1.2.1 Mục tiêu của 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.
Như vậy, mục đích của khảo sát ổn định động là:
- Xác định xem khi nào HTĐ còn giữ được trạng thái ổn định sau khi trải qua các kích động lớn.
- Từ đó xác định được giới hạn ổn định và độ dự trữ ổn định. Xác định được thời gian cắt chậm nhất theo điều kiện đảm bảo ổn định động.
- Đề ra các biện pháp như: 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.
1.2.2 Các phương pháp khảo sát ổn định động
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 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).
Hình 1.1 : Phương pháp cân bằng diện tích
+)Phương pháp số:
- Sau khi đã mô hình hóa HTĐ bằng các phương trình vi phân, người ta sẽ dùng phương pháp số để giải các phương trình này.
- Ưu điểm của phương pháp là vẽ được các đáp ứng khi xảy ra sự cố, và tính được thời gian loại trừ sự cố lớn nhất.
- Nhược điểm của phương pháp là không xác định được vùng ổn định.
Hình 1.2 : Phương pháp số
+) Phương pháp trực tiếp (hàm năng lượng quá độ):
- Ưu điểm của phương pháp là dễ hiểu, xác định được giới hạn ổn định.
- Nhược điểm của phương pháp là rất khó xác định được năng lượng tới hạn và quỹ tích của sự cố.
Hình 1.3 : Phương pháp trực tiếp
+) Phương pháp hỗn hợp:
- Là phương pháp kết hợp giữa phương pháp số và phương pháp cân bằng diện tích. - Ưu điểm của phương pháp là dễ hiểu, xác định được giới hạn ổn định.
- Nhược điểm của phương pháp là việc phân chia các MFĐ thành các nhóm khác nhau là rất khó khăn.
Hình 1.4 : Phương pháp hỗn hợp
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.
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
2 2 j d P T dt 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 d T . 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 này chính là ΔP10 và Δ20. 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 được thời gian cắt tới hạn.
Tóm lại ta có các bước khảo sát ổn định 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 nhưng lại gây hậu quả nặng nề nhất, vì vậy đối với mạng điện thiết kế ta chỉ xét khả năng ổn định của hệ thống khi có ngắn mạch ba pha tại đầu đường dây liên lạc giữa nhà máy điện và HTĐ.
CHƯƠNG II : LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ. TÍNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BAN ĐẦU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN