CHƯƠNG 9: NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN VỀ ỔN ĐỊNH
9.3. Mục tiêu và phương pháp khảo sát ổn định động
Một chế độ xác lập muốn tồn tại đƣợc trong thực tế, tức là có thể thực hiện đƣợc nó trong vận hành cần phải có 2 điều kiện :
- Có sự cân bằng công suất :
PF = Ppt +ΔP và QF = Qpt+ΔQ
- Chế độ có ổn định, trước hết là ổn định tĩnh, vì các kích động nhỏ thường xuyên xảy ra. Việc đảm bảo ổn định động và ổn định tổng quát đảm bảo cho các chế độ làm việc lâu dài
0( 0 2 f 2.3,14.50 314rad / s)
0 0
s
0
9.3.1. Mục tiêu khảo sát ổn định động
Do các thông số của hệ thống điện không ngừng thay đổi, ta phải khảo sát ổn định ở chế độ xác lập nhằm đảm bảo cân bằng công suất.
Nhƣ vậy, mục đích của khảo sát ổn định động là:
- Xác định xem khi nào HTĐ còn giữ đƣợc trạng thái ổn định sau khi trải qua các kích động lớn.
- Từ đó xác định đƣợc giới hạn ổn định và độ dự trữ ổn định. Xác định đƣợc thời gian cắt chậm nhất theo điều kiện đảm bảo ổn định động.
- Đề ra các biện pháp nhƣ: chỉnh định các thiết bị bảo vệ, thiết kế hệ thống bảo vệ chống sự cố nhằm đảm bảo ổn định động của hệ thống.
9.3.2.Phương pháp khảo sát ổn định động
Với các kích động lớn không thể tuyến tính hóa 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.
Việc tính toán ổn định động nhằm mục đích tìm đƣợc thời gian cắt (tc ) chậm nhất để chỉnh định rơle bảo vệ. Thời gian cắt chậm nhất là thời gian mà nếu rơle bảo vệ cắt ngắn mạch sớm hơn nó thì hệ thống sẽ ổn định động, đó chính là thời gian rotor của máy phát quay được góc tương đối δcắt (δc), còn nếu cắt muộn hơn thì hệ thống sẽ mất ổn định.
Muốn tính được tc trước hết phải tìm được góc cắt (δc), sau đó tính quan hệ δ = f(t) rồi từ quan hệ này ứng với δc tìm tc.
Khảo sát ổn định động chính là khảo sát quá trình cơ điện xảy ra trong hệ thống điện khi có các kích động trong hệ thống điện.
* Một số phương pháp khảo sát ổn định động:
- Phương pháp số:
- Phương pháp cân bằng diện tích:
- Phương pháp hỗn hợp:
- Phương pháp trực tiếp (hàm năng lượng quá độ).
Ưu nhược điểm của phương pháp cân bằng diện tích:
- Ưu điểm của phương pháp là đơn giản, trực quan, dễ hiểu về hiện tượng, vùng ổn định, giới hạn ổn định…
- Nhược điểm của phương pháp là chỉ áp dụng cho HTĐ đơn giản (ví dụ: một MFĐ nối với HTĐ có công suất vô cùng lớn, hay hai MFĐ).
Ta có các kích động là rất lớn cho nên không thể tuyến tính hóa hệ phương trình vi phân được mà phải để nguyên nó dưới dạng phi tuyến và mạng điện là đơn giản (gổm một MFĐ nối với HTĐ có công suất vô cùng lớn) nên ta sẽ sử dụng phương pháp diện tích và phân đoạn liên tiếp để xét ổn định động.
A2
A1
Trước sự cố Sau sự cố Pe
Pm
E1 ,
, Vg g
J.X. d,
J.Xd1
. , ,
J.Xd2 . ZL
ZL1 ZL2
Zs1 Zs2
E1 ,
E2 Vg1 Vg2 ,
a
b c
d
e
0 c max
V MBA
Khi sự cố
Hình 1-1 : Phương pháp cân bằng diện tích
Giả sử HTĐ đang làm việc ở chế độ xác lập với các thông số P0, Q0, U0, α0 thì xảy ra một kích động gây mất cân bằng công suất tác dụng, khi đó sẽ tạo nên công suất
thừa: ΔP = PT0 - Pd
Lƣợng ΔP này sẽ tác động lên roto tạo nên một gia tốc α:
2 2
j
d P
dt T
trong đó:
Tj – là hằng số quán tính phụ thuộc vào đặc tính của máy phát.
δ – là góc quay tương đối của roto máy phát.
Trước khi bị kích động δ= const nên α = 0 và ΔP = 0.
Sau khi bị kích động ΔP ≠ 0 nên tốc độ góc ω ≠ ω0 (ω0 là tốc độ đồng bộ) và dẫn đến xuất hiện tốc độ quay tương đối: 0 d
dt
Ta có phương trình chuyển động tương đối của roto máy phát:
2
j 2
T .d P
dt
Phương trình trên thường được giải bằng phương pháp gần đúng, đó là phương pháp phân đoạn liên tiếp:
- Ta chia thời gian của quá trình thành nhiều phân đoạn liền nhau Δt, trong mỗi phân đoạn coi ΔP là hằng số, ta có phương trình tuyến tính.
- Giải liên tiếp phương trình trên trong các phân đoạn nối tiếp nhau sẽ tính được δ(t) và thời gian t.
+) Phân đoạn 1: Từ t = 0 đến t1 = Δt
Ta giả thiết công suất thừa ΔP1 và ΔP2 tác động trong giai đoạn này chính là ΔP10 và ΔP20.
Khi đó gia tốc tuyệt đối của hai nhà máy sẽ là:
2 10 1
j1 2
20 2
j2
t P
(1) 2 f
T 2
t P
(1) 2 f
T 2
Và gia tốc tương đối bằng: Δδ12(1) = Δδ1(1) – Δδ2(1) Khi đó ở cuối phân đoạn 1 ta có: δ12(1) = δ12(0) + Δδ12(1) +) Phân đoạn 2: từ t1 = Δt dến t2 = 2Δt
Ta có gia tốc tương đối bằng: Δδ12(2) = Δδ12(1) + α12(1).Δt2 Khi đó ở cuối phân đoạn 2: δ12(2) = δ12(1) + Δδ12(2)
+) Phân đoạn n: tn = nΔt
Gia tốc tương đối là: Δδ12(n) = δ12(n-1) + α12(n-1).Δt2 Khi đó ở cuối phân đoạn n: δ12(n) = δ12(n-1) + Δδ12(n)
Ta tiến hành tính toán cho đến khi δ12(n) > δ12(gh) thì dừng lại và từ đó xác định đƣợc thời gian cắt tới hạn.
* Tóm lại phương pháp khảo sát ổn định động của HTĐ là:
- Thành lập sơ đồ thay thế của HTĐ trong chế độ xác lập, tính thông số của các phần tử và quy chuyển chúng về hệ đơn vị tương đối và cấp điện áp cơ sở.
- Biến đổi đơn giản hóa sơ đồ(nếu cần) để có sơ đồ thích hợp cho tính ổn định động.
- Tính chế độ làm việc ban đầu.
- Thành lập đặc tính công suất khi ngắn mạch và sau ngắn mạch.
- Tính góc cắt và thời gian cắt.
Trong các kích động thì ngắn mạch ba pha tuy khả năng xảy ra thấp nhƣng lại gây hậu quả nặng nề nhất
Vì vậy trong phần đồ án này chúng ta đi sâu vào nghiên cứu ổn định động khi xảy ra ngắn mạch 3 pha tại đầu đường dây liên lạc gần máy phát điện.
CHƯƠNG 10 : LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ, TÍNH CHẾ ĐỘ LÀM