Hình 1 .2 Hệ thống điện truyền tải
Hình 1.5 Đặc tính quay của roto
Ngược lại nếu hệ thống mất ổn định thì góc 𝜹(𝒕) sẽ tăng vơ hạn (hình 1.5, đường
b) và các thông số khác cũng biến đổi không ngừng, hệ thống rơi vào chế độ không đồng bộ.
Như vậy góc 𝜹, đúng hơn là sự biến thiên của 𝜹 theo thời gian biểu hiện trực tiếp
của sự ổn định hay không ổn định của HTĐ.
Rõ ràng là để có thể giải được phương trình (1.8) cần phải tìm được quan hệ giữa cơng suất điện P theo góc quay tương đối của MF: 𝑷 = 𝒇(𝜹)
13
Quan hệ (1.9) được gọi là đường đặc tính cơng suất của MF hoặc là của HTĐ. Trong trường hợp hệ thống có nhiều MF thì số góc quay sẽ nhiều và đường đặc tính cơng suất, các phương trình chuyển động sẽ có dạng phức tạp hơn.
Ngồi phương trình chuyển động của các MF cịn phải kể đến các phương trình vi phân khác có liên quan đến q trình q độ cơ điện, các phương trình này tạo thành hệ phương trình vi phân phức tạp mơ tả quá trình quá độ cơ điện xảy ra trong hệ thống điện khi bị kích động.
Việc giải hệ phương trình này để xét ổn định của HTĐ được chia làm 2 trường hợp: Ổn định tĩnh và ổn định động.
Phương pháp khảo sát ổn định tĩnh
Với các kích động nhỏ thì sự thay đổi ∆𝑷 cũng rất nhỏ nên (1.8) có thể tuyến tính hóa thành phương trình vi phân tuyến tính, phương trình này có thể khảo sát một cách dễ dàng.
Phương pháp tuyến tính hóa này cịn được gọi là phương pháp dao động bé vì các phương trình vi phân được tuyến tính hóa trên cơ sở các dao động về cơng suất và góc quay do các kích động bé gây ra là rất nhỏ.
Từ phương pháp dao động bé các tiêu chuẩn toán học và các tiêu chuẩn thực dụng được áp dụng và xây dựng để xét ổn định tĩnh của HTĐ.
Phương pháp khảo sát ổn định động.
Trong trường hợp này các kích động rất lớn cho nên khơng thể tuyến tính hóa hệ phương trình vi phân được mà phải để nguyên nó dưới dạng phi tuyến và sử dụng các phương pháp diện tích và phân đoạn liên tiếp để xét ổn định động.
Tóm lại phương pháp khảo sát ổn định của HTĐ là: Xây dựng đường đặc tính cơng suất.
Xây dựng hệ phương trình vi phân chuyển động (1.8) rồi tùy theo bài toán ổn định tĩnh hay động mà sử dụng các phương pháp riêng để xét.
Sau khi khảo sát rút ra các chế độ giới hạn, đem các chế độ vận hành so sánh với nó để kết luận khả năng ổn định, tính tốn các biện pháp đảm bảo và tăng cường khả năng ổn định, tính tốn chỉnh định thơng số của các thiết bị điều chỉnh…
14
Đối với ổn định tổng hợp phương pháp khảo sát được nói đến sau này.
1.3 Ổn Định Tĩnh Của Hệ Thống Điện Đơn Giản 1.3.1. Định nghĩa ổn định theo năng lương 1.3.1. Định nghĩa ổn định theo năng lương
Một hệ ở chế độ xác lập khi có sự cân bằng giữa năng lượng phát và tiêu thụ. Mỗi chế độ xác lập sẽ tương thích với các thơng số xác định trạng thái của hệ. Nếu có nhiễu làm các thơng số này thay đổi theo hướng khuếch đại thì hệ sẽ khơng ổn định.
Điều này xảy ra khi năng lượng phát lớn hơn năng lượng tiêu tán. Tiêu chuẩn năng lượng về ổn định hệ được mô tả qua bất đẳng thức: ∆𝑊
∆Π < 0 (1.10)
Trong đó: ∆Π : Gia số thông số ∆W : Năng lượng dư
Theo tiêu chuẩn ổn định năng lượng trên thì hệ sẽ ổn định nếu: ∆PT−∆P(δ)
∆δ < 0 (1.11)
Tham số trạng thái ở đây là góc 𝛿, năng lượng phát là cơng suất cơ PT cịn năng lượng tiêu tán chính là cơng suất máy phát đổ về hệ thống. Do chấp nhận giả thiết công suất PT không đổi nên biểu thức trên được viết lại:
−∆𝑃(𝛿)
∆𝛿 < 0 ⇔ 𝑑𝑃
𝑑𝛿>0 (1.12)
1.3.2. Hệ thống điện đơn giản
Hệ thống điện đơn giản là HTĐ gồm một nhà máy điện nối bằng đường dây tải điện tới thanh cái nhận điện áp U=const
Hình 1.6. Hệ thống điện đơn giản
15
Tuy nhiên, trong thực tế có thể xem điện áp U ở thanh cái nhận điện là hằng số, nếu như cơng suất mà nó nhận được từ hệ thống gấp nhiều lần Pht còn lại. Như vậy điện áp U là hằng số đối với sự biến đổi của công suất P.
1.3.3. Tiêu chuẩn ổn định của HTĐ đơn giản
Để xây dựng tiêu chuẩn ổn định tĩnh, ta phải khảo sát phương trình chuyển động tương đối của rotor. Trong phần này ta bỏ qua không xét đến quá trình quá độ điện từ và quá trình quá độ xảy ra trong thiết bị điều khiển kích từ (TBĐKKT), ảnh hưởng của TBĐKKT đến ổn định tĩnh được thể hiện thông qua các giá trị của sức điện động mà nó giữ cho khơng đổi, ta cũng không xét đến công suất khơng đồng bộ.
Phương trình chuyển động tương đối của rotor:
𝑻𝒋𝒅
𝟐𝜹
𝒅𝒕𝟐 = ∆𝑷 = 𝑷𝑻− 𝑷
1.3.4. Độ dự trữ ổn định
Nếu như chế độ làm việc của hệ thống có cơng suất phát là P0, thì độ dự trữ ổn định tĩnh của chế độ đó được định nghĩa như sau:
𝑲𝒕 =𝑷𝒈𝒉−𝑷𝟎
𝑷𝟎 . 𝟏𝟎𝟎 =𝑷𝒎𝒂𝒙−𝑷𝟎
𝑷𝟎 . 𝟏𝟎𝟎 [%] (1.13)
Thực tế vận hành cho thấy rằng một chế độ muốn thực hiện được chẳng những phải có ổn định tĩnh mà cịn phải có một dự trữ ổn định tĩnh nhất định. Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ một chế độ làm việc đảm bảo nếu nó có độ dự trữ ổn định tĩnh 𝑲𝒕 ≥ 𝟐𝟎% .
1.3.5. Ảnh hưởng của điện kháng của HTĐ đến ổn định tĩnh