tính tốn (hình 1.1) mà phương trình (1.18) gọi phương trình chuyển động tương đối
- h
h dt d
2
gia tốc tương đối rotor, moment quán tính [kg ] Nhân vào hai vế (1.18) với ta 2 02
2 0
2
2
M dt d
j h
Hay là: 2 20 M dt d T h j (1.19) Trong đó:
- tóc độ góc học đồng có cấu tạo tùy theo cấu tạo máy phát - 2
2 dt d T h j
là hai phần động roto gọi số quán tính rotor, có thứ ngun [N.m], [J], [kg / ] hay [Ws](1Nm=1J=1Ws= kg / )
Phương trình (1.19) khơng tiện cho việc khảo sát ổn định có hai đại lượng điện để tính tốn ổn định tốt đưa (1.19) phương trình với đại lượng điện, góc điện tóc độ điện để làm phải sử dụng biểu thức sau đây:
0 0 ; ;
M P
mp p
h
(1.20) số đôi cực rotor
(13)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện 15
2
dt d
T h
j
= [kWs,rad,s,kW,rad/s] (1.21a)
Trong tính tốn thực tế áp dụng nhiều dạng khác phương trình chuyển động tương đối sau:
Nếu muốn tính góc độ thay vào (1.21a) [rad] = [độ] = /360:
2
dt d
T h
j
= ) =[kWs,độ,s,kW,rad/s] (1.21b)
Nếu muốn tính hệ đơn vị tương đối thay [kW]= ĐVTĐ]. ,[kVA], [kWs] = [s] [kVA] vào (1.21b):
0
2
/ 360
/
360 P f
P dt
d
Tj
[s, độ, ĐVTĐ, rad/s] (1.21c)
= , cho = 50 Hz = 2
dt d
Tj = 1800 [s, độ, s, ĐVTĐ] (1.21d) Các phương trình (1.21) dùng để tính ổn định động hệ thống điện, tính tay dùng cơng thức (1.21d)
Câu hỏi (bài tập) củng cố:
1 Ổn định hệ thống điện gì?
2 Các dạng ổn định hệ thống điện gì? Hãy trình bày phương pháp khảo sát ổn định?
(14)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện 16 BÀI 2
KHẢO SÁT MƠ HÌNH TỐN Ở CHẾ ĐỘ ỔN ĐỊNH
1 Mơ hình máy phát điện
Đường đặc tính cơng suất quan hệ CSTD P CSPK Q với góc quay tương đối roto MPĐ δi : i = 1… m
P = f1(δ1, δ2, δm); Q = f2(δ1, δ2, , δm) (1.22) Các đường đặc tính cơng suất cần thiết để giải hệ phương trình vi phân chuyển động HTĐ xét ổn định
Đặc tính cơng suất HTĐ đơn giản khơng kể đến R, C, G lưới điện
Hệ thống điện đơn giản HTĐ gồm có MPĐ nối qua đường dây tải điện đến nhận điện có điện áp U = hs có tốc độ góc 0 = hs (hình 2.1)
Hình 1.3: Sơ đồ thay hệ thống điện
Sơ đồ thay HTĐ cịn tồn điện kháng (hình 1.3) Trong sơ đồ thay sức điện động Eq sức điện động từ thơng kích từ sinh rotor cịn có E' sức điện động giả tưởng đặt sau điện kháng độ '
d X
Vì có hai loại máy phát đồng bộ, máy cực ẩn máy cực lồi đường đặt tính cơng suất phải xét riêng:
1.1 Máy phát cực ẩn
Đặt trưng máy đồng cực ẩn điện kháng dọc trục ngang trục Xd = Xq Đối với loại máy vẽ sơ đồ vector điện áp pha (hình 1.4)
Công suất P từ máy phát truyền vào hệ thống tính theo biểu thức sau:
Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: - Trình bày đặc tính hệ thống điện - Thiết lập mơ hình hệ thống điện
(15)Tài liệu giảng dạy môn Ổn định hệ thống điện 17 P 3UIcos (1.23)
Đồng thời theo đồ thị vector ta có :
cos sin sin sin ' ' ' I I U X I E X I E X I a h F ht a q d a q d a (1.24)
Trong đó: Eq,Eq' , UF điện áp dây
Thay Icosφ theo (1.24) vào (1.23) ta quan hệ công suất P theo góc δ, δ’, δh suất điện động suất điện động Eq, E’, UF điện kháng tương ứng:
sin d q EQ X U E
P (1.25)
' ' ' sin ' d E X U E
P (1.26)
h ht F UF X U E
P sin (1.27) Cần phải chứng minh quan hệ (1.25), (1.26), (1.27) đường đặc tính cơng suất, điều có nghĩa cần chứng minh góc δ, δ’, δh góc quay tương đối rotor Trước hết xét biểu thức (1.25) Eq sức điện động phụ thuộc vào dịng điện kích thích chạy cuộn dây rotor, Eq vector sức điện động gắn liền với rotor (hình 1.5)
(16)Tài liệu giảng dạy Môn Ổn định hệ thống điện 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỂ BIÊN SOẠN NỘI DUNG MÔN HỌC:
[1]. Trần Bách, “Ổn định hệ thống điện”, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2001
[2]. Lã Văn Út, “Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000
[3]. Nguyễn Hồng Việt, Phan Thị Thanh Bình “Ngắn mạch ổn định hệ thống điện”, NXB Đại học Quốc gia HCM, 2003
[4]. Prahabra Kundur, “Power system Stability and control”, McGraw Hill, 1994 [5]. Trần Bách , “Lưới điện hệ thống điện tập 3”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 [6]. Carson W Taylor, “Power system Voltage stability”, McGraw Hill, 1994
TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỀ NGHỊ CHO HỌC VIÊN:
[8] Hồ Văn Hiến, “Hệ thống điện truyền tải phân phối”, NXB Đại học Quốc gia HCM, 2005