ổn định trong hệ thống điện

CHƯƠNG 11: LÝ THUYẾT CHUNG-Hiện nay ngày càng xuất hiện nhiều nhà máy thủy điện, nhiệt điện công suất lớn ở xa trung tâm tiêu thụ điện và được nối lại với nhau nhờ những đường dây tải đi

CHƯƠNG 11: LÝ THUYẾT CHUNG

-Hiện nay ngày càng xuất hiện nhiều nhà máy thủy điện, nhiệt điện công suất lớn ở

xa trung tâm tiêu thụ điện và được nối lại với nhau nhờ những đường dây tải điện đi xacao áp (hoặc siêu cao áp) thành những hệ thống điện lớn Một trong những vấn đề quantrọng về chất lượng của hệ thống điện là tính làm việc ổn định, trong những hệ thống điệnlớn những sự cố làm ngừng cung cấp điện một cách nghiêm trọng, phân chia hệ thốngthành những phần riêng rẽ thường do mất ổn định gây nên

-Hệ thống có tính ổn định cao nghĩa là lúc bình thường nhu cầu điện năng của phụtải được cung cấp một cách chắc chắn, chất lượng điện năng (giá trị tần số và điện áp)luôn duy trì trong phạm vi cho phép Ngoài ra khi xảy ra những đột biến về chế độ làmviệc (đóng cắt đường dây, máy biến áp mang tải ) hoặc khi xảy ra sự cố (ngắn mạch cácloại), những dao động tắt dần và hệ thống đến được trạng thái xác lập với những thông số

ổn định Như vậy tính làm việc ổn định của hệ thống điện được đặc trưng bởi mức độđồng bộ về tốc độ quay của rotor máy phát điện và động cơ của hệ thống Có hai dạng ổnđịnh: ổn định tĩnh được khảo sát khi hệ thống làm việc bình thường mang công suất cựcđại và chỉ tồn tại những dao động nhỏ và ổn định động được khảo sát khi hệ thống điệnxảy ra những dao động lớn

11.1 Định nghĩa ổn định của hệ thống điện

-Tập hợp các quá trình xảy ra trong một thời điểm hoặc một khoảng thời gian vậnhành gọi là chế độ của hệ thống điện Đặc trưng của chế độ là các thông số chế độ U, I, P,Q… Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian Tùy theo sự biến đổi của các thông sốtheo thời gian, ta chia các chế độ của hệ thống điện thành các loại chế độ sau:

+Chế độ xác lập: là chế độ trong đó các thông số của nó dao động rất nhỏ

xung quanh giá trị trung bình nào đó, có thể xem như là hằng số

+Chế độ quá độ: là chế độ trong đó các thông số biến thiên mạnh theo thờigian

-Điều kiện cần để chế độ xác lập có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng

và cân bằng công suất phản kháng trong mọi thời điểm

-Điều kiện cân bằng công suất không đủ cho mọi chế độ xác lập tồn tại trong thực

tế Vì các chế độ trong thực tế luôn luôn bị các kích động từ bên ngoài Một chế độ thỏamãn các điều kiện cân bằng công suất muốn tồn tại được trong thực tế phải chịu đựngđược các kích động mà điều kiện cân bằng công suất không bị phá hủy

-Các kích động đối với chế độ của hệ thống điện được chia làm hai loại: các kíchđộng nhỏ và các kích động lớn

+Ổn định tĩnh: là khả năng của hệ thống sau những kích động nhỏ phục hồi đượcchế độ ban đầu hoặc rất gần với chế độ ban đầu

+Ổn định động: là khả năng của hệ thống điện sau những kích động lớn phục hồiđược chế độ ban đầu hoặc rất gần với chế độ ban đầu

11.2 Phương trình chuyển động tương đối

-Việc khảo sát ổn định chính là khảo sát quá trình quá trình cơ điện xảy ra trongmáy phát điện khi có các kích động trong hệ thống điện Quá trình quá độ cơ điện đượcdiễn tả bằng phương trình chuyển động của rôto của máy phát điện

-Giả sử một máy phát điện đang làm việc với chế độ xác lập với các thông số Po,

Qo, Uo,δo thì khi xảy ra môt kích động, kích động này gây ra sự mất cân bằng công suất

∆P trên trục rôto:

∆P = PTo – Pđ = Po – Pđ (1) Trong đó:

Po- Công suất ban đầu của tuabin và PTo = Po

Pđ- Công suất điện của máy phát sau khi xảy ra kích động

-Công suất ∆P còn được gọi là công suất thừa, nó tác động lên rôto và gây ra cho

nó một gia tốc:

2 2 j

-Khi chưa có kích động, gia tốc δ = 0 và công suất thừa ∆P = 0

-Sau khi bị kích động, do xuất hiện công suất thừa ∆P nên tốc độ góc của rôto sẽkhác với tốc độ bằng đồng bộ wo cho nên sẽ xuất hiện tốc độ quay tương đối của rôto sovới trục tính toán đồng bộ

-Bây giờ thay (1) vào (2) ta sẽ được phương trình chuyển động tương đối của rôtomáy phát điện, cũng có thể gọi tắt là của máy phát điện:

-Nếu hệ thống có ổn định thì sau một thời gian t nào đó sau khi bị kích động góc

δ(t) sẽ trở về giá trị ban đầu hoặc là một giá trị gần đó để rồi sau đó sẽ là hằng số theo t,lúc đó ∆P triệt tiêu, các thông số khác của chế độ P, Q, U Sau một thời gian dao động sẽtrở về các giá trị ban đầu hoặc gần ban đầu

-Ngược lại nếu hệ thống mất ổn định thì góc sẽ tăng vô hạn và các thông số kháccũng biến đổi không ngừng, hệ thống rơi vào chế độ không đồng bộ

-Rõ ràng là để có thể giải được phương trình (3) cần phải tìm được quan hệ giữacông suất điện Pđ theo góc quay tương đối của máy phát điện

Pđ = f (δ ) (4)Quan hệ (4) được gọi là đường đặc tính công suất của máy phát điện Trong trườnghợp hệ thống có nhiều máy phát điện thì số góc quay sẽ nhiều và đường đặc tính côngsuất, các phương trình chuyển động sẽ có dạng phức tạp hơn

Đặc tính công suất của hai nhà máy điện làm việc song song

Hình 11.1: Sơ đồ của hệ thống điện gồm hai nhà máy điện làm việc song song

1

MF TD

TD MF

N 1,1

'

CHƯƠNG 12: LẬP SƠ ĐỒ THÂY THẾ, TÍNH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP BAN

ĐẦU12.1 Thông số các phần tử

Pđm(MW) cosϕ Uđm

(kV)

X’ d

-Máy biến áp tăng áp:

- Nhà máy điện 1: 4 máy biến áp SB1đm = 63MVA, Un% = 10,5%, k =115/10,5

- Nhà máy điện 2: 4 máy biến áp SB2đm = 32MVA, Un% = 10,5%, k =115/10,5 -Các lộ đường dây:

Bảng 12.2: Thông số của các lộ đường dây

Lộ đường

dây

L(km)

Loại dây

R(Ω)

X(Ω)

-Công suất của 2 nhà máy cung cấp cho các phụ tải:

Bảng 12.3: Thông số công suất của 2 nhà máy cấp cho phụ tải

N

S(MVA)

SN’=SN5+ SN6+ SN7+ SN8

=31,757+26,042+31,382+21,017+j(17,367+15,411+18,4+14,409)

=110,198+j65,588(MVA)

Công suất từ nhà máy NĐ1 truyền vào đường dây NĐ1-4:

12.3 Tính quy chuyển thông số hệ thống và chế độ:

12.3.1 Tính quy chuyển thông số hệ thống

12.3.1 Tính quy chuyển thông số hệ thống

Chọn Scb = 100MVA, Ucb=110 kV

-Máy phát điện và máy biến áp nhà máy điện 1:

+Máy phát điện ở cách cấp điện áp cơ sở một lần biến áp, nên phải tính quychuyển về cấp điện áp cơ sở Tính toán các thông số trong sơ đồ thay thế của các phần tử,

Hình 12.1: Sơ đồ đẳng trị của nhà máy điện 1

Điện kháng thay thế của nhà máy điện 1 bằng:

Hình 12.2: Sơ đồ đẳng trị của nhà máy điện 2

Điện kháng thay thế của nhà máy điện 2 bằng:

-Công suất phụ tải điện:

+Ta thay thế bằng tổng trở cố định Khi đã biết công suất do phụ tải yêu cầu vàđiện áp trên cực của nó ta có thể tính theo 2 loại sơ đồ thay thế: nối tiếp và song song Ởđây ta sử dụng sơ đồ nối tiếp

Rpt

Xpt

Spt=P+jQ

Hình 12.3: Sơ đồ thay thế của phụ tải

Trong hệ đơn vị tuơng đối cơ bản ta có: pt pt

pt

cb

P jQS

S

+

=

Phụ tải 1:

Công suất từ nhà máy NĐ1 truyền vào đường dây NĐ1-4:

CHƯƠNG 13: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH HAI PHA

CHẠM ĐẤT PHÍA NHIỆT ĐIỆN 113.1 Tính điện kháng ngắn mạch X ∆ :

-Sơ đồ đơn giản thứ tự nghịch:

0B1 0B1

X 0,358

-Điện kháng thứ tự không của đường dây:

+Ứng với đường dây kép có dây chông sét bằng thép: X0=3,5.X1

X01-4=3,5.X1-4=3,5.0,101=0,3535 ; X02-4=3,5.X2-4=3,5.0,179=0,6265 -Từ sơ đồ ta tính được X0∑:

-Sơ đồ hệ thống khi ngắn mạch đầu đường dây liên lạc phía NĐ1 có thêm thành phần X∆tại điểm ngắn mạch Để tính được các tổng trở vào Z11, Z22 và tổng trở tương hổ Z12 ta phải quy đổi các phụ tải thành các tổng trở tương đương theo công thức:

2 pt

' 5

= -0,0039 +j(0,0076 + 0,129) = -0,0039 + j0,1366

10

= Z

4+ Z

13.4 Đặc tính công suất sau ngắn mạch

-Sau khi cắt ngắn mạch một lộ đường dây NĐ1-4 bị cắt ra, do đó tổng trở của đường dây này tăng lên gấp đôi là: Z*1-4=2.(0,033+j0,101)= 0,066+ j0,202

-Sơ đồ hệ thống sau ngắn mạch đầu đường dây liên lạc phía NĐ1

= Z

4+ Z

Đặc tính công suất khi ngắn mạch:

-Thay các giá trị của δ12 từ 100 trở lên vào các công thức trên ta có bảng kết quả:

Bảng13.1: Bảng biểu diễn kết quả α 12 và α ’

-Để xác định góc cắt δcắt ta phải xác định được góc giới hạn δgh

-Theo kết quả của bảng 13.1 ứng với α’

Giải phương trình (2) ta được kết quả: t1=0,0676 ; t2= 0,0179

Thay vào (*) ta được: δgh1= arcsin(0,0676)= 3,87620

δgh2= arcsin(0,0179)=178,97440Theo kết quả bảng 13.1 ta chọn δgh=178,97440= 3,1237rad

Theo kết quả ở mục 12.4 ta có δ120= -4,65090=-0,0812rad

Tính góc cắt δcắt bằng phương pháp điện tích, góc cắt bao đảm hệ thống ổn định động là góc thỏa mãn diện tích gia tốc bằng diện tích hãm tốc: Fgt=Fht

Dựa vào các đường cong gia tốc tương đối ta có biểu thức giải tích:

80 400 800

∆δ12i=∆δ12i-1+ α12i-1.∆t2

δ12i=δ12i-1+∆δ12i

-Áp dụng công thức trên tính cho các phân đoạn tiếp theo:+Phân đoạn 2: