Tính toán ổn định quá độ của hệ thống nhiều máy

- Hiện nay có rất nhiều phương pháp nghiên cứu và tính toán ổn định hệ thống điện nhưng trong luận văn này tác giả lựa chọn phương pháp đơn giản, đã giả sử bỏ qua hoàn toàn ảnh hưởng của

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHẠM ĐÌNH NGUYỆN

TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG NHIỀU MÁY

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

MÃ SỐ: 2012BKTĐ-HTĐ-PC12

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Đỗ Xuân Khôi

Hà Nội – Năm 2015

PHẠM ĐÌNH NGUYỆN

TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ

CỦA HỆ THỐNG NHIỀU MÁY

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

MÃ SỐ: 2012BKTĐ-HTĐ-PC12

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Đỗ Xuân Khôi

Hà Nội – Năm 2015

phân tích hoàn toàn trung thực, nội dung bản thuyết minh chưa được công bố Luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo đã nêu trong phần tài liệu tham khảo

Hà Nội, tháng 04 năm 2015

Tác giả luận văn

Phạm Đình Nguyện

dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt khóa học cũng như thời gian tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp cao học khóa 2012- 2014

Nhân đây tôi xin bày tỏ tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè người thân và các đồng nghiệp, những người luôn động viên giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những giúp đỡ quý báu đó

Hà nội, tháng 04 năm 2015

Học viên

Phạm Đình Nguyện

DANH MỤC BẢN BIỂU

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1……… …….… 3

DAO ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH GÓC QUÁ ĐỘ……….….…3

1.1 Giới thiệu chung về nghiên cứu động học của HTĐ……… 3

1.1.1 Phân loại các các quá trình động trong HTĐ……… …… 3

1.1.2 Sơ lược về lịch sử nghiên cứu ổn định 6

1.1.3 Phạm vi nghiên cứu và y nghĩa của đề tài 8

1.2 Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ 9

1.2.1 Khái niệm và định nghĩa cơ bản 9

1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 10

1.3 Dao động của roto máy phát điện và bài toán nghiên cứu ổn định góc quá độ 11

1.3.1 Mối quan hệ giữ vị trí góc và tốc độ quay của máy đồng bộ 11

1.3.2 Các hiện tượng ổn định 15

CHƯƠNG 2……… 21

MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH GÓC QUÁ ĐỘ 21

2.1 Mô hình máy phát điện trong phân tích ổn định quá độ 21

2.1.1 Phương trình dao động cơ 21

2.2 Mô hình phụ tải .38

2.3 Phương pháp giải hệ phương trình vi phân - đại số 42

2.3.1 Dạng tổng quát của phương trình nghiên cứu ổn định quá độ 42

2.3.2 Phân loại phương pháp giải 43

2.3.3 Phương pháp giải tuần tự dùng công thức tích phân tường 43

2.3.4 Phương pháp giải đồng thời dùng công thức tích phân ẩn 44

2.3.5 Áp dụng phương pháp giải tuần tự, với mô hình cổ điển (bậc 2) cho máy phát và tổng trở hằng cho phụ tải 44

2.4 Rút gọn hệ thống điện 46

2.4.1 Khử nút trong lưới điện 46

2.4.2 Ghép các nút sử dụng phương pháp của Dimo 47

2.4.3 Ghép các nút sử dụng phương pháp của Zhukov 49

2.4.4 Tính đối xứng của ma trận tổng dẫn tương đương 53

2.4.5 Sự kết hợp 55

2.4.6 Ghép tương đương các máy phát 56

2.4.7 Mô hình tương đương của hệ thống phụ bên ngoài 57

2.4.8 Sự loại bỏ/tập hợp các nút tải 59

CHƯƠNG 3……….……… ……… 65

TÍNH TOÁN ÁP DỤNG 65

3.1 Áp dụng tính toán ổn định cho HTĐ 3 máy 65

3.2 Thuật toán áp dụng 66

3.3 Thực hiện tính toán 68

3.3.2 Tính sdd trong của máy phát công suất P của các máy phát CĐXL…69 3.3.3 Lập ma trận tổng dẫn nút Y 72

3.3.4 Xét trạng thái ngắn mạch và hiệu chỉnh ma trận Y 74

3.3.5 Tính toán cho bước thời gian đầu tiên sau khi xảy ra ngắn mạch 74

3.3.6 Vòng lặp tính giai đoạn trong ngắn mạch 80

3.3.7 Xét trạng thái sau khi cắt ngắn mạch 80

3.4 Phân tích kết quả cho các trường hợp tính toán 81

3.5 Xét trường hợp ngắn mạch tại đường dây 5- 6 nhưng gần nút 5 88

3.5.1 So sanh độ ổn định khi ngắn mạch phía nút 6 và nút 5 91

KẾT LUẬN……… 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……… 96

PHỤ LỤC 97

Chuyển giao năng lượng của một hệ thống hai máy 14

Hình 1.3 Bản chất của máy phát điện có điều chỉnh điện áp tự động 17

Hình 1.4 Minh họa hoạt động của một máy phát điện đồng bộ cho các tình huống ổn định và không ổn định 20

Hình 2.1 Phản ứng phần ứng với tải thuần trở 26

Hình 2.2 Phản ứng phần ứng với tải thuần cảm 27

Hình 2.3 Phản ứng phần ứng với tải thuần dung 27

Hình 2.4 Giản đồ năng lượng của máy phát điện đồng bộ 28

Hình 2.5 Biểu diễn máy phát điện cực lồi 29

Hình 2.6 Biểu diễn máy phát điện cực ẩn 31

Hình 2.7 Mô hình thay thế máy phát 32

Hình 2.8 Tốc độ suy giảm của thành phần tự do của dòng cảm ứng trong cuộn kích từ 33

Hình 2.9 Mô hình thay thế phụ tải 38

Hình 2.10 Đặc tính điện áp của phụ tải 39

Hình 2.11 Ảnh hưởng thay đổi đặc tính điện áp của phụ tải 40

Hình 2 12 Sự tập hợp nút sử dụng phương pháp Dimo 48

Hình 2 13 Sự kết hợp nút sử dụng phương pháp Zhukov 50

Hình 2.14 Sự thể hiện về điện trong phương pháp tổng hợp của Zhukov 53

Hình 2.15 Tính đối xứng của mạng tương đương 54

Hình 2.16 Sự biến đổi góc roto của 3 máy phát 57

Hình 2.17 Sự tập hợp cơ học của các roto liên kết 57

Hình 3.3 Đồ thị điện áp nút tại t cắt là 0.6(s) 82

Hình 3.4 Đồ thị góc lệch giữa các máy tại t cắt là 0.55(s) 84

Hình 3.5 Đồ thị điện áp nút tại t cắt là 0.55(s) 84

Hình 3.6 Đồ thị góc lệch giữa các máy tại t cắt là 0.5 (s) 85

Hình 3.7 Đồ thị điện áp nút tại t cắt là 0.5 (s) 85

Hình 3.8 Đồ thị góc lệch giữa các máy có hệ số cản ( D =0.05) 86

Hình 3.9 Đồ thị điện áp nút lưới có hệ số cản ( D =0.05) 86

Hình 3.10 Đồ thị góc lệch giữa các máy có hệ số cản ( D =0.1) 87

Hình 3.11 Đồ thị điện áp nút lưới có hệ số cản ( D =0.1) 88

Hình 3.12 Đồ thị góc lệch giữa các máy có t cắt 0.6 (s) hệ số cản ( D =0.05 ) 89

Hình 3.13 Đồ thị điện áp nút lưới có t cắt 0.6 (s) hệ số cản ( D =0.05) 89

Hình 3.14 Đồ thị góc lệch giữa các máy t cắt 0.6(s) và hệ số cản ( D =0.1)N5 90

Hình 3.15 Đồ thị điện áp nút lưới có t cắt 0.6( s) và hệ số cản ( D =0.1)N5 91

Bảng 3.1 Số liệu nút, tải bài toán áp dụng 65

Bảng 3.2 Số liệu nhánh bài toán áp dụng 66

Bảng 3.3 Số liệu máy phát bài toán áp dụng 66

Bảng 3.4 Số liệu tính toán CĐXL 68

Hệ thống điện Việt Nam trong những năm gần đây đã có những bước phát

triển mạnh mẽ, cả về hệ thống truyền tải cũng như các nguồn điện

Những phát triển đó đã làm cải thiện đáng kể khả năng cung cấp điện, cũng

như chất lượng truyền tải điện năng Đặc biệt từ khi xuất hiện lưới truyền tải

500 kV đã giải quyết nhu cầu cấp bách sự trao đổi công suất giữa các khu

vực của hệ thống điện Việt Nam từ những năm 90 của thế kỷ trước trở lại

đây Tạo điều kiện xây dựng các nguồn công suất lớn đa dạng trong

hệ thống

Việc mở rộng quy mô của hệ thống điện Việt Nam cũng như trên thế giới

nói chung là một xu thế tất yếu của sự phát triển, nhằm nâng cao chất lượng

điện năng, độ linh hoạt của hệ thống điện trong quá trình vận hành Tuy

nhiên sự mở rộng quy mô của hệ thống truyền tải điện cũng đặt ra những yêu

cầu kỹ thuật cần phải giải quyết: Đảm bảo ổn định hệ thống điện, vấn đề

thông tin liên lạc và đảm bảo chất lượng điện năng, chế độ vận hành của hệ

thống điện Với những lý do nêu trên, việc nghiên cứu ổn quá độ của

HTĐ là rất cần thiết trong thực tế hiện nay, vì vậy tác giả chọn đ ề t à i

luận văn thạc sĩ kỹ thuật là “Tính toán ổn định quá độ của hệ thống

nhiều máy”

2 Mục đích nghiên cứu

- Hiện nay có rất nhiều phương pháp nghiên cứu và tính toán ổn định hệ

thống điện nhưng trong luận văn này tác giả lựa chọn phương pháp đơn giản,

đã giả sử bỏ qua hoàn toàn ảnh hưởng của quá trình quá độ điện từ (đối với

các phần tử lưới và máy phát), không xét đến phương trình cuộn dây máy

phát, các sức điện động của máy phát coi là hằng số Không xét đến yếu tố

ảnh hưởng của TĐK và TĐT và coi phụ tải là tuyến tính

trình quá độ giai đoạn ngắn cần kiểm tra ổn định

- Mô hình đơn giản, áp dụng tính toán ổn định cho hệ thống nhiều máy

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Để đảm bảo vận hành bình thường của hệ thống điện là một trong những yêu cầu cơ bản là phải đạt được sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng giữa nguồn cung cấp điện và hộ tiêu thụ điện, kể đến cả tổn thất trên lưới điện Sự cân bằng công suất tác dụng mang tính chất toàn hệ thống , nghĩa là yêu cầu công suất của một phụ tải tại một điểm có thể được đáp ứng bằng cách tăng thêm công suất ở máy phát điện tại một địa điểm khác Nói khác đi công suất tác dụng trong hệ thống được điều khiển thống nhất Nhưng sự ổn định và cân bằng hệ thống luôn bị đe dọa bởi những nhiễu loạn đơn giản là những kích động nhỏ thường xuyên có tính ngẫu nhiên, trong hệ thống điện còn có những kích động lớn diễn ra đột ngột làm mất cân bằng công suất phá hoại tính ổn định của hệ thống Những kích động như thế phải

kể đến những ngắn mạch, sét đánh làm cắt đột ngột đường dây, cắt máy biến áp đang cấp điện cho phụ tải đưa ra sửa chữa Do có sự thay đổi đột ngột các dòng công suất phân bố trong lưới, công suất các máy phát cũng thay đổi đột ngột, thậm chí giảm xuống đến không ( chẳng hạn ngắn mạch 3 pha trên đường dây nối máy phát với hệ thống) khi đó trạng thái cân bằng

mô men quay trong máy phát bị phá vỡ xuất hiện gia tốc làm thay đổi mạnh góc lệch roto Quá trình quá độ diễn ra có thể ổn định hoặc không ổn định phụ thuộc tính nặng nề của các kích động, nhiễu loạn Tính ổn định hệ thống trong trường hợp này gọi là ổn định động hay ổn định quá độ Về bản chất

ổn định động, thể hiện đặc tính của quá trình quá độ chuyển trạng thái hệ

Thông số biến thiên trong QTQĐ hữu hạn và tắt dần về thông số CĐXL mới Như vậy sự tồn tại của CĐXL sau sự cố là điều kiện cần nhưng chưa đủ cho tính ổn định động của hệ thống Chính điều kiện thứ hai dẫn đến yêu cầu phải áp dụng các phương pháp phân tích ổn định quá độ Để nghiên cứu ổn định quá độ cần phải dựa vào phương trình vi phân mô tả quá trình quá độ,

do đó cũng có các mô hình ứng dụng khác nhau mô tả hệ thống, mỗi trường hợp có thể áp dụng các phương pháp phân tích riêng Sự lựa chọn hợp lý phương pháp nghiên cứu sẽ cho phép đánh giá đúng và đơn giản nhất các đặc trưng của quá trình quá độ trong hệ thống

Xuất phát từ nhu cầu thực tế nói trên, trong luận văn đặt ra vấn đề

nghiên cứu đánh giá, xem xét các chế độ làm việc của hệ thống là yếu tố rất quan trọng đó là quá trình (quá độ điện-cơ, ổn định góc quá độ)…Nhằm nâng cao khả năng ổn định góc rotor máy phát đề tránh hiện tượng tan rã hệ thống điện

Với những lý do nêu trên, việc nghiên cứu ổn quá độ của HTĐ là rất cần thiết trong thực tế hiện nay, vì vậy việc tập trung nghiên cứu “Tính toán

ổn định quá độ của hệ thống nhiều máy” Kết quả nghiên cứu giúp cho ta xem xét đánh giá được phương thức và cách thức trong quản lý vận hành

để giảm ảnh hưởng những rủi ro trong việc truyền tải và phân phối điện theo các tiêu chuẩn ngành

4 Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng

- Tính toán ổn định đánh giá, xem xét sơ bộ của các máy phát trong quá trình thử nghiệm và thiết kế chạy vận hành giai đoạn đầu, phù hợp với quá trình quá độ giai đoạn ngắn cần kiểm tra ổn định để đưa ra những định

Ngoài phần mở đầu, kết luận nội dung chính của luận văn được trình bầy trong 3 chương

Chương 1: Dao động của máy phát điện và bài toán ổn định góc quá độ Chương 2: Mô hình các phần tử trong hệ thống điện, phương pháp phân tích

ổn định góc quá độ

Chương 3: Tính toán áp dụng với hệ thống lưới điện 3 máy

Việc xem xét một cách tổng quát những ưu điểm và nhược điểm trong quá trình tính toán ở các chế độ xác lập cũng như quá độ chưa đánh giá hết những ảnh hưởng phụ liên quan Do hạn chế về mặt thời gian mà nội dung vượt quá khuôn khổ của bản luận văn, cần được tiếp tục nghiên cứu và phát triển thêm

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo TS Đỗ Xuân Khôi đã tận tình

hướng dẫn trong suốt thời gian qua Xin chân thành cảm ơn bộ môn Hệ thống điện các thầy các cô trong bộ môn, các đồng nghiệp và các bạn bè đã tận tình giúp đỡ tác giả hoàn thành bản luận văn này Do thời gian còn hạn vấn đề nghiên cứu còn khá mới mẻ, nên bản luận văn không khỏi thiếu sót Tác giả rất mong được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và bạn bè

Xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 1 DAO ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN

VÀ BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH GÓC QUÁ ĐỘ

1.1 Giới thiệu chung về nghiên cứu động học của HTĐ

1.1.1 Phân loại các các quá trình động trong HTĐ

Một hệ thống điện bao gồm rất nhiều phần tử riêng biệt kết nối lại với nhau thành một hệ thống lớn, một hệ thống phức tạp có khả năng phát điện, truyền tải, phân phối điện năng trên khu vực địa lý rộng lớn Vì có sự liên kết của nhiều phần tử, nên một loạt các tương tác động có thể xảy ra, chúng có thể ảnh hưởng đến một vài phần tử hay một phần hệ thống, đôi khi ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống điện Vì mỗi quá trình động có một đặc điểm riêng, nên động học của hệ thống có thể dễ dàng được phân chia thành các nhóm, hoặc là theo nguyên nhân, kết quả, thời gian, đặc điểm vật lý, hoặc chia theo vị trí mà chúng xuất hiện trong hệ thống

Điều cần quan tâm chính ở đây là cách thức mà hệ thống điện sẽ phản ứng với sự thay đổi nhu cầu cung cấp điện và các loại nhiễu động khác nhau; đây cũng là 2 nguyên nhân chính gây ra các quá trình động Khi nhu cầu dùng điện thay đổi sẽ dẫn tới một phổ rộng các thay đổi động bên trong hệ thống, mỗi loại xuất hiện trên một khoảng thời gian khác nhau Hiện tượng động nhanh nhất là do sự thay đổi đột ngột trong nhu cầu và gắn với sự chuyển giao năng lượng giữa các khối quay trong máy phát điện và tải Chậm hơn một chút là tác động điều khiển điện áp và tần số, cần để duy trì trạng thái hoạt động của hệ thống Chậm hơn nữa là cách thức mà hệ thống phát điện được điều chỉnh để đáp ứng sự thay đổi hàng ngày của phụ tải

Tương tự, cách thức hệ thống phản ứng với nhiễu động khác cũng bao gồm một phổ rộng các hiện tượng động và khung thời gian tương ứng Trong

Học viên: Phạm Đình Nguyện

trường hợp này động lực nhanh nhất là hiện sóng xảy ra trong các đường dây truyền tải điện cao áp Chúng được sinh ra bởi những thay đổi điện từ nhanh chóng trong chính máy điện trước khi các dao động điện cơ tương đối chậm của roto xảy ra Cuối cùng, các điều chỉnh rất chậm của turbin máy phát điện

và hệ thống điều chỉnh phát điện (AGC)

Dựa vào đặc điểm vật lý, động lực của máy phát điện được chia thành

4 loại khác nhau như sau: Sóng, điện từ, điện cơ, nhiệt động lực học Các phân loại này cũng tương ứng với các khung thời gian khác nhau, được cho

trong hình 1.1 Mặc dù, cách phân loại này khá thuận tiện, tuy nhiên nó không có nghĩa là tuyệt đối, có những loại động lực thuộc 2 hay nhiều nhóm khác nhau, trong khi đó một số khác thì nằm ở ranh giới giữa các nhóm Sơ

đồ 1.1 cho thấy động lực nhanh nhất là tác động Sóng hoặc là sự dao động

trong đường dây truyền tải điện cao áp, tương ứng với sự truyền sóng điện từ gây ra bởi hiện tượng sét đánh hoặc đóng cắt mạch, từ micro giây đến Mili giây

1

Micro giây Mi-li giây Giây Phút Giờ

Sơ đồ 1.1 : Khung thời gian của hiện tượng động lực trong hệ thống điện

Hiện tượng sóng

Hiện tượng điện từ

Hiện tượng điện cơ

Hiện tượng nhiệt động lực học

Học viên: Phạm Đình Nguyện

Chậm hơn nhiều là quá trình điện từ, xuất hiện trong cuộn dây máy điện sau một nhiễu động, hoạt động của các hệ thống bảo vệ hoặc sự tương tác giữa các máy điện và hệ thống mạng Khung thời gian của chúng chỉ từ Mili giây đến 1 giây Chậm hơn nữa là quá trình điện cơ, đó là dao động của roto trong máy phát điện và động cơ, liên quan với dao động công suất trong lưới điện, sự tác động của hệ thống , điều khiển điện áp và tốc độ máy phát điện Khung thời gian của những quá trình này trong khoảng từ 1 giây đến vài giây Chậm hơn một chút nữa là dao động tần số, chịu nhiều ảnh hưởng hơn của hệ thống điều chỉnh tốc độ turbin và AGC Động học chậm nhất là quá trình nhiệt động kết quả của hoạt động điều khiển lò hơi trong nhà máy nhiệt điện hơi nước vì yêu cầu của hệ thống điều khiển phân phối tự động đã được thực hiện

Phân tích trên cho thấy sự phân loại các loại động lực hệ thống điện theo khung thời gian có mối quan hệ mật thiết với vị trí xuất hiện hiện tượng động trong hệ thống Ví dụ như, di chuyển theo chiều từ trái sang phải theo khung thời gian của sơ đồ 1.1 tương ứng với việc di chuyển qua hệ thống điện từ mạch điện RLC của mạng truyền dẫn, qua dây quấn phần ứng máy phát điện đến các cuộn dây trong rotor máy phát điện, đến tuốc bin và cuối cùng là đi đến nồi hơi

Hiện tượng sóng nhanh, do sấm sét, đảo mạch, quá áp, xuất hiện hầu như riêng biệt trong mạng lưới, không truyền quá dây quấn máy biến áp Hiện tượng điện từ liên quan chủ yếu đến các cuộn dây máy biến áp, máy phát điện và một phần mạng lưới Hiện tượng điện cơ, đó là sự dao động của roto, và kèm theo sự dao động năng lượng trong mạng lưới, liên quan chủ yếu đến quán tính của roto, cuộn cản

Thật ra, khung thời gian của các động lực khác nhau có mối quan hệ mật thiết với nơi chúng xuất hiện trong hệ thống điện là điều rất quan trọng

Học viên: Phạm Đình Nguyện

đối với việc xây dựng mô hình biểu diễn các phần tử trong hệ thống Khi di chuyển từ trái sang phải theo sơ đồ 1.1 tương ứng với việc giảm đi tính chính xác của mô hình biểu diễn lưới điện, tăng độ chính xác đối với mô hình biểu diễn máy phát điện và sau đó, tiếp tục sang bên phải là phần cơ và nhiệt của

hệ thống máy phát điện

1.1.2 Sơ lược về lịch sử nghiên cứu ổn định

Nghin cứu đầu tiên viết về động lực học hệ thống điện bắt đầu xuất hiện trong một hội nghị thảo luận và tạp chí kỹ thuật, cùng khoảng thời gian

đó, hệ thống điện liên kết đầu tiên đã được xây dựng Vì hệ thống điện kết nối phát triển nên các mối quan tâm đến hệ thống này cũng phát triển dần cho đến tận khi động lực hệ thống điện trở thành một ngành khoa học theo đúng nghĩa của nó

Có lẽ, đóng góp lớn nhất đối với sự phát triển cơ sở lý luận về động lực hệ thống điện chính là công trình nghiên cứu của những quốc gia có hệ thống điện phát triển rộng lớn, đáng chú ý nhất là Mỹ, Canada và Sô Viết cũ Một vài tài liệu chuyên khảo đầu tiên về động lực, ổn định hệ thống điện được xuất bản ở Anh là cuốn sách của Dahl, của Crary ( 1945 và 1947),

và một tài liệu chuyên khảo của Kimbark ( năm 1948, 1950, 1956 và tái bản năm 1995) Tất cả những tài liệu này đều tập trung nói về hiện tượng điện cơ Cũng trong thời gian này, một công trình của Nga cũng được Zhdanov xuất bản ( 1948), tài liệu này cũng chủ yếu giải thích hiện tượng cơ điện Công

trình nghiên cứu của Zhdanov sau này được V.A Venikov tiếp tục nghiên cứu, ông đã xuất bản 12 cuốn sách ở Nga vào khoảng những năm 1958 đến 1985; một trong số những cuốn sách này lại một lần nữa có nói đến hiện tượng cơ điện và được Pergamon Press xuất bản ở nước Anh Một phiên bán khác mở rộng và sửa đổi từ cuốn sách này đã được xuất bản ở Nga năm 1978

và sau đó 1 năm bản này được dịch sang Tiếng Anh (Venikov 1978) Cuốn

Học viên: Phạm Đình Nguyện

sách của Venikov có đặc điểm chính là đi sâu vào việc giải thích tính chất

vật lý của động lực học

Một trong những tài liệu đầu tiên đóng góp vào việc mô tả tổng quát

động lực hệ thống điện là cuốn sách của tác giả người Đức Rudenburg ( 1923) Sau này cuốn sách này được dịch sang nhiều ngôn ngữ khác nhau,

trong đó có bản dịch tiếng Anh xuất hiện vào những năm 1950 Những tài

liệu cũng quan trọng khác đã có những tổng quan chung về động lực hệ thống

điện, đó là sách của các tác giả Yao-nan Yu (1983) Racz và Boskay(1988) và

Kundur (1994) Trong tài liệu bao quát của tác giả Kundur có một bài tổng

quan xuất sắc về xây dựng mô hình và phân tích hệ thống điện, và lập thành

tài liệu chuyên khảo cơ bản về động lực hệ thống điện Hiện tượng điện từ

nhanh, như sóng hay dao động tạm thời, là những mô tả của tác giả

Greenwood ( 1971)

Từ những năm 1940 – 1960, động lực của hệ thống điện được nghiên cứu

tổng quát sử dụng mô hình vật lý ( tương tự) Tuy nhiên sự phát triển nhanh

chóng của công nghệ máy tính đã mang đến một sự phát triển vượt bậc trong

mô hình toán học của hệ thống điện, dựa trên tài liệu chuyên khảo chính về

đề tài này của các tác giả Pai ( 1981 và 1989), Foaad và Vittal (1992),

Murthy ( năm 1994)

Mặt khác nghiên cứu tính ổn định dự trên sử dụng mô hình,vì hệ thống

điện đương thời quá lớn, nên việc phân tích hệ thống điện thông thường

không thể làm thành một mô hình hệ thống hoàn chỉnh, chi tiết Việc xây

dựng mô hình cho cả một hệ thống lớn nảy sinh một số vấn đề từ những

nguyên nhân chủ yếu sau đây:

• Giới hạn thực tế về kích thước của bộ nhớ máy tính

Học viên: Phạm Đình Nguyện

• Thời gian tính toán quá mức mà hệ thống điện lớn đòi hỏi, đặc biệt là khi chạy mô phỏng quá trình quá độ

• Các bộ phận nằm xa điểm nhiễu động thường ít chịu ảnh hưởng

do đó việc xây dựng mô hình về chúng không cần thiết phải quá chính xác

• Thông thường các bộ phận trong hệ thống được kết nối với nhau và mỗi bộ phận có vai trò khác nhau, mỗi bộ phận có một trung tâm điều khiển riêng để xây dựng mô hình điều khiển chung rất phức tạp khó thực hiện

• Ở một số nước, các Công ty điện lực chi tiết về hoạt động kinh doanh của họ Điều này có nghĩa là các dữ liệu quan trọng đối với toàn bộ

hệ thống là không có sẵn

• Giả sử rằng toàn bộ các dữ liệu đầy đủ về hệ thống là có sẵn thì việc lưu trữ các cơ sở dữ liệu liên quan là cực kỳ khó khăn và tốn kém

Để tránh toàn bộ các vấn đề trên đây thì chỉ có một bộ phận của hệ

thống có tên là “ hệ thống trong” được xây dựng mô hình chi tiết Phần còn lại của hệ thống có tên là “ hệ thống ngoài” được thể hiện bằng một mô hình đơn giản gọi chung là “ hệ thống tương đương”

1.1.3 Phạm vi nghiên cứu và y nghĩa của đề tài

Ở Việt Nam, trong những năm qua, sự hội nhập về kinh tế dẫn tới nhu cầu điện năng là rất lớn, xuất hiện nhiều nhà máy điện làm cho việc vận hành

hệ thống điện trở nên phức tạp hơn, đặc biệt là vấn đề về đồng bộ cũng như tính ổn định của hệ thống Trong quá trình vận hành nhiễu loạn lớn gây ra quá trình quá độ có thể dẫn đến mất đồng bộ cho các máy phát điện Vì vậy vấn đề về ổn định góc hệ thống điện cần được xem xét, từ đó rút ra kết luận

Học viên: Phạm Đình Nguyện

cũng như biện pháp nhằm giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi của các nhiễu loạn cũng như quá trình quá độ khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện

Với những lý do nêu trên, việc nghiên cứu ổn quá độ của HTĐ là rất cần thiết trong thực tế hiện nay, vì vậy tác giả chọn đ ề t à i luận văn

thạc sĩ kỹ thuật là “Tính toán ổn định quá độ của hệ thống nhiều máy”

1.2 Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ

1.2.1 Khái niệm và định nghĩa cơ bản

Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto (n) bằng đúng tốc độ quay của từ trường stato n1gọi là máy điện đồng bộ Ở chế độ xác lập, máy điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi

Chế độ Máy phát:

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tua bin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi các động cơ điêzen hoặc xăng, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai ba máy làm việc song song

Chế độ động cơ:

Động cơ đồng bộ công suất lớn được sử dụng trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, truyền động các máy bơm, nén khí, quạt gió v.v Động cơ đồng bộ công suất nhỏ được sử dụng trong các thiết bị như đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, máy bù đồng bộ

Cấu tạo máy điện đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stato và rôto Stato là phần tĩnh (còn gọi là phần ứng ), rôto là phần quay (còn gọi là phần cảm )

Phân tĩnh : Stato của máy điện đồng bộ giống như stato của máy điện không

đồng bộ Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục lõi thép Học viên: Phạm Đình Nguyện

được ép vào trong vỏ máy Dây quấn stato làm bằng dây dẫn điện được bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép

Phần quay: Rô to Máy điện đồng bộ bao gồm lõi thép, cực từ và dây quấn

kích từ Dây quấn kích từ được cấp bởi nguồn điện một chiều để tạo ra từ trường cho Máy

Hai đầu của dây quấn kích từ nối với hai vòng trượt đặt ở đầu trục, thông qua hai chổi than để nối với nguồn 1 chiều

Có hai loại: rôto cực từ ẩn và rôto cực lồi

- Rôto cực lồi: Dùng ở Máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực Rôto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ

- Rôto cực ẩn: Thường dùng ở Máy có tốc độ cao 3000v/ph có Một đôi cực Rôto cực ẩn dây quấn kích từ được đặt ẩn trong các rãnh

1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ

Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ và không có dòng điện chạy trên stato ( chế độ không tải) Khi quay roto bằng động cơ sơ cấp thì từ thông của cực từ roto (do sinh ra) cắt qua dây quấn stato cảm ứng ra sức điện động chậm pha so với nó một góc và

có tần số sức sức điện động cảm ứng là = ( n là tốc độ quay của roto, p

là số đôi cực của máy), rô to trở thành nam châm điện Sức điện động cảm ứng xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng E0=4,44fiWkdq Trong đó W

là số vòng dây của mỗi pha dây quấn phần ứng, kdqlà hệ số dây quấn, là

từ thông trong khe hở dưới một cực từ Dây quấn ba pha stato đặt lệch nhau trong không gian góc 1200điện, cho nên sức điện động các pha lệch nhau góc pha 1200

Học viên: Phạm Đình Nguyện

Trong dây quấn stato xuất hiện nguồn điện ba pha đối xứng Khi dây quấn stato nối với tải, trong các dây quấn có dòng điện ba pha:

iA = Imax sin t

iB = Imaxsin( t – 1200)

iC = Imaxsin( t – 2400)

trong đó t góc pha ban đầu của sức điện động

Dòng điện ba pha được tạo ra giống như ở máy điện không đồng bộ sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1 = 60fi/p (n = 60fi/p =n1), đúng bằng tốc

độ quay n của rôto Do đó máy điện này gọi là máy điện đồng bộ, tác dụng tương hỗ giữa từ trường stato tạo ra lực tác dụng lên roto, vì từ trường của stato quay với tốc độ n1 nên lực tác dụng ây kéo ro to quay với tóc độ n = n1 Sức điện động sinh ra các dòng điện chạy trong cuộn dây stator và phụ thuộc vào tốc độ của rotor Tần số dòng điện của stator đồng bộ với tốc độ roto

Khi hai hoặc nhiều máy đồng bộ được kết nối, các staor và dòng của tất cả các máy phải có cùng tần số và tốc độ rotor của mỗi bên được đồng bộ hóa Do đó vòng quay của máy đồng bộ kết nối phải được đồng bộ với nhau

Việc bố trí vật lý (phân bố không gian) của cuộn dây phần ứng stato lệch nhau 1200

làm từ trường quay ổn định, quay cùng tốc độ các roto Các trường stator và rotor phản ứng với nhau và một kết quả mômen điện từ co xu hướng kéo đồng bộ Để duy trì mô - men điện đầu ra của máy phát, chỉ điều chỉnh mô-men cơ của turbin

1.3 Dao động của roto máy phát điện và bài toán nghiên cứu ổn định góc quá độ

1.3.1 Mối quan hệ giữ vị trí góc và tốc độ quay của máy đồng bộ

Học viên: Phạm Đình Nguyện

Một đặc điểm quan trọng có ảnh hưởng đến sự ổn định hệ thống điện

là mối quan hệ giữa vị trí góc và tốc độ quay của máy đồng bộ Mối quan hệ

này là rất phi tuyến Để minh họa điều này chúng ta hãy xem xét các hệ thống đơn giản thể hiện trong hình 1.2 a Nó bao gồm hai máy đồng bộ kết nối bằng một đường dây có một điện kháng và điện trở và điện dung không đáng

kể Giả sử rằng máy 1 biểu diễn một máy phát điện, máy 2 biểu diễn một động cơ đồng bộ Công suất chuyển giao từ các máy phát điện tới động cơ là một hàm của góc lệch giữa góc quay của hai máy Góc này gồm ba thành phần: Góc trong của máy phát điện , góc lệch giữa điện áp đầu cực máy phát và động cơ, và các góc trong của động cơ Hình 1.2 b cho mô hình của

hệ thống sử dụng để xác định công suất so với góc Một mô hình đơn giản gồm một điện áp trong đặt trước một kháng được sử dụng để đại diện cho mỗi máy đồng bộ Giá trị của điện kháng máy phụ thuộc vào mục đích của nghiên cứu Để phân tích chế độ xác lập, sử dụng các điện kháng đồng bộ với điện áp trong bằng điện áp kích thích

Biểu đồ vectơ được thể hiện trong hình 1.2 c công suất máy phát điện

có quan hệ với góc (δ) được vẽ trong hình 1.2 d Với mô hình phần nào được

lý tưởng hóa, công suất biểu diễn như một hàm sin của góc: Một mối quan hệ rất phi tuyến Với mô hình máy chính xác hơn bao gồm cả các tác động của

tự động điều chỉnh điện áp, quan hệ công suất với góc sẽ lệch đáng kể so với đường hình sin:

sin , = + +

trong đó: P công suất chuyển giao từ máy phát đến động cơ, góc lệch

giữa góc quay của hai máy, điện kháng của máy phát, là điện kháng của động cơ, điện kháng của lưới kết nối, điện áp của máy phát và động cơ

Học viên: Phạm Đình Nguyện

Công suất chuyển dao phụ thuộc vào góc lệch Khi góc lệch bằng 0, không

có công suất được chuyển giao Khi góc lệch tăng, công suất tăng lên tới mức tối đa Sau một góc nào đó, gần 90, công suất lại giảm Do vậy có một công suất tối đa có thể được truyền tải giữa hai máy Độ lớn của công suất này tỷ

lệ thuận với điện áp trong máy và tỉ lệ nghịch với điện kháng giữa các điện

áp này, bao gồm điện kháng của dây dẫn kết nối các máy và điện kháng của máy

Khi có nhiều hơn hai máy, góc tương đối của nó ảnh hưởng đến sự trao đổi năng lượng một cách tương tự Tuy nhiên, giá trị giới hạn của sự thay đổi công suất và góc pha là một hàm phức tạp của hệ thống và tải

1.3.2 Các hiện tượng ổn định.

Sự ổn định là một điều kiện cân bằng giữa các lực đối lập Cơ chế mà các máy đồng bộ kết nối với nhau duy trì đồng bộ với nhau là thông qua việc khôi phục năng lượng, khi có bất kỳ sự thay đổi nào về việc tăng tốc hoặc giảm tốc Điều kiện ổn định là luôn giữ được trạng thái cân bằng, có sự cân bằng giữa các mô-men cơ đầu vào và mô-men điện đầu ra của từng loại máy,

và tốc độ không đổi Nếu hệ thống bị nhiễu loạn trạng thái cân bằng này là khó, dẫn đến tăng tốc hoặc giảm tốc độ của máy theo các định luật chuyển động Nếu một máy phát điện tạm thời chạy nhanh hơn so với máy khác, vị trí góc ro to của nó có xu hướng bị ghìm lại so với các máy chậm hơn Sự khác biệt về góc tương tự như kết quả chuyển giao một phần của tải cho các máy chậm, việc điều chỉnh tùy thuộc vào mối quan hệ góc Điều này có xu hướng giảm khác biệt tốc độ và do đó sự thay đổi góc Các mối quan hệ góc, như đã thảo luận ở trên, rất phi tuyến Ngoài một giới hạn nhất định, một sự gia tăng trong thay đổi góc được đi kèm với sự sụt giảm về chuyển giao năng lượng, điều này làm tăng sự khác biệt góc và dẫn đến sự mất ổn định Đối với bất kỳ tình huống nào, sự ổn định của hệ thống phụ thuộc vào việc góc lệch của rô to có đủ khả năng khôi phục hay không

Khi một máy đồng bộ mất đồng bộ với phần còn lại của hệ thống, thì tốc độ của nó quay ở tốc độ cao hơn hoặc thấp hơn so với yêu cầu để tạo ra điện áp ở tần số của hệ thống Độ "trượt" giữa từ trường stator (tương ứng với tần số hệ thống) so với rô to dẫn đến hệ thống bảo vệ sẽ cô lập các máy không đồng bộ trong hệ thống

Học viên: Phạm Đình Nguyện

Mất đồng bộ có thể xảy ra giữa một máy và các phần còn lại của hệ thống hoặc giữa các nhóm máy Trong trường hợp sau này đồng bộ có thể được duy trì trong mỗi nhóm sau khi tách biệt nó với những máy khác

Sự thay đổi trong mô-men điện của một máy đồng bộ sau một nhiễu loạn có thể tách ra hai thành phần:

= +

là thành phần mômen đồng bộ, Ts: là hệ số đồng bộ hóa : là các thành phần không đồng bộ của mô-men, : là hệ số cản Ổn định hệ thống phụ thuộc vào sự tồn tại của cả hai thành phần của mô-men cho mỗi máy đồng bộ

Khả năng của hệ thống điện để duy trì tính đồng bộ dưới rối loạn nhỏ Những rối nhiễu này xảy ra liên tục trên hệ thống vì sự thay đổi nhỏ trong phụ tải và lưới điện Các rối loạn được coi là đủ nhỏ cho phép tuyến tính hóa các phương trình hệ thống Quá trình mất ổn định có thể chia ra hai trường hợp: i) gia tăng góc rotor do thiếu mô-men đồng bộ, hoặc (ii) dao động rotor tăng do thiếu mô-men cản Phản ứng của hệ thống trước những nhiễu nhỏ phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm cả chế độ vận hành ban đầu, công suất truyền tải và các loại điều khiển kích từ máy phát điện sử dụng

Đối với một máy phát điện kết nối đến một hệ thống dự trữ lớn, trong trường hợp không điều chỉnh kích từ tự động, sự mất ổn định là do thiếu mô-men đồng bộ Điều này dẫn đến sự mất ổn định thông qua chế độ dao động, như thể hiện trong

Hình 1.3 a Với biến thiên liên tục điều chỉnh điện áp, xáo trộn - nhỏ sự ổn định là một trong những điều kiện đảm bảo đủ độ hãm dao động hệ thống Không ổn định là bình thường, thông qua dao động trong biên độ tăng Hình 1.3 b Minh họa bản chất của máy phát điện có điều chỉnh điện áp tự động Học viên: Phạm Đình Nguyện

Hình 1.3 a

Học viên: Phạm Đình Nguyện

Trong các hệ thống điện thực tế hiện nay, sự ổn định tín hiệu nhỏ phần lớn là do không đủ lực cản dao động như:

* Phương thức đơn giản và chế độ của hệ thống được kết hợp với các dao động tại một máy phát điện đối với phần còn lại của hệ thống điện Phương thức đơn giản được sử dụng bởi các dao động được tồn tại, tại một trạm hoặc một phần nhỏ của hệ thống điện

* Chế độ ổn định có liên quan đến dao động nhiều máy trong một phần của hệ thống chống lại các máy khác Chúng được gây ra bởi hai hay nhiều nhóm máy được kết nối với nhau bởi các mối quan hệ riêng

* Các phương thức kiểm soát có liên quan đến việc điều chỉnh, kiểm soát tốc độ, chuyển đổi HVDC và bù tĩnh là những nguyên nhân thông thường dẫn đến sự bất ổn định của các chế độ

* Chế độ hãm được liên kết với các hệ thống thành phần trục quay tua bin máy phát điện Không ổn định của chế độ hãm có thể được gây ra bởi sự tương tác với các điều khiển kích thích, kiểm soát tốc độ, điều khiển HVDC

và dòng bù

Ổn định nhiễu nhỏ là khả năng của hệ thống điện duy trì tính đồng bộ khi bị ảnh hưởng một dao động thoáng qua Hệ thống sẽ phản ứng và tác động đến sự thay đổi của góc rotor máy phát điện Rối loạn và nhiễu có mức

độ khác nhau và có thể xảy ra trên hệ thống Tuy nhiên hệ thống được thiết

kế và hoạt động ổn định khi có các tác động và nhiễu loạn như là ngắn mạch của các dạng khác nhau: Pha- đất, pha-pha-đất, hoặc ba pha

Hình 1.4 minh họa hoạt động của một máy phát điện đồng bộ cho các tình huống ổn định và không ổn định Nó cho thấy các phản ứng góc rotor cho một trường hợp ổn định và cho hai trường hợp không ổn định Trong

trường hợp ổn định (trường hợp 1) Ổn định góc rotor liên quan đến khả năng của máy phát điện đồng bộ trong một HTĐ liên kết vẫn còn giữ được sự đồng

Học viên: Phạm Đình Nguyện

bộ hóa sau khi trải qua các kích động có thể xảy ra trong HTĐ Ổn định quá

độ là khả năng HTĐ vẫn còn duy trì được sự đồng bộ hóa khi trải qua các kích động lớn, ngắn mạch trên đường truyền tải, mất nguồn hoặc mất tải

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH GÓC QUÁ ĐỘ

2.1 Mô hình máy phát điện trong phân tích ổn định quá độ

2.1.1 Phương trình dao động cơ

Chuyển động quay của roto của máy phát điện đồng bộ trong trường hợp chung có thể viết: J / = -

Trong đó: ; là mômen quay của tua bin và máy phát

J là mô men quán tính roto tổ máy phát

y là góc quay của roto máy phát

Mô men quán tính J phụ thuộc vào cấu tạo và khối lượng phần quay Khi roto

vì roto quay theo một chiều Thông thường người ta quan tâm đến chuyển động tương đối của roto, so với một trục quay đồng bộ Trục đồng bộ là trục quay với tốc độ không đổi Ωo bằng tốc độ quay roto ở chế độ định mức( cũng là tốc độ của từ trường ở CĐXL) Nếu coi t = 0 trục tính toán trên roto

và trục đồng bộ trùng nhau thì góc lệch tương đối được tính là:

= y(t) - Ωo t

Học viên: Phạm Đình Nguyện

Trong đó y = + Ωo t, thay vào phương trình chuyển động, ta có thể viết:

J / = - (2.1)

Phương trình dạng (2.1) được coi là phương trình chuyển động tương đối roto của máy phát Góc cũng là hàm của thời gian, thay đổi theo tốc độ quay Gọi tốc độ quay của máy phát trong QTQĐ là Ω(t) = dy(t)/dt, ta có tốc độ thay đổi góc lệch tương đối

d /dt = Ω - Ωo Như vậy khi máy phát quay bằng tốc độ đồng bộ góc lệch không thay đổi

Khi ứng dụng vào tính toán thực tế thì phương trình(2.1) còn được biến đổi

về nhiều dạng khác nhau tùy theo sự tiện lợi sử dụng Trước hết là biến đổi

sử dụng hằng số thời gian quán tính hoặc H thay cho mô men quán tính J Biến đổi bằng cách nhân và chia vế trái với 2 Ωo²

vòng quay trong 1 phút: Ωo = 2 /60 ( 1/s); n là tốc độ quay ( vòng/ phút)

Có thể tính Tj = ( s)

Trong công thức tính bằng MVA, GD² bằng tấn.m² ; n-bằng vòng/phút

Tốc độ biến thiên của góc lệch tương đối d /dt trong QTQĐ có trị số nhỏ hơn

rất nhiều so với tốc độ Ωo ,do đó có thể coi xấp xỉ :

Ω = Ωo + d /dt Ωo

Công suất P = ΩM ΩoM

Kết quả có thể áp dụng cách tính gần đúng theo công suất :

Tj = - (2.2)

Người ta còn đưa vào khái niệm góc độ hình học và góc độ điện Góc tính

như phần trên đều là góc độ hình học Sự phân biệt ra góc độ xuất hiện phát

từ cấu tạo nhiều đôi cực của máy phát đồng bộ (máy phát thủy điện ) Khi số

đôi cực nhiều hơn 1(mp >1) thì roto quay một vòng, ứng với h (độ hình

học )thì các đại lượng đã biến thiên mp đ (độ điện) Góc độ điện là

chung cho toàn hệ thống nên được lấy làm chuẩn ,các máy phát có số đôi cực

khác nhau được quy về cùng tính theo góc độ điện Khi đó để viết phương

trình chuyển động cơ học theo góc độ điện lại cần phải chuyển đổi Để ý

rằng tốc độ quay, tính theo góc độ điện lớn hơn tính theo góc độ hình học mp

lần Nếu ký hiệu tốc độ góc quay của máy phát ,tính theo góc độ điện là ,

còn tính theo hình học là Ω thì Ω = /mp Ở tốc độ quay đồng bộ Ωo =

/mp Khi đó phương trình chuyển động (2.2) cần phải viết là (với tính theo

góc độ điện ):

Học viên: Phạm Đình Nguyện

Trong các phương trình trên ,các công suất P vẫn được tính trong hệ đơn vị

có tên Nếu tính công suất trong hệ đơn vị tương đối, phương trình có dạng đơn giản hơn :

= -

Đôi khi để thuận lợi trong cách viết người ta còn tính Tj bằng đơn vị rad, nghĩa là :Tj(rad)= Tj(s).Khi đó phương trình chuyển động có dạng gọn nhất :

= - Khi đó mỗi góc lệch , theo nghĩa nào đó lại được gọi là góc tuyệt đối Ngoài ra ,để phương trình có dạng chuẩn Cô-Si ( bậc nhất với các đạo hàm nằm bên trái ) người ta sử dụng tốc độ chuyển động tương đối s =

d /dt = - Khi đó hệ phương trình chuyển động tương đối rôto các máy phát trong hệ thống phức tạp có dạng :

Học viên: Phạm Đình Nguyện

d /dt =

d /dt = = ( - ) (2.4)

i = 1, 2, n

2.1.2 Công suất của máy phát trong quá trình quá độ

a) Phương trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ

- Sức điện động do từ trường trong khe hở sinh ra:

: Điện áp ở đầu cực máy

và : Điện trở và điện kháng tải của dây quấn phần ứng

: Là sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở

- Đối với máy phát điện đồng bộ cực ẩn:

= - ( + j ) (2.7)

Với: = + điện kháng đồng bộ

: Sức điện động không tải

- Đối với máy phát điện đồng bộ cực lồi:

= - - j - j (2.8)

Với : = + : Điện kháng đồng bộ dọc trục

= + : Điện kháng đồng bộ ngang trục

Học viên: Phạm Đình Nguyện

b) Phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ

Khi đấu tải vào dây quấn phần ứng máy phát, mạch kín cho dòng qua tải Dòng qua tải có tính chất của dòng cảm ứng vì được sinh ra bởi các sức điện động cảm ứng từ ba pha dây quấn trên stator máy phát Theo định luật Lenz các dòng cảm ứng có khuynh hướng tạo các hệ quả đối kháng lại nguyên nhân ban đầu sinh ra nó Do đó các dòng qua phần ứng hình thành từ trường tương tác lên từ trường phần cảm Sự tương tác giữa hai thành phần từ trường này được gọi là phản ứng phần ứng Tùy thuộc vào tính chất của tải (hệ số công suất của tải) ta có 3 trường hợp sau khi xét phản ứng phần ứng

* Tải thuần trở: sức điện động E cùng pha với dòng điện I ( = )

I

Hình 2.1 Phản ứng phần ứng với tải thuần trở

Vậy từ thông phần cảm và phần ứng có phương vuông góc với nhau Kết quả của sự tương tác này làm từ thông phần cảm có thay đổi và ảnh hưởng đến giá trị của sức điện động sinh ra trên mỗi pha Vì phương của các từ thông này vuông góc với nhau, ta nói phản ứng phần ứng

là dạng khử từ ngang trục

Học viên: Phạm Đình Nguyện

*Tải thuần cảm: Sức điện động E lệch pha với dòng điện I một góc

( = )

I

Hình 2.2 Phản ứng phần ứng với tải thuần cảm

Vậy từ thông phần ứng có khuynh hướng khử từ thông phần cảm Vì

hướng của các từ thông ngược nhau, ta nói phản ứng phần ứng là dạng khử

Từ thông phần cảm và phần ứng cùng hướng với nhau, ta nói từ thông

phần ứng có khuynh hướng hổ trợ từ thông phần cảm Phản ứng phần ứng

là dạng trợ từ dọc trục

Học viên: Phạm Đình Nguyện