Mặc dù sự ổn định của hệ thống điện là một hiện tượng đơn lẻ, nhưng nó đã được phân thành các loại khác nhau để dễ phân tích và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định và do đó lên kế hoạch cho các hoạt động kiểm sốt để tăng cường tính ổn định của hệ thống. Việc phân loại sự ổn định của hệ thống điện được thể hiện trong Hình 3.1. Nó được chia thành hai loại: 1. Ổn định góc rotor và 2. Ổn định điện áp.
Hình 3.1. Phân loại ổn định hệ thống điện
Ổn định hệ thống điện Ổn định góc rotor Ổn định điện áp Ổn định tín hiệu nhỏ Ổn định quá độ Ổn định thời gian dài Ổn định trong thời gian ngắn Ổn định khơng có dao động Ổn định có dao động Chế độ tại nhà máy Chế độ bên trong khu vực Chế độ điều khiển Chế độ momen xoắn
Ổn định góc điện áp (điện áp) là tính năng của lưới điện kết nối với nhau để duy trì vận hành đồng bộ của các nhà máy phát điện khác nhau khi xảy ra nhiễu. Nó chủ yếu liên quan đến việc duy trì cơng suất tác dụng trong hệ thống. Vấn đề ổn định liên quan đến việc nghiên cứu các dao động cơ điện vốn có trong các hệ thống điện. Các nhiễu trong hệ thống có thể lớn hoặc nhỏ, từ từ hoặc đột ngột. Tùy thuộc vào tính chất của nhiễu, ổn định góc có thể được phân loại hơn nữa như sự ổn định quá độ hoặc sự ổn định tín hiệu nhỏ.
3.2.1 Ổn định góc rotor
Ổn định góc rotor đề cập đến khả năng đảm bảo sự liên kết của máy điện đồng bộ trong hệ thống điện, để giữ được đồng bộ sau khi xảy ra nhiễu loạn. Loại ổn định này phụ thuộc vào khả năng duy trì và khơi phục sự cân bằng giữa momen điện và momen cơ của mỗi máy phát đồng bộ. Sự mất ổn định thường được biểu hiện như tăng dao động góc của một hay một vài máy phát dẫn đến mất đồng bộ với các máy phát khác trong hệ thống.
Các vấn đề của ổn định góc rotor liên quan đến việc nghiên cứu dao động cơ điện. Yếu tố quan trọng nhất của vấn đề này là công suất điện ngõ ra của các máy phát điện đồng bộ như thế nào khi điều chỉnh góc rotor của chúng. Trong điều kiện ổn định, có sự cân bằng giữa momen cơ đầu vào và momen điện ngõ ra và tốc độ vẫn khơng đổi. Khi có nhiễu loạn, sự cân bằng này bị phá vỡ gây tăng hoặc giảm tốc độ của rotor máy phát. Nếu máy phát tạm thời quay chậm hơn so với các máy khác vị trí góc rotor của nó sẽ chậm lại so với các máy phát nhanh hơn và kết quả của việc sai lệch góc là một phần tải từ máy phát quay chậm sẽ chuyển cho các máy phát quay nhanh hơn.Tác động này phụ thuộc vào mối quan hệ cơng suất góc, và có khuynh hướng giảm tốc độ khác nhau.
Sau nhiễu loạn, sự thay đổi của momen điện từ của máy điện đồng bộ có thể được tách ra thành:
- Momen đồng bộ cùng pha với độ lệch góc rotor.
Sự ổn định của hệ thống phụ thuộc vào hai thành phần momen trong mỗi máy phát điện đồng bộ. Thành phần momen đồng bộ không đủ dẫn tới mất ổn định khơng tuần hồn, trong khi thiếu momen giảm chấn dẫn đến dao động không ổn định.
Bằng đồ thị, đáp ứng của một hệ thống ổn định với một nhiễu loạn được thể hiện, ví dụ: trong Hình.3.2 và 3.3, trong giai đoạn đầu, có thể được quan sát các góc rotor của máy phát dao động, nhưng vẫn bị nhảy vọt. Trong q trình có sự cố xảy ra, góc tăng dần và tốc độ rotor tăng. Sau khi ngắt sự cố, ta thấy rằng các góc dao động trở về trạng thái cân bằng ban đầu (hoặc trạng thái cân bằng khác).
Hình.3.3 cho các thấy góc chung gia tăng vơ hạn định. Lý do cho sự gia tăng này là, một khi phục hồi sự đồng bộ giữa các máy phát, tần số hệ thống không giống như ban đầu.
Trong Hình. 3.4, một trường hợp khơng ổn định được đề cập. Máy phát điện 3 mất đồng bộ với 1 và 2 sau khoảng 0,5s từ lúc giải quyết sự cố.
Hình 3.4. Trường hợp mất ổn định
Trong các nghiên cứu độ ổn định quá độ, khoảng thời gian xét chung là 3-5s sau sự cố. Nó có thể được mở rộng đến 10 hoặc 20 giây cho hệ thống rất lớn chi phối giữa các khu vực dao động. Trong trường hợp này, ảnh hưởng của hệ thống điều khiển từng máy phát phải được xem xét. Bởi vì, chúng có thể thay đổi đặc tính động của bản thân từng máy phát.
Trong thực tế, phương pháp phổ biến nhất để phân tích ổn định quá độ của hệ thống điện là các bộ phương trình vi phân đại số khác nhau đại diện cho các yếu tố động của hệ thống, theo đó phân tích với sự giúp đỡ của các cơng cụ máy tính.