Bài giảng ổn định hệ thống điện

LỜI NÓI ĐẦU Điện ảnh hưởng trực tiếp thúc đẩy phát triển đến tất ngành kinh tế đời sống sinh hoạt người dân Vì điện ln trước bước để đảm bảo chắn cho phát triển quốc gia Giáo trình lần mắt bạn đọc nên tránh khỏi sai sót, Nhóm biên soạn chúng tơi mong nhận đóng góp ý kiến bạn đọc, em sinh viên đồng nghiệp để giáo trình hồn thiện Hưng Yên, ngày 01 tháng 10 năm 2016   1  MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU  . 1 MỤC LỤC  . 2 MỞ ĐẦU  . 5 II. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ   6 III. Các nguyên nhân của sự cố tan rã hệ thống điện   7 V. Cơ chế xảy ra sự tan rã hệ thống điện   18 Chương 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN  20 1.1. ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN   20 1.1.1. Chế độ của Hệ thống điện   20 1.1.2. Định nghĩa ổn định HTĐ   22 1.1.3. Mục tiêu khảo sát ổn định   27 1.1.4. Phương pháp khảo sát ổn định   28 1.2. HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI VÀ PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG TƯƠNG  ĐỐI CỦA MÁY PHÁT   31 1.2.1. Hệ đơn vị tương đối   31 1.2.2. Phương trình chuyển động tương đối của máy phát đồng bộ  . 32 1.3. TIÊU CHUẨN TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HTĐ   34 1.3.1. Tiêu chuẩn ổn định tĩnh   34 1.3.2. Tiêu chuẩn ổn định động   34 Chương 2ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN   36 2.1. ĐẶC TÍNH CƠNG SUẤT   36 2.1.1. Đặc tính cơng suất của HTĐ đơn giản khơng kể đến R, C, G của lưới điện 36 2.1.2.Đường đặc tính cơng suất của HTĐ đơng giản có kể đến R,C của lưới điện  và phụ tải nhánh rẽ   42 2.1.3. Đặc tính cơng suất của HTĐgồm 2 nhà máy làm việc song song   45 2.2. ĐẶC TÍNH TĨNH CỦA PHỤ TẢI   47 2.2.1. Phụ tải của HTĐ   47 2.2.2.Đường đặc tính tĩnh của các phụ tải thành phần   48 2.2.3. Đường đặc tính tĩnh thực tế của phụ tải tổng hợp   51 2.3. ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN   51 2.3.1. Hệ thống điện đơn giản  . 51 2.3.2. Tiêu chuẩn ổn định của HTĐ đơn giản  . 52 2  2.3.3. Độ dự trữ ổn định   55 2.3.4. Ảnh hưởng của điện kháng của HTĐ đến ổn định tĩnh   56 2.3.5. Ảnh hưởng của thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK) đến ổn định  tĩnh.  . 57 2.3.6. Ví dụ   59 2.4. ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HTĐ GỒM 2 NMĐ LÀM VIỆC SONG SONG   64 2.4.1. Đặc tính cơng suất   64 2.4.2 Tiêu chuẩn ổn định khi thay phụ tải bằng   65 2.4.3. Tiêu chuẩn ổn định khi xét đến đặc tính tĩnh của phụ tải   67 2.4.4.Phương pháp tính tốn ổn định khi xét đến đặc tính tĩnh của phụ tải theo tiêu  chuẩn đơn giản  / >    70 Chương 3ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN  . 73 3.1. CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN   73 3.1.1. Các kích động lớn trong HTĐ   73 3.1.2. Điện kháng và sức điện động của MPĐ  . 73 3.1.3. Sơ đồ thay thế của HTĐ khi ngắn mạch  . 74 3.1.4. Chọn điểm ngắn mạch   75 3.1.5. Giản ước sơ đồ HTĐ   77 3.2. ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN  . 78 3.2.1.Đặc tính cơng suất  . 78 3.2.2.Quá trình quá độ trong MPĐ khi xảy ra ngắn mạch,tiêu chuẩn ổn định động    80 3.2.3. Tính tốn ổn định động  . 82 3.3. ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HTD GỒM 2 NMĐ LÀM VIỆC SONG SONG  . 87 3.3.1. Các đường đặc tính cơng suất  . 87 3.3.2. Quá trình quá độ và tiêu chuẩn ổn định   88 3.3.3. Tính góc cắt  và thời gian cắt tcắt   90 Chương 4 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH   92 4.1. CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH CỦA NHỮNG PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTĐ   92 4.1.1. Máy phát điện  . 92 4.1.2. Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK)   93 4.1.3. Máy cắt điện  95 4.1.4. Đường dây tải điện  96 3  4.2. CÁC BIỆN PHÁP PHỤ   97 4.2.1. Nối đất các điểm trung tính của máy biến thế qua điện kháng hoặc điện trở  tác dụng   97 4.2.2 Ghìm điện   98 4  MỞ ĐẦU I Phân loại dạng ổn định hệ thống điện Ồn định góc rotor: liên quan đến khả năng của các MPĐ đồng bộ trong một  HTĐ liên kết vẫn cịn giữ được sự đồng bộ hóa sau khi trải qua các kích động có thể  xảy ra trong HTĐ. Nó liên quan đến khả năng duy trì/phục hồi sự cân bằng giữa mơ  men điện từ và mơ men cơ khi của mỗi máy phát điện đồng bộ trong HTĐ. Sự mất ổn  định có thể xảy ra khi có sự tăng lên của góc rơ to của một số MPĐ dẫn đến sự mất  đồng  bộ  hóa  so  với  các  MPĐ  khác  trong  HTĐ.  ơn  định  góc  có  thể  được  phân  loại  thành 2 loại: ổn  định  góc với nhiễu loạn nhỏ (small signal stability),  và ổn  định góc  khi quá độ (transient stability):  HỆ THỐNG ĐIỆN Ổn định góc rotor Ổn định nhiễu loạnnhỏ Ngắn hạn Ổn định tần số Ổn định độ Ổn định điện áp Nhiễu loạn nhỏ Ngắn hạn Dài hạn Ngắn hạn Kích động lớn Dài hạn   Hình 1.1 Phân loại ổn định hệ thống điện Ồn định q độ (ổn định động) (transient stability) là khả năng của HTĐ vẫn  cịn duy trì được sự đồng bộ hóa khi trải qua các kích động lớn, ví dụ như ngắn mạch  trên đường truyền tải, mất nguồn hoặc mất tải  Các phản ứng của hệ thống dẫn đến  sự  sai  lệch  lớn  góc  rotor  máy  phát  điện  và  bị  tác  động  bởi  hệ  số  góc  cơng  suất  với  quan hệ phi tuyến. ơn định q độ phụ thuộc vào cả hai trạng thái hoạt động ban đầu  của hệ thống và mức độ nghiêm trọng của nhiễu loạn. Sự bất ổn định thường là ở dạng  khoảng cách góc khơng tuần hồn do mơ-men quay đồng bộ hóa khơng đủ, biểu hiện  là sự mất ổn định dao động đầu tiên. Thơng thường, hệ thống sẽ có sự thay đổi sao cho  vận hành ở trạng thái ổn định sau nhiễu loạn khác với trước khi nhiễu loạn.  5  Hình 1.2 Góc Rotor phản ứng với nhiễu loạn thống qua Hình vẽ minh họa phản ứng góc rotor với một nhiễu loạn thống qua. Trong  trường  hợp  ổn  định,  (trường  hợp  1),  góc  rotor  đạt  đến  giá  trị  tối  đa  và  daođộng  với  biên độ giảm dần cho đến khi nó đạt đến giá trị ổn định. Trong trường hợp 2, tăng dần  cho đến khi góc rotor bị mất đồng bộ. Dạng này đề cập đến sự mất ổn định dao động  đầu tiên. Trong trường hợp 3, góc rotor là ổn định ở hai chu kỳ đầu tiên, nhưng dao  động và trở nên bất ổn định sau hai chu kỳ là kết quảcủacácbiênđộ daođộng ngày càng  tăng như là trạng tháicuối cùng là tiệm cận  II Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định q độ Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ổn định q độ như:  Sự nặng tải của HTĐ, hay cơng suất của MPĐ trong q trình sự cố  Loại sự cố, vị trí sự cố, thời gian loại trừ sự cố  Điện kháng của hệ thống truyền tải sau sự cố  Điện kháng q độ của MPĐ,hằng số qn tính của MPĐ(Hcànglớn thì càng  làm giảm khả năng tăng của góc rơto, giảm diện tích tăng tốc.  Điện áp q độ của MPĐ, điện áp q độ này phụ thuộc vào hệ thống kích từ  Nghiên cứu tính ổn định của q trình q độ cung cấp những thơng tin liên  quan tới khả năng mất đồng bộ của HTĐ trong thời gian bị kích động. Đặc biệt vấn đề  nghiên cứu này cung cấp những thay đổi về điện áp, dịng điện, cơng suất, tốc độ và  mơmen của các máy trong HTĐ cũng như là sự thay đổi về điện áp của hệ thống và  cơng suất trong khoảng thời gian ngay tức khắc theo sau sự kích động. Cơng cụ phân  tích HTĐ xoay chiều được dùng cho việc nghiên cứu tính ổn định của q trình q độ  có được từ đặc trưng vận hành của HTĐ trong suốt thời gian kích động, sự tính tốn  từng bước, mơ tả sự vận hành của các máy được thực hiện. Đặc tính của HTĐ trong  suốt  thời  gian  q  trình  q độ  có  thể  có  được  từ  phương  trình  đặc  trưng  của  mạng  điện. Việc sử dụng các phương trình đặc trưng dưới hình thức tổng trở nút được dùng  trong việc tính tốn ổn định của q trình q độ.  Trong việc nghiên cứu tính ổn định của q trình q độ thì việc tính tốn trào  lưu cơng suất được làm đầu tiên, để có được tình trạng của hệ thống trước khi bị kích  6  động . Vì thế sau khi tính tốn trào lưu cơng suất, ma trận tổng trở hay tổng dẫn của  mạng điện phải được hiệu chỉnh để phản ánh sự thay đổi tính đặc trưng của mạng điện.  Đường đặc tính vận hành của máy điện đồng bộ và máy điện cảm ứng được  mơ tả bởi hệ phương trình vi phân. Số phương trình vi phân u cầu cho các máy điện  cịn phụ thuộc vào chi tiết cần để mơ tả đặc trưng của máy một cách chính xác. Hai  phương trình vi phân bậc nhất cần phải có đối với sự đặc trưng đơn giản nhất của máy  điện đồng bộ.  Sự phân tích tính ổn định của q trình q độ được thực hiện bởi sự kết hợp  lời giải của các phương trình đại số mơ tả mạng điện, với cách giải bằng phương pháp  số của các phương trình vi phân. Việc giải các phương trình mạng điện dùng để nhận  dạng hệ thống bằng cách lấy điện áp, dịng điện cửa vào hệ thống trong q trình q  độ. Phương pháp biến đổi Euler và Runge - Kuta được thực hiện để giải các phương  trình vi phân trong việc nghiên cứu tính ổn định của q trình q độ.  Việc nghiên cứu ổn định hệ thống theo hệ phương trình vi phân phi tuyến rất  khó khăn, vì vậy để nghiên cứu về ổn định q độ sử dụng phương pháp tích phân số.  Theo  các  thuật  tốn  khác  nhau,  thực  hiện  tích  phân  số  hệ  phương  trình  vi  phân  phi  tuyến  QTQĐ có  thể  xác  định  được  đường  cong biến  thiên góc lệch  ơ,  trên cơ sở  đó  đánh giá được ổn định q độ  III.Các ngun nhân cố tan rã hệ thống điện Sự cố tan rã HTĐ là một trong những sự cố tồi tệ nhất đối với bất cứ HTĐ nào  bởi vì hậu quả của sự cố là rất lớn khi xem xét dưới góc độ kinh tế và an ninh năng  lượng. Do đó vấn đề này đã được quan tâm và nghiên cứu từ nhiều thập kỷ qua. Một  sự cố tan rã HTĐ thường là kết quả của nhiều ngun nhân khác nhau, và là một hiện  tượng biến động phức tạp, nhiều các nhân tố tham gia đồng thời. Trong đó việc mất ổn  định góc rotor máy phát điện là một trong những ngun nhân chính.  Thơng thường, một sự cố tan rã HTĐ là một hiện tượng phức tạp, với nhiều  ngun nhân khác nhau. Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một q trình chia tách, mất  đường dây, máy phát điện. liên tục cho đến khi bị phân chia hồn tồn thành các vùng,  khu vực cách ly nhau. Một số các ngun nhân chính như sau:  Ngun nhân đầu tiên có thể bắt đầu ngay từ khâu qui hoạch và thiết kế. Ví dụ  như việc dự đốn sai nhu cầu phụ tải dẫn đến sự thiếu hụt năng lượng cung cấp cho  phụ tải (sự cố tan rã HTĐ Hy Lạp năm 2004 là một ví dụ điển hình). Một vấn đề quan  trọng khác trong giai đoạn này đó là việc tn theo các tiêu chuẩn an ninh khi thiết kế.  Vì việc đảm bảo an ninh cho một HTĐ đối với tất cả các sự cố là khơng thể thực hiện  được. Trường hợp hay gặp nhất là khi có một hư hỏng bất kỳ xảy ra trong HTĐ - hay  cịn gọi là tiêu chuẩn N-1. Xác xuất xảy ra hai (N-2) hay nhiều thiết bị cùng hư hỏng  7  đồng thời là nhỏ hơn. Tuy nhiên để đảm bảo an ninh cho HTĐ, một số HTĐ cịn phải  đảm bảo tiêu chuẩn N-2. Nhưng một số HTĐ, trong giai đoạn qui hoạch và thiết kế đã  khơng đảm bảo tiêu chuẩn N-1 (hoặc N-2) đã dẫn đến một số sự cố tan rã HTĐ gần  đây (ví dụ như sự cố tan rã HTĐ tại Thụy Điển - Đan Mạch 2003 là một ví dụ). Việc  thiết kế và cài đặt các thơng số bảo vệ sai cũng là một trong những ngun nhân của  các sự cố tan rã HTĐ. (Ví dụ như việc cài đặt các thơng số bảo vệ khác nhau của hai  đầu đường dây liên lạc (nằm ở hai nước khác nhau) trong HTĐ châu Âu UCTE dẫn  đến sự cố ở các nước châu Âu năm 2006. Hoặc việc cài đặt thơng số sai của hệ thống  xa thải phụ tải theo tần số là ngun nhân chính của sự cố tại Italy năm 2003). Việc  thay đổi cấu trúc hệ thống, và quan điểm vận hành theo thị trường điện cũng cần phải  được cân nhắc kỹ lưỡng khi qui hoạch và thiết kế.  Rất nhiều ngun nhân nguy hiểm dẫn đến sự cố tan rã HTĐ xuất phát từ q  trình vận hành HTĐ. Trong mơi trường thị trường điện, có nhiều các HTĐ con (sub-  systems) cùng vận hành và điều khiển hệ thống truyền tải xương sống (interconnected  transmission system the so-called TSOs). Sự có mặt với tỉ lệ khá lớn của HTĐ phân  tán  cũng  làm  cho  HTĐ  ngày  càng  trở  lên  phức  tạp  khi  xem  xét  trên  quan  điểm  vận  hành và quản lý. Chính vì vậy mà những người vận hành HTĐ có thể khơng hiểu hết  về  HTĐ  mình  đang  quản  lý  -  vận  hành,  đặc  biệt  là  khi có  nhiều  hợp  đồng  mua  bán  điện, dịng chảy cơng suất - năng lượng liên tục thay đổi, và các sự cố ngẫu nhiên phức  tạp có thể xảy ra trong một HTĐ lớn. Kết quả là thiếu sự phối hợp và hành động chính  xác trong việc phịng ngừa, ngăn chặn sự cố giữa các trung tâm điều độ HTĐ. (Ví dụ  như sự cố ở lưới điện Thụy Sỹ - Italy năm 2003, hay lưới điện châu Âu năm 2006).  Trong q trình bảo dưỡng thiết bị cũng có những nguy cơ tiêm ẩn, đặc biệt là  các  cơng việc  bảo  dưỡng  bất  thường, sự  hư  hỏng  của  các  thiết  bị  điện  q cũ,  thiếu  những cơng việc bảo dưỡng định kỳ (thậm chí là việc cắt tỉa cây trên hành lang tuyến).  Việc thiếu sự đào tạo thường xun, cập nhật cho những người vận hành HTĐ và phối  hợp đào tạo liên trung tâm điều độ cũng có thể gây ra các sự cố tan rã HTĐ (ví dụ như  sự cố ở London - Anh năm 2003, Moscow - Nga năm 2005, và sự cố mất điện ở các  nước châu Âu năm 2006).  Ngồi ra cịn nhiều ngun nhân khách quan khác, như sự hư hỏng bất thường  của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lượng (Energy System management - ESM),  hệ  thống  đánh  giá  trạng  thái  (state  estimator-SE)  và  hệ  thống  đánh  giá  sự  cố  ngẫu  nhiên thời gian thực (real time contingency analysis-RTCA) đã làm cho các kỹ sư vận  hành khơng thể giám sát và đánh giá tình trạng làm việc cũng như việc đưa ra các biện  pháp kịp thời (Ví dụ như sự tan rã HTĐ ở bắc Mỹ - Canada năm 2003). Những điều  kiện thời tiết bất thường (q nóng, q lạnh), hay hiện tượng thiên nhiên cũng là một  trong những ngun nhân dẫn đến việc tăng lên bất thường của phụ tải hay hư hỏng  8  thiết  bị  được  xem  là  những  điều  kiện  bất  lợi  ban  đầu  cho  HTĐ,  là  nguyên  nhân  bắt  nguồn các sự cố.  IV Một số cố sụp đổ hệ thống điện điển hình Sự  cố  tan  rã  HTĐ  ngày  19/12/1978  tại  Pháp.  Lúc  đó  HTĐ  Pháp  đang  nhập  khẩu điện năng từ các nước bên cạnh. Phụ tải tăng lên từ khoảng 7 giờ đến 8 giờ là  4600MW. So với ngày hơm trước thì nhu cầu phụ tải tăng lên là 1600MW. Điều này  làm cho điện áp giảm xuống trong khoảng từ 8 giờ 5 phút đến 8 giờ 10 phút, các nhân  viên  vận  hành  đã  khóa  bộ  tự  động  điều  áp  dưới  tải  của  các  MBA  trên  lưới  cao  áp  (EHV/HV). Trong khoảng từ 8 giờ 20 phút, thì điện áp của các nút trên lưới truyền tải  (400kV)  đã  giảm  xuống  trong  khoảng  từ  342kV  đến  374kV.  Trong  khi  đó  một  số  đường dây đã bị cắt ra do bảo vệ q dịng, càng làm điện áp bị giảm thấp thêm nữa,  và xảy ra sụp đổ điện áp sau đó. Trong q trình khơi phục lại HTĐ đã xảy ra một sự  cố sụp đổ điện áp khác. Hậu quả của sự cố là 29GW tải đã bị cắt, với tổng năng lượng  khơng  truyền  tải  phân  phối  được  là  100GWh.  Hậu  quả  về  tiền  được  dự  tính  trong  khoảng 200 - 300 triệu đơla. Ngun nhân chính là sự mất ổn định và sụp đổ điện áp  trong khoảng thời gian 26 phút.  Sự cố tan rã HTĐ ngày 04/08/1982 tại Bỉ: Bắt đầu bằng việc dừng một tổ máy  có  cơng  suất  700  MW  trong  q  trình  thí  nghiệm  nghiệm  thu  sau  bảo  dưỡng.  Sau  khoảng  45  phút,  bộ  phận  giới  hạn  kích từ  của  hai  tổ  máy  khác đã  tác  động  để  giảm  lượng công suất phản  kháng phát ra. Ba đến  bốn phút sau sự cố đầu tiên, ba tổ máy  khác đã bị cắt ra do bảo vệ “Giới hạn công suất phản kháng” của máy phát điện. Vào  lúc 3 phút 20 giây, điện áp trên một số nút của một số nhà máy điện đã giảm xuống  0.82 pu (đơn vị tương đối). Vào lúc 4 phút  30 giây, hai  máy phát  khác bị cắt ra  bởi  rơle tổng trở, dẫn đến sự sụp đổ điện áp do mất ổn định điện áp trong khoảng trung và  dài hạn.  Sự cố tan rã HTĐ ngày 27/12/1983 tại Thụy Điển: Việc hư hỏng một bộ dao  cách ly và sự cố ở một trạm biến áp ở phía tây của Stockholm dẫn đến việc ngắt tồn  bộ trạm biến áp và 2 đường dây 400kV. Khoảng 8 giây sau, một đường dây 220kV bị  cắt ra bởi bảo vệ q dịng. Điện áp của HTĐ bị giảm thấp làm cho các máy biến áp  với bộ điều áp dưới tải tác động, càng làm cho điện áp trên hệ thống các đường dây  truyền tải giảm thấp, và dịng điện tăng cao trong các đường dây từ phía Bắc đến phía  Nam. Khoảng 55 giây sau sự cố ở trong trạm biến áp, một đường dây 400kV bị cắt ra  làm cho HTĐ của Thụy Điển bị tách thành hai phần, Bắc và Nam. Các hiện tượng sụp  đổ tần số và điện áp xảy ra trong HTĐ. Hệ thống sa thải phụ tải đã khơng có hiệu quả  trong việc cứu vãn HTĐ khỏi sự sụp đổ. Các tổ máy hạt nhân trong khu vực HTĐ chia  rẽ đã bị cắt ra bởi bảo vệ q dịng và trở kháng thấp dẫn đến sự cố tan rã hồn tồn  HTĐ. Tổng lượng tải bị cắt ra vào khoảng 11400MW. Ngun nhân chính của sự cố  9  tan rã HTĐ là do sụp đổ tần số và điện áp trong khoảng thời gian dài sau khi trải qua  một sự cố nghiêm trọng.  Sự  cố  tan  rã  HTĐ  tại  Florida  -  Mỹ  ngày  17  tháng  5  năm  1985:  Một  sự  cố  phóng điện dẫn đến việc cắt ba đường dây 500kV đang mang tải nhẹ dẫn đến sụp đổ  điện  áp  và  tan  rã  hồn  tồn  HTĐ  trong  vòng  vài  giây.  Lượng  tải  bị  mất  khoảng  4292MW.  Nguyên  nhân  của  sự  cố  tan  rã  HTĐ  là  quá  trình  sụp  đổ  điện  áp  trong  khoảng thời gian q độ.  Sự cố tan rã HTĐ Tokyo - Nhật Bản ngày 23 tháng 7 năm 1987: Tồn bộ thủ  đơ Tokyo có thời tiết  rất nóng, dẫn đến lượng tải tiêu thụ  do điều  hịa nhiệt độ tăng  cao. Sau thời gian buổi trưa, lượng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút (tương đương với  400 MW/1 phút). Mặc dù, các tụ bù đã được đóng hết, nhưng điện áp của HTĐ vẫn  bắt đầu giảm thấp trên hệ thống truyền tải 500kV. Sau khoảng 20 phút, thì điện áp bắt  đầu giảm xuống cịn khoảng 0,75 p.u và kết quả là các hệ thống bảo vệ rơle tác động  ngắt một số phần của hệ thống truyền tải và xa thải 8000MW. Ngun nhân chính là  q  trình  sụp  đổ  điện  áp  trong  khoảng  thời  gian  dài  hạn.  Các  đặc  tính  phụ  tải  phụ  thuộc điện áp của các thiết bị điều hịa là ngun nhân chính dẫn sự suy giảm điện áp.  Sự cố tan rã HTĐ ngày 12/01/1987 tại miền Tây nước Pháp: trong khoảng 50  phút, bốn tổ máy của nhà máy nhiệt điện Cordemais bị cắt ra, dẫn đến điện áp trong  HTĐ giảm thấp kéo theo 9 tổ máy nhiệt điện khác cũng bị cắt ra trong vịng 7 phút sau  đó, trong đó có 8 tổ máy do bảo vệ q kích thích tác động. Tuy nhiên thì điện áp vẫn  được  giữ  ổn  định  ở  giá  trị  rất  thấp  (trong khoảng  từ  0.5 pu  đến8  pu). Trong khoảng  thời gian 6 phút, điện áp giảm thấp đã phải cắt một lượng tải là 1500 MW để cứu vãn  sự sụp đổ hồn tồn HTĐ. Ngun nhân chính là do sụp đổ điện áp trong khoảng thời  gian dài hạn. Hình vẽ II-1: Sụp đổ điện áptrong HTĐ Pháp ngày 12/1/1987 mơ tả sự  biến thiên của điện áp trong q trình sụp đổ đối với HTĐ Pháp.    10  Gia số góc tương đối ở phân đoạn n sẽ là:  12( n )  12( n 1)  12( n 1) t 12(2)  12( n 1)  12( n )   Nếu đã biết góc cắt thì chỉ tính theo đặc tính cơng suất khi ngắn mạch P1Ii và  P2II tính cho đến khi góc tính lớn hơn góc cắt thì dừng và vẽ đồ thị quan hệ  12 (t ) , trên  đó ứng với    cat tac có tcắt.  Nếu  khơng  biết  góc  cắt,  ví  dụ  tính  bằng  máy  tính,  chỉ  tính  hàm  12 (t )  thì  khi  tính đến phân đoạn trong đó xảy ra cắt ngắn mạch thì  12  phải lấy giá trị trung bình:  12tb  12   '12   12  ứng với đặc tính cơng suất ngắn mạch (P1II, P2II).   '12  ứng với đặc tính cơng suất sau khi ngắn mạch (P1II, P2II).  tcắt được chọn dần đúng cho đến khi đồ thị  12 (t )  tiến tới  120  khi t tiến tới       ====================================== 91  Chương CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH Việc đảm bảo cho hệ thống điệnđược ổn định trong mọi điều kiện có tầm quan  trọng đặc biệt nhằm đảm bảo việc cung cấp điện năng liên tục cho các hộ tiêu thụ.  Trong thực tế nhiều khi bản thân HTĐ với các thiết bị cơ bản khơng đủ để đảm  bảo ổn định, khơng đủ dự trữ ổn định cần thiết, người ta phải dùng các biện pháp nhằm  tăng cường ổn định của HTĐ.  Các biện pháp nâng cao ổn định có thể chia làm hai loại:  Cải thiện các phần tử chính của HTĐ.  Thêm vào  hệ thống các phần tử phụ  nhằm nâng cao khả năng ổn định của hệ  thống.  4.1 CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH CỦA NHỮNG PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTĐ 4.1.1 Máy phát điện a Cải tạo tham số MPĐ   Ở chương 2, mục 2.2 đã nói về ảnh hưởng của điện kháng của MPĐ Xd, đến ổn  định của HTĐ. Ta thấy rằng trong trường hợp khơng có TĐK, nếu giảm Xd thì sẽ tăng  được  dự  trữ  ổn  định  tĩnh. Đối  với  ổn  định  động  thì  việc  giảm  Xd  sẽ  có  tác  dụng  tốt  (hình 4.1). Ngồi ra việc tăng hằng số qn tính Tj sẽ có lợi đối với ổn định động ở chỗ  nó cho tcắtkéo dài hơn hoặc với tcắtkhơng đổi thì cơng suất truyền tải sẽ cao hơn (hình  4.2)    Hình 4.1 Hình 4.2 Tuy nhiên nếu muốn tăng Tj, giảm X’d thì giá MPĐ tăng lên nhiều, do đó chỉ có  thể làm các máy phát thủy điện có thơng số theo u cầu, cịn các máy phát nhiệt điện  thì sản xuất hàng loạt với các thơng số giống nhau.  Cần chú ý rằng, ở các máy phát điện, nếu sử dụng TĐK loại mạnh thì hiệu quả  của việc cải thiện các thơng số của chúng sẽ giảm đi nhiều.  b Hệ số cosφ máy phát điện Hệ số cosφ của máy phát điện có ảnh hưởng nhiều đến đặc tính cơng suất của  nó. Ta hãy xét đồ thị vector sau đây:  Nếu giả thiết CSTD phát ra là khơng đổi thì: P  UI cos  =hs(U=hs)  92  Do đó  = =  và đoạn thẳng  =  cũng khơng đổi.  Vì thế nếu ta chỉ thay đổi CSPK thì đầu mút vector dịng điện sẽ trượt trên trục  BB’ và vector E sẽ trượt lên trục AA’ để giữ cho Ia và IaXht là hằng số.  Ví  dụ  nếu  tăng  cosφ  bằng  cách  giảm  I1  xuống  I2  thì  sức  điện  động  E1sẽ  giảm  xuống E2.Như vậy  đường đặc tính cơng suất E2  sẽ giảm thấp hơn E1  và độ dự trữ ổn  định sẽ giảm đi.  Khi cosφ =1 thì sức điện động sẽ là E3,nếu cosφ đổi dấu thì E sẽ giảm tiếp và  đến khiφ=900thì vector B trùng với trục OA, đạt giá trị nhỏ nhất, ứng với giới hạn ổn  định.    Trên hình 4.4 là quan hệ Pmax và cosφ MPĐ.  Qua phân tích trên ta thấy rằng nếu cosφ của MPĐcàng cao thì càng khơng lợi  về ổn định.Nhưng sản suất máy phát với cosφ thấp thì cùng một giá trị của CSTD P  cơng suất biểu kiến sẽ lớn vì S=P/cosφ làm cho máy phát đắt tiền,trong thực tế người  ta chọn giá trị thích hợp củacosφ  Trong khi vận hành,nếu cosφ của máy phát cao q thì để đảm bảo ổn định cần  phải  có  biện  pháp  giảm  nó  xuống,  ví  dụ  như  đấu  thêm  dẫn  kháng  vào  cực  MPĐ  để  tăng lượng CSPK của máy phát, hạ thấp cosφ.  Hình 4.3   Hình 4.4 93  4.1.2 Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK) a.Ngun lý cấu tạo Trên hình 4.5 là sơ đồ ngun lý của TĐK  TĐK  có  bộ  phận  điều  chỉnh  1  và  2.  Bộ  phận  2  làm  nhiệm  vụ  điều  chỉnh  lúc  bình thường nhằm giữu cho sức điện động E nào đố là hằng số. Bộ phận 2 là bộ phận  là  bộ  phận  cường  hành kích thích, tác  động  lúc  sự  cố,  có  tác  dụng  giữu  cho điện  áp  trên cực MPĐ khơng TĐK có 3 phần tử chủ yếu (Hình 4.5b,c) 1 là phần tử biến đổi –  biến đổi tín hiệu sơ cấp thành tín hiệu đầu vào của TĐK, 2 là bộ phận đo lường, 3 là  bộ phận khuếch đại-khuếch đại tín hiệu điều khiển.      Hình 4.5 TĐK có 2 loại:  1. Loại tác động tỷ  lệ, tác động theo độ lệch của điện áp ( U) hay  dịng diện  ( ) (hình 4.5b). Chính vì vậy nên TĐK loại này khơng thể giữ cho điện áp trên các  cực máy phát UF là hằng số, vì khi đó = 0, tín hiệu điều chỉnh khơng có và UF lại  tụt xuống. TĐK loại này chỉ giữ được sức điện động Ex đặt sau XFx thường là sức điện  động q độ E’ đặt sau X’d là hằng số 2. Loại TĐK tác động mạnh (hình 4.5c) là loại hiện đại, ngồi độ lệch điện áp  và dịng điện nó cịn tác động theo đạo hàm bậc 1 và 2 (bộ phận a,b). Vì thế nó có tác  động mạnh và có thể giữ cho UF là hằng số, khi  nên TĐK vẫn tác động = 0 thì đạo hàm của dU/dt≠0 cho  b.Tác động TDK đến ổn định tĩnh Đã được trình bày rõ ở chương trình 2 mục 2. Ở đây chỉ nhấn mạnh thêm các  yêu cầu với TĐK   94  Yêu cầu thứ 1: là tác động nhanh, tức là độ tăng của sức điện động Eq theo thời  gian phải  lớn,  tốc  độ  tăng này  lại  hụ  tuộc  vào  tốc  độ  tăng của  điện  áp  đặt  trên cuộn  kích thích Uk. Trên hình 4.6 chỉ rõ ảnh hưởng của độ tăng của Eq đến đường đặc tính  cơng suất, Eq tăng càng nhanh thì đường đặc tính cơng suất càng dốc và Pmax càng lớn.  Độ tăng của Uk hiện nay đạt khoảng 200V/s, cịn Eq là 2000-3000V/s.    u  cầu  thứ  2:  là  Uk max  hay  Eqmax  phải  cao,  vì  điện  áp  của  cuoobj  kích  thích  cũng  như  Eq  khơng  thể  tăng  vơ  hạn  nó  chỉ  có  thể  tăng  đến  giá  trị  cựa  đại  cho  phép  Eqmax và Ukmax.Khi Eq đã đạt Eqmax thì đường đặc tính cơng suất thơi khơng tăng nữa  mà sẽ trượt theo đường đặc tính cơng suất với Eqmax, cho nên Eq càng cao thì Pmax sẽ  càng lớn,  u cầu thứ 3: là TĐK hải rất nhạy khơng có vùng chết tức là vùng tuy đã có  tín hiệu nhưng TĐK vẫn khơng tác động, nhờ có độ nhạy rất cao MPĐ có thể làm việc  được ở vùng ổn định nhân tạo.  c.Ảnh hưởng đến ổn định dịng Ảnh hưởng của TĐK đến ổn định động khơng đáng kể bởi vì qua trình q độ  cơ  điện  xảy  ra  rất  nhanh(0.1-0.2s)cịn  qua  trình  q  độ  điện  từ  lại  xảy  ra  chậm  (1  giây)tuy vậy trong trường hợp cắt mạch chậm thì bộ phận cường hành kích thích của  TĐK cũng có tác dụng và giảm diện tich gia tốc (hình 4.7)  Nếu khơng có TĐK tức là E’ hs thì diện tích gia tốc là F1233’44’ và diện tích  hãm  tốc  là  F4’56,  khi  có  TĐK  thì  E’  sẽ  tăng  lên  đến  E’max  khi  đó  Fgt  =F12344’  và  Fht=F4’5786.Độ tăng của diện tích hãm tốc càng phụ thuộc vào tốc độ tăng của E’ và  giá trị E’max cho nên đối với ổn định động u cầu cũng là tăng nhanh E’ và E’max hải  cao.  4.1.3 Máy cắt điện Sử dụng máy căt điện cắt nhanh sự cố là biện pháp cơ bản để đảm bảo ổnđịnh  động của HTĐ  a Cắt nhanh cố Như khảo sát ở chương 3, nếu cắt ngắn mạch càng nhanh thì diện tích gia tốc  càng nhỏ và diện tích hãm tốc càng lớn, máy hát có khả năng ổn định cao và đỡ bị dao  động,cơng suất truyền tải P0 được nâng cao.Ngồi ra việc cắt nhanh ngắn mạch cịn có  tác dụng  ngăn chặn sựbiến hóa của ngắn  mackh khơng đối  xứng thành ngắn  mạch 3  pha. Ta hãy xét tác dujg khả năng truyền tải của hệ thống đồ thị 4.8.  Nếu ngắn mạch với góc  cat1 thì theo điều kiện câ bằng điện tích hãm tốc và gia  tốc có thể tải được cơng suất tối đa là P01 lúc đó: Fgtl = F1234 = Fht =F456’  Bây giờ nếu cắt sớm hơn ở tcat2 thì theo điều kiện có thể tăng cơng suất tải lên  P02  khi đó  Fgt2=F1’2’3’4’  =Fht2  =F4’’5’6’Sự  phụ  thuộc  của  cơng  suất  tải  P0  vào Tcatứng  với các dạng mạch khác nhau cho trên đồ thị hình 4.9.Qua đó ta thấy rằng thời gian cắt  95  ngắn mạch có tác dụng rất lớn đếb cơng suất tải trong các trường hợp ngắn mạch và 2  pha chạm đất   Mặt khác mức độ nặng nhẹ của ngắn mạch cịn phụ thuộc vào sơ đồ nối dây của  hệ thống.a hãy xét 2 sơ đồ A và B (hình 4.10)  Khi xảy ra ngắn mạch 2 pha chạm đất, ta thấy:  -Ngắn mạch với sơ đồ B trầm trọng hơn sơ đồ A.  - Tình trạng vận hành sau ngắn mạch sơ đồ B lại tốt hơn.Cho nên nếu cắt nhanh  ngắn mạch thì sơ đồ B tốt hơn sơ đồ A, cịn nếu cắt chậm thì sơ đồ A tốt hơn.Trên hình  4.10 là quan hệ giữa P0 và Pcatcủa 2 sơ đồ A và B.  Cuối cùng ta hãy nói đến khả năng cắt nhanh của máy cắt: thời gian của máy  cắtcủa bản thân máy cắt: thời gian cắt của thân máy từ khi có tín hiệu và đến khi dập  xong hồ quang,0,04-0,07s cịn thời gian tác động của bảo vệrơ le là 0,01-0,03  cho nên thời gian cắt của cả thiết bị bảo vệ và cắt là 0,05-0,1s  b.Tự đóng lại đường dây tải điện TĐL Phần lớn các ngắn mạch xảy ra trên đường dây là tạm thời, nên sau 1 thời gian  nhất dịnhđủ để khử Ion nếu ta đóng lại đường dây thì nó có thể làm việc bình thường.  Thời gian khử Ion: 110 kV  Thường 80-90% TĐL có kết quả.  TĐL thường  dùng  cho  các  đường  dây  cụt  một  lộ  đến  các  phụ  tải  để  đảm  bảo  cung cấp điện.Nhưng cũng được dùng cho các máy phát làm việc song song và có tác  dụng đảm bảo ổn định động nhất là các đường dây liên lạc 1 lộ  Tác dụng của TĐL trên hình 4.11  Điều kiện để chọn thời gian TĐL là:  -tTDL và tcat phải đủ nhỏ sao cho Fgtt khử Ion  Điều  hết  sức  quan  trọng  là  TĐL  chỉ  có  thể  thực  hiện  được  nếu  hệ  thống  cho  phép đóng phi đường bộ.  Đối với đường dây 2 lộ TĐL cóhiệu quả kém hơn so với đường dây 1 lộ.  4.1.4 Đường dây tải điện Điện thế của đường dây tải điện đi xa đóng vai trị quan trọng nâng cao ổn định  của HTĐ, nó làm giảm điện kháng tương đối của đường dây tải điện so với các phần  tử cịn lại vì:Xdd = Xddo.L.  Rõ  ràng  là  tỉ  lệ  Xddtỉ  lệ  nghịch  với  bình  phương  điện  áp  của  đường  dây  tải  điện.Do Xddgiảm cho nên Pmax sẽ tăng lên.Trên hình 4.12 biểu diễn qun hệ giữa Pmaxvà  điện áp Udd của đường dây có tác dụng đáng kể đến dự trữ ổn định.Để giảm Xdd người  ta có thể thực hiện các biện pháp:  -Bù dọc cách đấu thêm Xcvào đường dây, do đó Xdd= Xl-Xcsẽ giảm đi.  96  -Phân nhánh dây dẫn,làm tăng bán kính tương đương của dây dẫn do đó giảm  điện kháng  -Đặt các trạm trung gian để khi ngắn mạch chỉ cần cắt 1 đoạn đường dây bị sự  cố,như vây cải thiện chế độ của hệ thống sau khi ngắn mạch (hình 4.13)  Đối với đường dây siêu cao áp có thểdặt các máy bù động bộ ở dọc đường dây  hoặc các máy bù tĩnh (SVC) để tăng khả năng tải hệ thống.   - Bù dọc cách đấu thêm Xcvào đường dây, do đó Xdd= XL – XCsẽ giảm đi.  - Phân nhánh dây dẫn,làm tăng bán kính tương đương của dây dẫn do đó giảm  điện kháng.  - Đặt các trạm trung gian để khi ngắn mạch chỉ cần cắt 1 đoạn đường dây bị sự  cố,như vây cải thiện chế đố của hệ thống sau khi ngắn mạch (hình 4.13)  Đối với đường dây siêu cao áp có thểđặt các máy bù động bộ ở dọc đường dây  hoặc các máy bù tĩnh (SVC) để tăng khả năng tải hệ thống.      Hình 4.2 CÁC BIỆN PHÁP PHỤ 4.2.1 Nối đất điểm trung tính máy biến qua điện kháng điện trở tác dụng Việc  nối  đất  một  số  điểm  trung  tính  của  MBA  qua  điện  kháng  hoặc  điện  trở  trong HTĐ trung tính nối dất trực tiếp sẽ làm cho tổng trở thứ tự khơng của hệ thống  Z khi xảy ra ngắn mạch khơng đối xứng tăng lên.Việc làm tăng  Z  sẽ làm cho tổng  trở ngắn mạch  Z   tăng lên và tổng trơ tương hỗ  Z12 giảm đi vì: Z12  Z1  Z  Mà: PII m ax  Z1  Z   Z  EU  cho nên  PII m ax  sẽ tăng lên   Z12 Trong  trường  hợp  dùng  điện  trở  tác  dụng  sẽ  lớn  hơn  bởi  vì  điện  trở  tiêu  thụ  CSTD làm cho đặc tính cơngsuất khi ngắn mạch đỡ giảm.Đối với ngắn mạch xứng các  biện pháp trên khơng có tác dụng.  97    Hình 4.7 Hình4.14  Một  biện  pháp  khác  để  tăng  Z  là  giảm  số  điểm  trung  tính  nối  đất,  tức  là  chỉ  nối  đất  trung  tính  một  số  MBA  trong HTĐ. Tuy  nhiên  nếu  Z   q nhỏ  sẽ  làm cho dịng ngắn mạchmột pha lớn q có hại cho HTĐ,cho nên một số điểmnối đất  trung tính MBA cần được lựa chọn một cách hợp lý.  4.2.2 Ghìm điện Trong  HTĐ  có  thể  xảy  ra  trương  hợp  tcat  rất  nhỏ,  để  bảo  vệ  rơ  le  và  máy  cắt  khơng đủ khả năng thực hiện hoặc là thực hiện nhưng độ dự trữ ổn định động khơng  đảm bảo,khi đó ghìm điện được áp dụng để nâng cao ổn định động.  Để nâng cao ổn định động với ngắn mạch 3 pha người ta đấu thêm các điện trở  3 pha vào mạch MPĐ (hình 4.14) gọi là ghìm điện (dynamic brake).Các điện trở này  sẽ  tác  động  khi  xảy  ra  ngắn  mạch  3  pha  như  là  các  phụ  tải  tiêu  thụ  CSTD  làm  cho  đường đặc tính cơng suất đỡ giảm, và do đó máy phát đỡ tăng tốc hơn,rotorbị các điện  trở ghìm lại.  Ở sơ đồ a) máy cắt C ở vị trí đóng,nó mở khingắn mạch, ở sơ đồ b) thì ngược  lại máy cắt C sẽ đóng vào khi ngắn mạch.  Tác dụng của ghìm điện được thấy rõ trên hình 4.15: sơ đồ a, là q trình khơng  có  ghìm  điện  tác  dụng.  Ta  thấy  khi  ghìm  điện  là  việc  điện  tích  tăng  tốc  giảm  đi  rất  nhiều.        98  MÁY ĐIỆNĐỒNG BỘ   ĐỊNH NGHĨA VÀ CƠNG DỤNG  Định nghĩa  Những Máy điện xoay chiều có tốc độ quay rơto n bằng đúng tốc độ quay của từ trường stato n1 gọi là Máy  điện đồng bộ   Ở chế độ xác lập, Máy điện đồng bộ có tốc độ quay rơto ln khơng đổi khi tải thay đổi.   Cơng dụng  Chế độ Máy phát  Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tua bin  hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước. ( hình9.1.2 )   Hình 9.1.2   Ở các lưới điện cơng suất nhỏ, Máy phát điện đồng bộ được kéo bởi các động cơ điêzen hoặc xăng, có thể  làM việc đơn lẻ hoặc hai ba Máy làM việc song song    Chế độ động cơ  Động cơ đồng bộ cơng suất lớn được sử dụng trong cơng nghiệp luyện kiM, khai thác Mỏ, thiết bị lạnh,  truyền động các Máy bơM, nén khí, quạt gió .v.v.  Động cơ đồng bộ cơng suất nhỏ được sử dụng trong các thiết bị như đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị  lập chương trình, Máy bù đồng bộ  CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ  Cấu tạo Máy điện đồng bộ gồM hai bộ phận chính là stato và rơto .   Stato là phần tĩnh (cịn gọi là phần ứng ), rơto là phần quay  (cịn gọi là phần cảM ).     PHẦN TĨNH ( STATOR)  Stato của Máy điện đồng bộ giống như stato của Máy điện khơng đồng bộ   Lõi thép  Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các  rãnh theo hướngtrục. lõi thép được ép vào trong vỏ Máy  99  Dây quấn  Dây quấn stato làM bằng dây dẫn điện được bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi  thép  PHẦN QUAY (RƠTO)  Rơ to Máy điện đồng bộ bao gồM lõi thép, cực từ và dây quấn kích từ. Dây quấn kích từ được cấp bởi  nguồn điện Một chiều để tạo ra từ trường cho Máy.  (hình 9.2.2.a)    Hình 9.2.2.a  Hai đầu của dây quấn kích từ nối với hai vịng trượt đặt ở đầu trục, thơng qua hai chổi than để nối với  nguồn 1 chiều.  Có hai loại: rơto cực từ ẩn và rơto cực lồi  Rơto cực lồi  Dùng ở Máy có tốc độ thấp, có nhiều đơi cực. Rơto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ  Rơto cực ẩn  Thường dùng ở Máy có tốc độ cao 3000v/ph có Một đơi cực. Rơto cực ẩn dây quấn kích từ được đặt ẩn  trong các rãnh.     NGUN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ  Dịng điện kích từ (dịng điện khơng đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rơto fio  Khi quay rơto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rơto sẽ cắt dây quấn phần ứng stato và cảM ứng sức điện  động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng: E0=4,44fiW1kdqfio . Nếu rơto có p đơi cực, tần số fi của sức  điện động: fi = pn/60  100  Dây quấn ba pha stato có đặtlệch nhau trong khơng gian Một góc 1200 điện, cho nên sức điện động các pha  lệch nhau góc pha 1200   Trong dây quấn stato xuất hiện Một nguồn điện ba pha đối xứng  Khi dây quấn stato nối với tải, trong các dây quấn có dịng điện ba pha:  iA = IMax sinWt   iB = IMaxsin(Wt – 1200)  iC = IMaxsin(Wt – 2400)  Dịng điện ba pha được tạo ra giống như ở Máy điện khơng đồng bộ sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là  n1 = 60fi/p (n = 60fi/p =n1), đúng bằng tốc độ quay n của rơto.   Do đó Máy điện này gọi là Máy điện đồng bộ .     PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ  Khi Máy phát điện làM việc, từ thơng của cực từ rơto fi0 cắt dây quấn stato cảM ứng ra sức điện động  E0 chậM pha so với nó Một góc 900.  Dây quấn stato nối với tải sẽ tạo nên dịng điện I cung cấp cho tải, dịng điện I tạo nên từ trường quay phần  ứng (stato). Tác dụng của từ trường phần ứng (stato) lên từ trường cực từ (rơto) gọi là phản ứng phần ứng.  Tải thuần trở  Từ thơng phần ứng fiư (stato) theo hướng ngang trục, làM lệch hướng từ trường cực từ (rơto) fi0 ta gọi là  phản ứng phần ứng ngang trục (hình9.4.a)    Hình 9.4.a  Tải thuần cảM  Từ thơng phần ứng fiư ngược chiều fi0 gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làM giảM từ  trường tổng (hình 9.4.b)  101    Hình 9.4.b  Tải thuần dung  Từ thơng phần ứng fiư cùng chiều fi0, gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ có tác dụng làM tăng từ  trường tổng.    Hình 9.4.c  Tải bất kỳ  Phân tích từ trường phần ứng thành hai thành phần:  Thành phần ngang trục làM lệch hướng từ trường tổng  Thành phần dọc trục khử từ hoặc trợ từ tùy theo tính chất của tải (hình 9.4.d)  102    Hình 9.4.d  Phản ứng phần ứng của Máy phát đi a Máy phát điện đồng bộ vừa phụ thuộc vào dịng điện tải I (đ i I (độ lớn bé) vừa phụ  thuộc vào tính chất của tải ( thu i ( thuần trở, thuần cảM và thuần dung).  PHƯƠNG TRÌNH CÂN B TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP VÀ CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH C C TÍNH CỦA MÁY  PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ   PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰ ẰNG ĐIỆN ÁP CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG B NG BỘ  Phương trình điện áp của Máy phát đi a Máy phát điện đồng bộ cực ẩn     Xđb =Xd=Xq gọi là điện kháng đ n kháng đồng bộ.   Phương trình cân bằng điện áp: n áp:    CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH C C TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ  Đặc tính khơng tải  U0 = E0 = fi(Ikt) khi Itải =0, n =const ( fi=const) =0, n =const ( fi=const)  Ta có: Eo= 4,44fi.W1.kdq.fio = K.fio Ta có: Eo= 4,44fi.W1.kdq.fio = K.fio  Đặc tính khơng tải là đường fi0 =fi(I   kt), gọi là đường cong từ hóa vật liệu sắt từ   Đặc tính ngồi của Máy phát đi Máy phát điện đồng bộ  Mối quan hệ giữa điện áp U trên c n áp U trên cực Máy phát và dịng điện tải I khi tính chất tải cosP i cosPt khơng đổi, tần số fi  và dịng điện kích từ Iktkhơng đổi  khơng đ U = fi(I) khi Ikt =const, n= const (fi=const) , cosP =const, n= const (fi=const) , cosPt =const  Đặc tính ngồi của Máy phát ph a Máy phát phụ thuộc tính chất của tải  Đặc tính điều chỉnh của Máy phát đi a Máy phát điện đồng bộ  103  Mối quan hệ giữa dịng điện kích t n kích từ với dịng điện tải điện áp U bằng điện áp định M nh Mức, tần số fi và tính  chất tải khơng đổi.  Ikt = fi(I) khi U =const, n= const ( fi =const), cosP = fi(I) khi U =const, n= const ( fi =const), cosPt =const  ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG B NG BỘ  Ngun lý làM việc  Khi cho dịng điện ba pha Ia, Ib, Ic vào ba dây quấn stato, dịng điện ba pha ở stato s stato sẽ sinh ra từ trường quay  với tốc độ n1 = 60fi/p  Khi cho dịng điện Một chiều vào dây qu u vào dây quấn rơto, rơto biến thành Một naM châM đi t naM châM điện  Khi từ trường stato quay với tố ốc độ n1, lực tác dụng ấy sẽ kéo rơto quay với  tốc độ n = n1  Phưong trình điện áp của động cơ đi ng cơ điện đồng bộ:     Mở Máy động cơ điện đồng b ng bộ  Muốn động cơ làM việc, phải tạo MơMen Mở Máy để quay rơto đồng bộ với từ trư trường quay stato.  Trên các Mặt cực từ rơto, ngườ ời ta đặt các thanh dẫn, được nối ngắn Mạch như lồng sóc  ng sóc ở động cơ khơng  đồng bộ ( hình 9.6.2)    Hình 9.6.2  Khi Mở Máy, nhờ có dây quấn M n Mở Máy ở rơtođộng cơ sẽ làM việc như đồng cơ khơng đ ng cơ khơng đồng bộ .  Trong q trình Mở Máy ở dây qu dây quấn kích từ sẽ cảM ứng điện áp rất lớn, có thể phá h phá hỏng dây quấn kích từ,  vì thế dây quấn kích từ sẽ được khép M c khép Mạch qua Mạch điện có điện trở lớn để bảo v o vệ dây quấn kích từ  104  Khi rơto đã quay đến tốc độ bằng t ng tốc độ đồng bộ n1, đóng nguồn điện Một chiều vào dây qu u vào dây quấn kích từ,  động cơ sẽ làM việc đồng bộ.   Máy bù đồng bộ  Động cơ điện đồng bộ làM việc  c ở chế độ khơng tải và dịng điện kích từ điều chỉnh q kích thích đ nh q kích thích để động  cơ phát ra cơng suất phản kháng v n kháng với Mục đích nâng cao hệ số cơng suất lưới điện.   Cơng suất phản kháng: Q= MU (E n kháng: Q= MU (E0cosq-U)/Xđb Mà E0 phụ thuộc Ikt  Tăng Ikt suy ra tăng E0 suy ra Q >0 đ suy ra Q >0 động cơ phát ra cơng suất phản kháng vào lưới đi i điện, động cơ làM việc  q kích thích.  Hệ số cơng suất lưới điện cosPL    Tăng Ikt suy ra tăng Q suy ra giảảM QLsuy ra cosPL tăng và ngược lại    105  ... rotor Ổn định nhiễu loạnnhỏ Ngắn hạn Ổn định tần số Ổn định độ Ổn định điện áp Nhiễu loạn nhỏ Ngắn hạn Dài hạn Ngắn hạn Kích động lớn Dài hạn   Hình 1.1 Phân loại ổn định hệ thống điện Ồn định. .. và dẫn đến việc cắt hàng loạt các thiết bị khác, và làm sụp đổ hoàn toàn? ?hệ? ?thống.   Cơ chế tan ra HTĐ có liên quan trực tiếp đến cơ chế mất? ?ổn? ?định? ?điện? ?áp/tần  số/góc rotor.  19  Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1.1... kích động này mà chế độ làm việc khơng 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 phụ tải khả HTĐ khôi phục lại điện áp ban đầu hay gần ban đầu