Khảo sát quá trình động học hệ thống máy phát động cơ sơ cấp làm việc với lưới điện

Tìm hiểu và thành lập các mô hình toán, mô hình động học của các phần tử trong hệ thống điện xoay chiều turbine, máy phát đồng bộ, các bộ kích từ, bộ ổn định hệ thống điện PSS, máy biến

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-o0o -

ĐỖ TẤN DINH

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH ĐỘNG HỌC

HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ SƠ CẤP

LÀM VIỆC VỚI LƯỚI ĐIỆN

CHUYÊN NGÀNH : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, 07 - 2006

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ……… tháng ……… năm 2006

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp.HCM, ngày tháng năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐỖ TẤN DINH Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 22/06/1982 Nơi sinh: Bạc Liêu

Chuyên ngành: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MSHV: 01804475

I -TÊN ĐỀ TÀI : Khảo sát quá trình động học hệ thống máy phát – động cơ sơ cấp làm

việc với lưới điện

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/1/2006

VI- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/6/2006

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Hữu Phúc

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày ………… tháng ……… năm 2006 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

Trang 4

LỜI CÁM ƠN

Luận văn này đã được hoàn thành với sự giúp đỡ rất nhiều của quý thầy cô, anh chị và bạn bè Trước hết tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hữu Phúc, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin trân trọng biết ơn những chỉ bảo quý giá, những sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Hệ Thống Điện và các thầy cô của trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, những người đã cho tôi có được những kiến thức cơ bản, giúp tôi thực hiện thành công luận văn ngày hôm nay

Tôi xin trân trọng biết ơn Ban Giám Hiệu, lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử, bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại Học Bán Công Tôn Đức Thắng đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong giai đoạn thực hiện luận văn

Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến bạn bè, các đồng nghiệp và gia đình về những góp ý chân tình và là những người đã tạo điều kiện tốt, đã cùng nhau gánh vác, chia sẽ công việc để giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này

Trân trọng

Trang 5

Tóm tắt luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng cao về số lượng, quy mô cũng như chất lượng của khách hàng, đòi hỏi ngành điện phải không ngừng tăng cường công suất phát, mở rộng phạm vi cung cấp, đặc biệt chú ý đến chất lượng và an ninh điện năng cung cấp cho khách hàng Để thành công cần phải biết nghiên cứu áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại, đưa công nghệ thông tin vào trong sản xuất cũng như vận hành lưới điện, để kịp thời phân tích, đánh giá tình trạng vận hành lưới điện một cách nhanh chóng, từ đó đưa ra những giải pháp vận hành hệ thống điện tối ưu nhất, đảm bảo điện năng cung cấp cho khách hàng đạt tiêu chuẩn tốt nhất về số lượng, chất lượng, độ tin cậy và có chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối nhỏ nhất

Quá trình động học trong hệ thống điện chi tiết được mô tả bằng hệ phương trình vi phân phi tuyến rất phức tạp, để có được lời giải tốt đòi hỏi rất nhiều thông số và mất thời gian rất nhiều nếu giải bình thường Để cải thiện, ngày nay người ta thường dùng phương pháp số, với sự trợ giúp của máy tính để giải các phương trình đó

Luận văn này tập trung tìm hiểu, nghiên cứu các chế độ, các quá trình động học và ổn định trong hệ thống điện Tìm hiểu các phương pháp thông dụng nghiên cứu ổn định hệ thống điện ( phương pháp diện tích, phương pháp tích phân số, … ) Tìm hiểu và thành lập các mô hình toán, mô hình động học của các phần tử trong hệ thống điện xoay chiều ( turbine, máy phát đồng bộ, các bộ kích từ, bộ ổn định hệ thống điện PSS, máy biến áp, đường dây truyền tải, phụ tải,…) Theo đó tiến hành xây dựng các mô hình hệ thống ( hệ thống một máy phát kết nối với thanh cái vô hạn, hệ thống nhiều máy phát kết nối với nhau từ đơn giản đến phức tạp ) và thực hiện mô phỏng với sự trợ giúp của công cụ SIMULINK trong phần mềm MATLAB Từ đó có những nhận xét, đánh giá trực quan các kết quả mô phỏng

Trang 6

Mục lục GVHD : TS.NGUYỄN HỮU PHÚC

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Mục lục

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG HỌC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1

1.1 Khái niệm chung về hệ thống điện và mạng điện 1

1.2 Các chế độ của hệ thống điện 1

1.3 Hiện tượng động học và ổn định trong hệ thống điện 5

1.4 Các dao động điện cơ 10

1.4.1 Máy đồng bộ nối với thanh cái vô hạn 10

1.4.2 Mô hình cổ điển trong hệ thống điện với nhiều máy phát 14

1.4.3 Mô hình tổng quát quá trình quá độ điện – cơ 18

1.5 Phương pháp diện tích – nghiên cứu ổn định hệ thống điện 21

1.5.1 Tăng công suất đột ngột trên máy phát 22

1.5.2 Aûnh hưởng thời gian cắt ngắn mạch 23

1.6 Các phương pháp phân tích số 25

1.6.1 Phương pháp EULER 25

1.6.2 Phương pháp Runge – Kuta(R – K) 26

1.6.3 Phương pháp phân loại gián tiếp 27

1.7 Kết luận 28

Chương 2 – MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC TURBINE – MÁY PHÁT 30

2.1 Giới thiệu về máy phát đồng bộ 30

2.2 Thông số máy phát 31

2.3 Những phương trình rôtor 32

2.3.1 Những phương trình trục d 32

2.3.2 Mạch tương đương trục d 33

Trang 7

2.3.3 Những phương trình trục q 35

2.3.4 Mạch tương đương trục q 36

2.4 Những phương trình stator 38

2.5 Ghép nối máy phát với mạng điện 38

2.5.1 Phương pháp cuộn dây giả tưởng 40

2.5.2 Tính toán nguồn dòng máy phát 41

2.6 Momen điện từ 43

2.7 Những phương trình chuyển động 43

2.8 Tính toán điều kiện đầu 44

2.9 Biến đổi của mô hình 2.2 46

2.10 Quán tính trung tâm (COI) 47

2.11 Giới thiệu về hệ thống turbine và bộ điều tốc 48

2.12Mô hình turbine 48

2.12.1 Mô hình turbine khí 48

a Quá trình động học cơ bản trong gas turbine 50

b Mô hình hệ thống điều khiển gas turbine 50

c Biểu diễn toán học của gas turbine 52

2.12.2 Mô hình Turbine hơi 55

2.12.3 Mô hình Turbine thủy lực 59

2.13 Mô hình của hệ thống điều tốc 64

2.13.1 Hệ thống điều tốc cho turbine thủy lực 64

2.13.2 Hệ thống điều tốc cho turbine hơi 66

2.14 Kết luận 67

Trang 8

Chương 3 – MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC CÁC PHẦN TỬ LƯỚI ĐIỆN 68

3.1 Giới thiệu 68

3.2 Các phần tử chính của hệ thống kích từ 68

3.2.1 Hệ thống kích từ một chiều dc .70

3.2.2 Hệ thống kích từ xoay chiều ac 71

3.2.3 Hệ thống kích từ tĩnh 75

3.3 Giới thiệu về bộ ổn định hệ thống PSS 78

3.4 Những dạng của bộ ổn định hệ thống 78

3.5 Bộ ổn định PSS một đầu vào 79

3.5.1 Bộ PSS với tín hiệu vào là độ lệch tốc độ rôto 79

3.5.2 Bộ PSS tín hiệu vào tần số .80

3.5.3 Bộ PSS tín hiệu vào công suất 81

3.6 Bộ PSS hai đầu vào 81

3.7 Giới thiệu về mô hình mạng truyền tải 82

3.8 Đường dây truyền tải 83

3.9 Máy biến áp .83

3.10 Mô phỏng sự cố 84

3.11 Giới thiệu về mô hình tải .84

3.12 Mô tả đa thức tải 85

3.13 Mô hình tải phụ thuộc tần số 86

3.14 Mạch tương đương tải 86

3.15 Hiệu chỉnh những đặc tính tải dạng hằng số công suất 87

3.16 Một phương pháp để tránh giải lặp của những phương trình đại số .87

Trang 9

Chương 4 – MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG ĐIỆN 89

4.1 Giới thiệu về MATLAB – SIMULINK và lưu đồ giải thuật 89

4.2 Mô phỏng hệ thống máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn 92

4.3 Mô phỏng hệ thống điện 10 nút, 4 máy phát 97

4.4 Hệ thống điện IEEE 145 nút, 50 máy phát 113

Chương 5 – TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 133

5.1 Tổng kết 133

5.2 Đề nghị hướng phát triển cho đề tài 134

Trang 10

Chương 1 GVHD: TS NGUYỄN HỮU PHÚC

Trang 1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG HỌC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Khái niệm chung về hệ thống điện và mạng điện

Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các lĩnh vực hoạt động kinh tế và đời sống con người

Điện năng được sản xuất trong các nhà máy điện bao gồm: nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, nhà máy điện nguyên tử, …

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ, …) được nối kết với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Mạng điện là một tập hợp gồm các trạm biến áp, trạm đóng cắt, các đường dây trên không và các đường dây cáp Mạng điện dùng để truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến hộ tiêu thụ

Điện năng truyền tải đến các hộ tiêu thụ phải thỏa mãn các tiêu chuẩn về chất lượng phục vụ (gồm chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện) và có chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối nhỏ nhất

1.2 Các chế độ của hệ thống điện

Các chế độ làm việc của hệ thống điện (HTĐ) được chia làm 2 loại chính: chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ) Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi, hoặc trong những khoãng thời gian tương đối ngắn, chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các trị số định mức Chế độ làm việc lâu dài của HTĐ là chế độ xác lập Chế độ sau sự cố, hệ thống được phục hồi và làm việc tạm thời cũng là CĐXL Ở các CĐXL sau sự

Trang 11

Từ các khái niệm nêu trên, ta thấy rằng điều kiện tồn tại CĐXL gắn liền với sự tồn tại điểm cân bằng công suất Khi đó thông số hệ thống mới giữ không đổi (máy phát duy trì được tốc độ quay đồng bộ) Tuy nhiên, thực tế luôn tồân tại những kích động ngẫu nhiên (như thay đổi công suất phụ tải, đóng cắt thiết bị điện,…) làm lệch thông số khỏi điểm cân bằng (tuy rất nhỏ) Trong trường hợp đó hệ thống vẫn phải duy trì được độ lệch nhỏ của các thông số, nghĩa là đảm bảo tồn tại chế độ xác lập Khả năng này phụ thuộc vào tính ổn định tĩnh của hệ thống Xét trạng thái cân bằng công suất của hệ thống như hình 1.1

Trang 12

EU

Trong đó: XH = XMF +XMBA +XD/2

Tại hai điểm cân bằng a và b ứng với các trị số góc lệch δ01 và δ02:

δ01 = arcsin(PT/Pm) ; δ02= 1800 – arcsin(PT/Pm) Tuy nhiên chỉ có điểm cân bằng a là ổn định và tạo nên chế độ xác lập Để đưa ra khái niệm ổn định động, hãy xét các đặc trưng quá trình quá độ (QTQĐ) diễn ra trong hệ thống sau những kích động lớn, ví dụ xét hệ thống điện như hình 1.1, một trong hai đường dây đột ngột cắt ra Đặc tính công suất được biểu diễn như hình 1.2 Quá trình quá độ đó có thể chuyển thành CĐXL tại δ’01 hoặc không, phụ thuộc vào tính chất của hệ thống và mức độ kích động Nếu quá trình dao động của hệ thống tắt dần đến điểm cân bằng δ’01

của chế độ xác lập mới (hình 1.2(a)), xác định hệ thống ổn định động Ngược lại, cũng với hệ thống trên, xét trường hợp trị số điện kháng đường dây chiếm

tỉ lệ lớn hơn trong điện kháng hệ thống (đường dây dài) Đặc tính công suất khi một đường dây bị cắt sẽ hạ thấp hơn như trong hình 1.2(b) Trường hợp này dao động của hệ thống không tắt dần ở δ’01 dẫn đến mất đồng bộ tốc độ quay của máy phát Hệ thống mất ổn định động Ta có các định nghĩa cụ thể về ổn định như sau :

Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống sau những kích động nhỏ phục hồi được chế độ ban đầu hoặc rất gần với chế độ ban đầu (trường hợp kích động không được loại trừ)

Trang 13

Trang 4

Ổn định động là khả năng của hệ thống sau những kích động lớn phục hồi dược trạng thái ban đầu hoặc gần với trạng thái ban đầu (trạng thái vận hành cho phép)

Khi hệ thống rơi vào trạng thái mất ổn định sẽ kéo theo các sự cố nghiêm trọng có tính chất hệ thống:

Các máy phát sẽ làm việc ở trạng thái không đồng bộ, cần phải cắt

ra làm mất những lượng công suất lớn

Tần số hệ thống bị thay đổi lớn làm ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ

Điện áp giảm thấp, có thể gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp tại các nút phụ tải

Do hậu quả nghiêm trọng của sự cố mất ổn định, nên khi thiết kế và vận hành HTĐ cần phải đảm bảo các yêu cầu cao về tính ổn định:

Hệ thống cần có ổn định tĩnh trong mọi tình huống vận hành bình thường và sau sự cố

0

1 2

Trang 14

Trang 5

Cần có độ dự trữ ổn định tĩnh cần thiết để HTĐ có thể làm việc bình thường với những biến động thường xuyên của các thông số chế độ Hệ thống cần đảm bảo ổn định động trong mọi tình huống thao tác, vận hành và kích động của sự cố Trong điều kiện sự cố, để giữ ổn định động có thể áp dụng các biện pháp điều chỉnh điều khiển (kể cả biện pháp thay đổi cấu trúc hệ thống, cắt một số các phần tử không quan trọng)

1.3 Hiện tượng động học và ổn định trong hệ thống điện

Trong một hệ thống điện, một trong số các hiện tượng mà sự khác biệt của nó ở một vài khía cạnh có nguồn gốc từ vật lý, chẳng hạn như phổ tần của nó có thể được quan sát Hệ thống ở trong trạng thái động nếu đạo hàm theo thời gian của một vài biến số hệ thống là khác không Khi độ lớn của tải luôn thay đổi một cách tự phát, nó có thể gây ra tình trạng mất ổn định trong hệ thống điện Thực tế, để giải quyết các bài toán như vậy thường rất khó Do vậy, hầu hết các trường hợp trong nghiên cứu khoa học và các ứng dụng các kiến thức khoa học vào việc thiết kế, nhiều hay ít đều lý tưởng hoá các chế độ và những mô hình đơn giản phải được nghiên cứu và phân tích kỹ lưỡng Sự đơn giản hoá và lý tưởng hoá thuận tiện cho việc phân tích hệ thống và góp phần đạt được kết quả và giúp cho việc nghiên cứu và đưa ra lời giải thích một cách dễ dàng hơn Vì vậy có thể hoàn toàn chấp nhận các giả thiết rằng tải, môment quay turbine, điện áp đầu cực máy phát là không đổi Trạng thái đó được xem như là “trạng thái bền vững”

Hiện tượng động bắt đầu từ nhiễu của hệ thống hoặc bởi sự biến đổi của các biến hệ thống Sự nhiễu loạn có thể xuất phát khi xảy ra sự cố, hoặc từ việc hoạt động đóng cắt điện Thông thường, người ta mong muốn sự nhiễu

Trang 15

Trang 6

loạn sinh ra do người điều khiển hệ thống hoặc từ các bộ điều khiển sẽ không gây nguy hiểm đến ổn định hệ thống Sự nhiễu loạn bắt nguồn từ một vài sự cố pha chạm đất hoặc sự cố ngắn mạch có thể gây ra sự biến đổi lớn về trạng thái hệ thống điện, mà trường hợp xấu nhất có thể làm cho hệ thống hoặc một phần của hệ thống mất ổn định Vì hệ thống điện là một hệ thống phi tuyến, độ ổn định của hệ thống sau nhiễu phụ thuộc vào mức độ và đặc tính của nhiễu đó Hệ thống tuyến tính, không phụ thuộc vào nhiễu, được phân ra là hệ thông ổn định hoặc không ổn định Nghĩa là độ ổn định là một thuộc tính của hệ thống Từ đó không cho phép một hệ thông điện, nơi có độ ổn định cao phụ thuộc vào nhiễu Một cách tổng quát, ổn định hệ thống được định nghĩa như sau

Hệ thống điện được gọi là ổn định với nhiễu nếu hệ thống đó đạt được trạng thái bền vững nào đó trong một thời gian giới hạn sau nhiễu Trạng thái bền vững đó phải đảm bảo được chấp nhận trong vận hành Ngược lai, gọi là hệ thống không ổn định

Hệ thống không nhất thiết phải trở về trạng thái ổn định như trước khi nhiễu Chẳng hạn một vài thành phần (như đường dây hoặc máy phát) tách ra khỏi hệ thống do bị nhiễu, lúc đó hệ thống sẽ trỡ về trạng thái ổn định mới

Hiện tượng động trong hệ thống đươcï phân loại như sau:

• Quá độ (điện từ) nhanh : (100Hz – MHz)

• Dao động điện cơ (dao động của rôto trong máy phát) (0.1 – 3Hz)

• Hiện tượng động không điện, ví dụ nhiệt động lực hoặc các hiện tượng cơ khí khác (khoảng 10Hz)

Một sự kiện nhiễu khởi đầu trong hệ thống điện có thể gây ra hiện tượng động trong cả 3 nhóm nêu trên Một sự phóng điện trên đường dây truyền tải có thể gây ra quá điện áp, phá hỏng cách điện, dẫn đến sự cố chạm đất, gây ra

Trang 16

Trang 7

dao động mạnh của rôto máy phát đồng bộ Có thể cắt phần tử hệ thống có khả

năng gây nhiễu, làm cho môment của một số máy phát trong hệ thống có sự

thay đổi và xuất hiện sự mất cân bằng công suất giữa nguồn phát và tải tiêu

thụ, tần số trong hệ thống sụt giảm và cần phải tăng cường công suất các tổ

máy tham gia điều khiển tần số Như vậy hiện tượng phóng điện ban đầu đã

khởi tạo quá trình động trong cả 3 nhóm nêu trên

Cách khác để phân loại hiện tượng động như hình 1.3 Sự phân loại này

dựa theo tỷ lệ thời gian của hiện tượng và mô hình toán được sử dụng để phân

tích

Hình 1.3 Các trạng thái động trong hệ thống điện Các nhóm được phân

chia như sau: A: quá độ điện từ nhanh B: động học trong máy đồng bộ C: hiện

tượng ở trạng thái gần bền vững D: hiện tượng ở trạng thái bền vững

Thực tế không thể thiết lập được mô hình mà có thể mô tả đúng tất cả

các hiện tượng động học xảy ra trong hệ thống tại cùng một thời điểm Thông

(phương trình vi phân) (lý thuyết truyền sóng)

quá độ phóng điện

quá độ đóng cắt

cộng hưởng và bão hoà từ quá độ stato

ổn định ngắn hạn

ổn định dài hạn

(phương trình đại số và

vi phân)

dòng điện sự cố

(phương trình đại số)

độ méo của hài

Trang 17

Trang 8

thường, một mô hình biểu diễn chỉ cho một vài sự kiện, hoặc chỉ cho hiện tượng cần được nghiên cứu để sử dụng Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, mô hình tương ứng của một phần tử nào đó trong hệ thống điện có thể khác nhau Rõ ràng rằng nếu mục đích nghiên cứu liên quan đến dao động công suất giữa các máy phát trong hệ thống, hoàn toàn khác với các mô hình phân tích ảnh hưởng xung sét trong dây quấn của máy phát đồng bộ Cụ thể, hình 1.4 cho thấy các mô hình khác nhau của một máy phát Thể hiện các thông tin về phạm vi tần số ứng với các mô hình khác nhau được sử dụng

Mặc dù về mặt lý thuyết có thể phát triển một mô hình hoàn chỉnh thể hiện tất cả các hiện tượng động trong hệ thống điện, đó là một vấn đề phải được xem xét nếu như có một mô hình hữu dụng như thế Trước tiên, một mô hình như thế sẽ yêu cầu một số lượng rất lớn các dữ liệu đầu vào phải được xác định Thứ hai, kết quả thu được từ mô hình như thế sẽ rất khó để phân tích và hiểu được Ngoài ra, nó đòi hỏi cần có sự đầu tư lớn về công sức Hơn nữa, trí tuệ con người khó để có thể phiên dịch và đánh giá tới hạn các kết quả mà một mô hình phức tạp cho ra Đánh giá tới hạn và hiểu được kết quả là điều cần thiết cho việc nghiên cứu khoa học của người kỹ sư Ngày nay, tất cả các tính toán và mô phỏng đều được thực hiện với sự trợ giúp của máy tính, điều đó rất quan trọng để đạt được mong muốn về các kết quả đầu ra hợp lý Như vậy, các lỗi thông thường do bị sai ở các cơ sở dữ liệu đầu vào, lỗi trong mô hình, sai giả thiết,… có thể được loại trừ tới một phạm vi rất lớn Hệ số con người là yếu tố quan trọng nhất trong phân tích và mô phỏng trên máy tính

Trang 18

Trang 9

Máy phát

Nhóm I 0.1 – 3Hz

Nhóm II 50/60Hz–30Hz

Nhóm III 10kHz – 3MHz

Nhóm IV 100kHz – 50MHz

Mô phỏng

Các phương trình MF thực hiện mô phỏng trong hệ trục dq Bảo hoà từ Kích từ Môment cơ khí Chuyển tiếp

từ siêu quá

độ đến quá

độ và đến

đồng bộ

Rất quan trọng nếu có các hiện tượng đóng cắt

Chỉ quan trọng trong trường hợp sự suy giảm dòng ngắn mạch là không đáng kể

Hình 1.4 Mô hình của máy phát đồng bộ với các vùng tần số khác nhau

E

C/2

Trang 19

Trang 10

Các mô tả trong bản tóm tắt này dùng nghiên cứu hiện tượng động trong hệ thống điện, đặc biệt nhấn mạnh hiện tượng điện – cơ, bên cạnh đó những hiện tượng khác cũng được xem xét nghiên cứu

Các mô hình, về nguyên lý cơ bản có thể có sai sót theo hai cách khác nhau Đầu tiên, có thể sai về cấu trúc Nó có thể là do quá đơn giản khi xem xét các tác động và các quá trình xử lý hoặc mô hình không chính xác về chúng Điều này rất quan trọng và nó có thể dẫn đến kết quả bất lợi Thứ hai, nhập sai các thông số đầu vào cũng sẽ dẫn đến kết quả không đúng Trong một hệ thống lớn như hệ thống điện, có đến hàng ngàn thông số đầu vào cần được xác định cho một hệ thống hoàn chỉnh Điều đó rất khó khăn, nhưng cũng hết sức quan trọng và nó cần được lưu trữ, cập nhật một cách chắc chắn để phục vụ cho công việc mô phỏng của người kỹ sư

1.4 Các dao động điện – cơ

Như đã đề cập ở trên, dao động điện – cơ là một hiện tượng quan trọng khi các sự kiện động xảy ra trong một hệ thống điện Nhiều hiện tượng sẽ được nghiên cứu xuất phát từ sự dao động rôtor của máy điện đồng bộ và phương trình mô tả hiện tượng đó, đôi khi kết hợp cùng với các mối tương quan khác để phân tích các sự kiện tức thời Chúng ta sẽ bắt đầu với việc thành lập phương trình dao động của máy điện đồng bộ trong một mạng lớn và tiếp tục với mô hình cổ điển cho trường hợp nhiều máy kết nối cùng hệ thống Cuối cùng sẽ đi đến kết luận với một mô hình tổng quát hơn mô tả sự dao động của rôtor trong một hệ thống điện

1.4.1 Máy đồng bộ nối với thanh cái vô hạn

Khảo sát hệ thống được mô tả như hình 1.5

Trang 20

−

=+

ω0

Với các tham số:

H : hằng số quán tính (H – hệ số) [MWx/MVA = s]

D : hằng số suy giảm [pu/(rad/s)]

Pm : công suất cơ tại turbin [pu]

Pe : công suất điện máy phát [pu]

ω : tần số góc dao động của rôtor [rad/s]

ω0 : tần số góc điện danh định (=2πf0 [rad/s])

θ : vị trí góc của rôtor [rad]

Phương trình (1.2) có thể viết theo một vài dạng khác nhau, phụ thuộc vào hệ thống đơn vị sử dụng Phương trình vi phân (1.2) nhận được từ giả thiết rằng tần số dao động của rôtor nhỏ hơn tần số danh định của hệ thống Tần số góc ω được định nghĩa dựa theo máy phát chuẩn với tốc độ quay không đổi Dao động rôtor điều chỉnh về chuyển động bình thường của rôtor và nếu biên độ dao động là nhỏ, thì điện áp và dòng điện sinh ra trong hệ thống với tần số

Thanh cái vô cùng lớn

tảiMáy phát đồng bộ

Hình 1.5 Kết nối máy phát đồng bộ với

Trang 21

• Sự suy giảm là không đáng kể Nghĩa là đặt D=0 Để nghiên cứu ổn định, đây là giả thiết bình thường cần duy trì

• Giả sử công suất cơ của máy điện Pm là hằng số Đó là điều đáng tin cậy, nếu sự khảo sát, nghiên cứu được giới hạn với các sự kiện chỉ xảy ra một vài giây sau biến động lớn

• Máy điện đồng bộ có thể được mô hình như sau: một nguồn áp không đổi (emf) E theo sau đó là điện kháng Điện kháng này thường được giả thiết tương đương với x’d, và góc tại sức điện động hằng số được giả thiết theo góc rôtor θ Từ lý thuyết máy đồng bộ ta có được mô hình đơn giản hoá của máy điện

• Phân bố công suất trong lưới điện thì được giả thiết là đối xứng và cân bằng và được xác định bằng phương trình phân bố tải tĩnh và các giả thiết ở các mục trước:

Với các giả thiết nêu trên, phương trình (1.2) được viết lại như sau:

θ

ωω

dt d

E P f dt

d 2H

m, , ) (

1

0 (1.3)

Trang 22

Trang 13

Với các hằng số Pm và E được xác định từ trạng thái ban đầu của hệ

thống và hàm f1, cho ta phân bố công suất trong hệ thống Phương trình (1.3) có

thể được viết ngắn lại dưới dạng véc tơ như sau:

2 1

0

2

x x

x E P f H

Hàm g là một hàm vectơ v là một vectơ chứa các thông số định nghĩa

hệ thống, như điện kháng máy đồng bộ, điện kháng đường dây, môment quay

turbin, …

Hình 1.6: Sơ đồ tương đương của hệ thống đơn giản Nếu tải tại máy phát là không đáng kể và đường dây được thay thế bởi

duy nhất điện kháng xe (bỏ qua tổn thất và dẫn nạp đường dây, điện kháng

máy biến thế tại đầu cực máy phát bao gồm trong xe) Sơ đồ tương đương như

Trang 23

x x x

EU P

H

x

e d m

(1.8)

Giải hệ phương trình (1.8) bằng phương pháp tích phân giản lược, nhưng

nó thường dễ dàng hơn nếu giải phương trình trên băng phương pháp số Để

xác định hệ thống có ổn định hay không, có thể áp dụng tiêu chuẩn diện tích

tương đương

Phần bên phải của phương trình thứ nhất của hệ phươn trình (1.8) có ảnh

hưởng quyết định đến đáp ứng của hệ thống sau nhiễu Biểu thức đó được xác

định bởi đường cong hình 1.7 Điểm cân bằng là điểm giao giữa Pe và Pm xác

định trạng thái ổn định hệ thống Điểm bên trái là điểm ổn định, trong khi đó

điểm bên phải thì không ổn định

1.4.2 Mô hình cổ điển trong hệ thống điện với nhiều máy phát

Mô hình đơn giản được đề cập trong phần trước tất nhiên sẽ rất hạn chế

trong việc nghiên cứu hệ thống thực tế Nhân tố chính thúc đẩy việc phân tích

một mô hình đơn giản là nắm bắt và hiểu sâu hơn về vấn đề Hơn nữa, mô hình

có thể được sử dụng cho những tính toán được đơn giản hoá Trong phần này

x x

U E P

x2(θ)Hình 1.7 Đồ thị của Pm và Pecho phương trình (1.8) khi hàm x2=θ

Trang 24

Trang 15

chúng ta sẽ mở rộng mô hình được sử dụng trong phần trước cho hệ thống với

nhiều hơn một máy phát đồng bộ Với các giả thiết để thực hiện mô hình

• Sự suy giảm không đáng kể (bỏ qua)

• Công suất cơ, như công suất turbin, Pm là hằng số

• Máy đồng bộ được mô hình điện như là một nguồn điện áp

không đổi nối với điện kháng quá độ x’d Góc pha của điện áp nguồn thì giả thiết cùng pha với góc pha của rôtor

• Tải được thay thế với trở kháng bằng đúng như trở kháng tải

trong trạng thái trước nhiễu

Hệ thống trong hình 1.8 với n nguồn máy phát, hình thành từ các tổ máy

phát Từ những nguồn cung cấp này, dòng điện vào có thể được viết như sau:

E Y

ij Y G jB

Mô tả một mạng thụ động và các phụ tải nhìn từ bên trong sức điện

động trong các máy phát Như vậy, tải được bao gồm trong ma trận dẫn nạp

nút, mà phần thực của nó Gij có thể khác không, nếu điện trở đường dây được

bỏ qua

Công suất thực của máy phát thứ i là: P ei =R(E i.I i) (1.12)

Cũng có thể được viết bởi

)) (

j ij i

=

j i

j i ij ij j i ii

i G E E Y

E2 cos(δ θ θ ) (1.13)

Trang 25

Trang 16

)cos(

)sin(

(

≠

−+

=

j i

j i ij j i ij j i ii

ei mi i

H

ωθ

ωω

Hình 1.8 Sơ đồ biểu diễn mô hình cổ điển cho hệ thống nhiều máy

Với Pei được xác định từ phương trình (1.13) Từ đó Pei cũng phụ thuộc

vào nhiều góc khác hơn góc của máy phát thứ i Hệ thống được mô tả bởi 2n

cặp phương trình vi phân bậc nhất Từ đây, hệ thống có thể được mô tả bởi

vectơ trạng thái

T n n

Thỏa mãn phương trình vi phân

Hàm vectơ f phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của hệ thống và nó là

hàm phi tuyến, từ các công thức (1.13), (1.14)

Tải 1

Hệ thống truyền tải

Máy

phát 1 ~

~

Tải n Máy

phát n

Trang 26

Trang 17

Các vấn đề điển hình của hệ thống từ hai máy phát trở lên rất phức tạp

và không thể sử dụng trong thực hành Để hiểu rõ hơn bên trong của vấn đề thì

có thể phân tích dao động nhỏ của hệ thống xung quanh điểm cân bằng trong

hệ thống tuyến tính

Điểm cân bằng của phương trình (1.16) là kết quả của phương trình

0

=

x , nghĩa là

0)(x =

Và khi đó phương trình (1.16) được viết là:

)(x0 x f

x= +Δ

Khi đó giá trị độ lệch được viết lại:

x x

f x x

f x f x x

∂

=Δ

∂

∂+

≈Δ

ij x

f x

Những phần tử này được tính toán trong x0 Phương trình (1.19) có thể

được viết gần đúng là:

x x

Nghiệm của phương trình (1.22) được xác định bởi những giá trị riêng và

những véctơ riêng của ma trận Jacobi trong phương trình (1.21), mà kích thước

của nó là 2n x 2n, và từ những kết quả đó sẽ xác định được các chế độ dao

Trang 27

Trang 18

động của hệ thống Hai vectơ riêng của ma trận Jacobi hoàn toàn chỉ có phần ảo và dạng các cặp số phức liên hợp Các lời giải tương ứng với các phương trình vi phân trong (1.22) hoàn toàn là dao động Do đó, có n-1 giá trị riêng và véctơ riêng cần quan tâm

Thường thì mô hình được đơn giản các sự kiện hơn, và các điện trở tải và điện trở đường dây được bỏ qua Khi đó, một hệ thống không tải gồm có rôtor máy phát và điện kháng được thiết lập Các chế độ dao động trong hệ thống đó thường cho một hình ảnh tốt về đáp ứng của hệ thống trong quá trình xảy ra nhiễu Các dao động nhỏ trong hệ thống thực bao gồm sự xếp chồng của các chế độ dao động đó Sự xếp chồng này phụ thuộc vào nhiễu gây nên các dao động

1.4.3 Mô hình tổng quát quá trình quá độ điện – cơ

Trong phần trước, chúng ta đã được giới thiệu một số sự đơn giản hoá cho phép chúng ta viết phương trình từ đó có thể sử dụng những phương pháp toán đã được biết để phân tích vấn đề Tuy nhiên, mô hình mà chúng ta sử dụng có một vài khuyết điểm nghiêm trọng mà làm cho mô hình mất đi tính phù hợp với các nghiên cứu chi tiết hơn của hệ thống động Những khuyết điểm chính là:

• Hiện tượng động của máy đồng bộ được mô tả quá đơn giản, chỉ mô tả hai trạng thái θivàωi trong khi thực tế đòi hỏi phải có nhiều trạng thái để thoả mãn mô hình Một vài đại lượng sẽ thay đổi trong cả thời gian, và các loại điều khiển điện áp và tần số khác nhau sẽ ảnh hưởng đến đáp ứng của hệ thống Hiện tượng bão hòa trong máy phát cũng rất đáng quan tâm

Trang 28

Trang 19

• Thiết bị điều khiển hiện đại như bù tĩnh (SVC) và truyển tải điện áp cao một chiều (HVDC), thường có tầm ảnh hưởng lớn lên tính ổn định hệ thống vì vậy nó phải được mô hình một cách thích hợp

• Một hình tải thì quá đơn giản Phần lớn của tải thực tế bao gồm các máy đồng bộ và các thiết bị khác, và các đặc tính của chúng thì không tương đương với một trở kháng khi xuất hiện sự dao động điện áp Theo nguyên lý, phụ tải tiêu thụ một lượng công suất bằng với công suất phát Như vậy, tầm quan trọng của mô hình tải thực và mô hình của máy điện đồng bộ là ngang nhau

Vì vậy các nghiên cứu chính xác đòi hỏi phải có mô hình chi tiết hơn Một mô hình chi tiết hơn tất nhiên sẽ mô tả chi tiết hơn, nhưng tổng quát thì thường còn có nhiều thiếu sót, và vấn đề càng trở nên khó khăn Trong phần tới, những mô hình thực tế hơn, phổ biến hơn và phức tạp hơn sẽ được xem xét

Các mô hình phức tạp hơn đòi hỏi được bổ sung thêm nhiều biến trạng thái Trong mô hình cổ điển, mỗi máy phát điện được biểu diễn bởi hai biến là

i

θ và ωi, trong khi đó mô hình chi tiết đòi hỏi phải bổ sung thêm nhiều trạng thái hơn Các mô hình của bộ kích từ, bộ điều áp, điều tốc turbin cần phải được bổ sung thêm trạng thái Các thành phần như SVC và HVDC, với thiết bị điều khiển phụ thuộc có quy tắc như nhau cũng phải được mô hình động, có nghĩa là các biến trạng thái mới phải được đề xuất cho các phần tử đó Các mô hình tải thực tế hơn Có nghĩa là các phương trình phân bố tải sẽ được thiết lập từ những điều kiện đại số mà nó được đáp ứng đầy đủ bởi các biến trạng thái

Trạng thái động được sử dụng cho mô hình hoá hệ thống hòan chỉnh là:

,, ,,

Trang 29

Trang 20

,, ,, 2

1

n n n n

x x x

…

, , ,

SVC x x

…

, , ,

HVDC x x

x

, )T

Với x i là biến trạng thái của máy phát thứ i, SVCi

x là biến trạng thái của thiết bị SVC thứ i,… Ngoài ra, vectơ y chứa các biên độ về điện áp và góc pha

mà chưa bao gồm trong biến x

m m

U U

U

Các tham số yêu cầu cho việc định nghĩa hệ thống, như điện kháng

đường dây,… thì được cho bởi véctơ

k

p p p

t p y x f x

,,,0

,,,

(1.26)

Trạng thái khởi đầu của hệ thống tại t=0

( ) ( ) ( )

0 0 0

p p

y y

x x

(1.27)

Nhiễu của hệ thống có thể được mô tả bởi các thông số mà giá trị của

chúng thay đổi tại những thời điểm khác nhau

Mô hình tổng quát cho các dao động điện cơ được mô tả bởi phương

trình (1.26) có một số thuộc tính được đánh giá và nhận xét như sau :

Trang 30

Trang 21

• Hệ phương trình hệ thống là phương trình vi phân đại số Mô hình cổ điển cho kết quả từ phương trình vi phân thông thường.Việc nghiên cứu và giải phương trình vi phân đại số mô tả hệ thống sẽ khó hơn đáng kể khi so sánh với hệ thống được mô tả bởi phương trình vi phân thường

• Hệ thống không tuyến tính

• Hệ thống không tự xử lý, nghĩa là thời gian có xuất hiện rõ ràng trong các phương trình Sự xuất hiện này từ những sự kiện trong hệ thống, như nhiễu và đóng cắt thiết bị, và các thiết bị đo lương bảo vệ của các đặc tính khác

1.5 Phương pháp diện tích – nghiên cứu ổn định hệ thống điện

Xét hệ thống điện đơn giản với phương trình chuyển động rôto:

j

a T

P P P T dt

P được gọi là công suất tăng tốc

Nhân hai vế phương trình trên với 2(dδ/dt) và lất tích phân ta được:

2 / 1

d

a j

(1.29)

Hệ thống sẽ ổn định nếu tại một thời điểm nào đó có dδ/dt = 0 và mất ổn định nếu dδ/dt > 0 trong một khoảng thời gian đủ lớn (hình 1.9)

Trang 31

Trang 22

Hình 1.9 Thay đổi góc theo thời gian

Như vậy hai điều kiện sau là tương đương:

00

d

Hệ thống ổn định nếu diện tích dưới Pa giảm tới 0 tại một giá trị nào đó của δ (hay diện tích tăng tốc phải bằng diện tích hãm tốc) nghĩa là phần diện tích dương bằng phần diện tích âm

1.5.1 Tăng công suất đột ngột trên máy phát

Xét công suất cơ tăng đột ngột từ PT0 (hình 1.10)

Tải điểm a do PT1-P > 0 nên rôtor tăng tốc và tốc độ ω lớn hơn tốc độ đồng bộ Tại điểm b tuy có sự cân bằng công suất, tuy nhiên do ω > ω0 nên góc tiếp tục tăng Sau điểm b thì Pa <0 và bắt đầu quá trình hãm tốc Tại c, khi toàn bộ động năng tích lũy trong quá trình tăng tốc đã tiêu tán hết thì tốc độ đồng bộ: Saa’b=Sbcc’ Do tại c không có sự cân bằng công suất nên máy phát tiếp tục giảm tốc (Δω<0) (hình 1.10c), hay góc δ bắt đầu giảm (quĩ đạo theo mũi tên trên hình 1.10) sau một vài dao động do ma sát, góc công suất đạt giá trị δb và máy phát làm việc ở điểm cân bằng mới là điểm b (hình 1.10)

Nếu tăng công suất cơ tới giá trị PT2 sao cho Stt = Shtmax (tức Sbcf như trên hình 1.11 : thì tại f, do diện tích tăng tốc Stt bằng với diện tích hãm tốc Sht(Sbcf) nên ω=ω0 và do đó có sự cân bằng công suất nên điểm f sẽ là điểm làm việc

t

Mất ổn định

Trang 32

Trang 23

mới Tuy nhiên trước đó điểm f là điểm làm việc không ổn định Chỉ cần có

nhiễu nhỏ tác động là δ sẽ thay đổi và không quay về trị ban đầu là δf , trường

hợp này là ranh giới ổn định

Nếu giả sử công suất cơ tăng tới PT3 sao cho: Stt > Shtmax (hình 1.11a)

Khi đó tại f, do năng lượng tích lũy trong quá trình tăng tốc vẫn chưa tiêu tán

hết nên ω0 vẫn lớn hơn ω và quĩ đạo theo mũi tên (hình 1.11b)

Khi đó P< PT3 nên rôtor tiếp tục tăng tốc và hệ thống không ổn định

Vậy điều kiện ổn định là: Stt = Sht

1.5.2 Aûnh hưởng thời gian cắt ngắn mạch

Xét hệ thống điện hình 1.12

Giả sử trước khi xảy ra ngắn mạch ba pha đường dây 2 đang ở tình trạng

không tải và đường đặc tính công suất góc tương ứng trên hình 1.13a Ngắn

Hình 1.11: Stt > Shtmax trường hợp

mất ổn định

Trang 33

Trang 24

mạch ba pha xảy ra trên đầu đường dây 2 nên có thể coi công suất điện từ giảm

tới giá trị 0 (điểm b trên hình 1.13) và rôtor bắt đầu tăng tốc Tại c, máy cắt tác

động cắt ngắn mạch và tại điểm d đường đặc tính công suất góc trở lại như

trước khi có ngắn mạch Tuy nhiên, tại d tốc độ của máy phát vẫn lớn hơn đồng

bộ nên δ tiếp tục tăng Song do Pa < 0 nên rôtor bắt đầu quá trình hãm tốc (hình

1.13b)

Tại e, động năng tích lũy trong quá trình hãm tốc đã tiêu tán hết, Stt=Sht

và ω=ω0 Tuy nhiên ở đây chưa có sự cân bằng công suất và Pa < 0 nên tốc độ

tiếp tục giảm, δ giảm và trở về điểm a

Trang 34

Trang 25

Nếu giả sử cắt tại góc δcgh (góc cắt giới hạn) sao cho Stt=Shtmax (hình 1.11) thì lập luận tương tự mục 1 sẽ cho ra tình trạng ranh giới ổn định Nếu cắt trễ hơn nữa (ứng với góc cắt lớn hơn δcgh) thì hệ sẽ mất ổn định Xác định δcgh

có thể từ phương trình sau:

P

δ δ

δ = cos −2 sin −cos

1.6 Các phương pháp phân tích số

Cho phương trình vi phân: f ( t x, )

dt

dx =

Giải phương trình trên tìm x(t) được tiến hành nhờ các phương pháp phân tích số

1.6.1 Phương pháp EULER

Cho phương trình vi phân: f ( t x, )

dt

dx =

Tại x = x0, t = t0, lấy tiếp tuyến của đường cong x(t) cho ra:

t dt

dx x t

x f dt

dx

x

x x

Δ

= Δ

Trị của x tại t1=t0+Δt là:

t dt

dx x x x x

x

Δ +

= Δ +

=

= 0 0

0 1

Thay đổi Δt và các giá trị x2 tương ứng t2 =t1+ Δt

Trang 35

Trang 26

t dt

dx x x

x

Δ +

=

= 0 1

1

k k x x x

x = +Δ = + +

Với k1 = f(x0,t0)Δx

t t t k x f

k2 = ( 0+ 1, 0+Δ )Δ

b) R – K bậc 4:

)2

(6

1

4 3 2 1

k x f

k = n+ n+Δ )Δ

2

,2

2

t

t t

k x f

k = n+ n+Δ )Δ

2

,2

3

t t t k x f

k

x= + + +Δ

k1 – độ dốc (Slope) ở đầu bước

k2 – xấp xỉ bậc 1 của độ dốc ở giữa bước

k3 – xấp xỉ bậc 2 của độ dốc ở giữa bước

k4 – độ dốc ở cuối bước

Trang 36

Trang 27

1.6.3 Phương pháp phân loại gián tiếp

Đây là phương pháp tích phân số đơn giản song cho lời giải mức sai số

chấp nhận được

Xét phương trình:

P P dt

d

Có thể khảo sát quá trình quá độ theo những phân đoạn thời gian nhỏ

bằng nhau Δt (0,02 - 0,1s) Trong mỗi phân đoạn thời gian này vế phải của

phương trình (thừa công suất) được coi như không đổi

Ơû thời điểm xảy ra nhiễu lớn (thời điểm đầu của quá trình quá độ) sẽ có

sự mất cân bằng công suất Δ P0 = Pa0 Các điều kiện ban đầu là (dδ/dt)t=0 và

δ = δ0 sự gia tăng góc ở phân đoạn 1 được tính từ kết quả lấy tích phân của

phương trình chuyển động rôtor:

) 2 /(

0

2

1 = Δt ΔP T j

Góc ở cuối phân đoạn 1 là δ1 =δ0+Δδ1

Điều kiện ban đầu của phân đoạn 2 là ΔP1=P T −Pmaxsinδ1 với Pmax - công

suất điện từ max trong quá trình quá độ và tốc độ ban đầu là:

j

T

P P t dt

d

2

1 0 1

Δ+ΔΔ

Tốc độ này thu được từ phân đoạn 1

Sự gia tăng góc ở phân đoạn 2 là:

1 1

2 2

=Δ

dt

d t T

P t

2

Δ

=

Trang 37

Trang 28

Nếu tại phân đoạn thứ 1 nào đấy xảy ra sự chuyển dịch từ đường đặc

tính công suất góc 1 sang đường đặc tính công suất 2 (ví dụ như từ tình trạng

ngắn mạch chuyển sang sau ngắn mạch do tác động máy cắt) thi gia tăng góc

sẽ được tính là:

2

)

1 1

1 1 1 1

1

−

Δ+Δ+Δ

=

Với 1

1 1−

ΔP , 2

1 1−

ΔP – gia tăng công suất tương ứng với đường đặc tính 1 và 2

Lưu ý là các công thức trên được tính trong đơn vị tương đối Nếu Tj và

Δt thể hiện bằng giây (s), δ và Δδ thể hiện là độ thì hằng số K được tính là:

j

T

t K

2

000

= (f= 50 Hz) Biểu diễn δ = f (t) trên hình 1.14 ta có thể thấy được liệu hệ có ổn định

hay không Cũng từ δ = f (t) có thể xác định được thời gian cắt giới hạn khi đã

biết góc cắt giới hạn từ phương pháp diện tích

1.7 Kết luận :

Trên cơ sở tất cả nhận định trên thì bài toán ổn định trong hệ thống điện

là một trong những bài toán cần được quan tâm và nghiên cứu đúng mức để có

thể tránh và hạn chế trạng thái mất ổn định trong hệ thống điện đến mức thấp

δcgh

tcgh

Hình 1.14 Xác định thời gian cắt giới hạn

Trang 38

Trang 29

nhất có thể Bài toán ổn định trong hệ thống điện là một bài toán lớn bao gồm nhiều bài toán nhỏ chứa đựng trong nó, chẳng hạn như là các bài toán liên quan đến tính chất ổn định tĩnh trong hệ thống điện, các bài toán liên quan đến tính chất ổn định động trong hệ thống điện hay cụ thể hơn là các bài toán liên quan đến ổn định điện áp hay ổn định tần số trong hệ thống điện v.v… Và trong luận văn này tác giả chỉ chủ yếu tập trung vào các bài toán liên quan đến tính chất ổn định động trong hệ thống điện, đặc biệt là đối với hệ thống điện nhiều máy trên cơ sở các phương pháp phân tích mô hình toán để từ đó xây dựng chương trình mô phỏng các máy phát có xét đến sự ảnh hưởng của các mô hình turbine, hệ thống kích từ, bộ ổn định hệ thống PSS

Trang 39

Trang 30

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC TURBINE – MÁY PHÁT

2.1 Giới thiệu về máy phát đồng bộ :

Hầu hết năng lương tiêu thụ bởi hệ thống tải trong hệ thống năng lượng

điện được phát từ máy phát đồng bộ Hoặc chính xác hơn là việc chuyển đổi từ

nguồn năng lượng sơ cấp như năng lượng nước, năng lượng nguyên tử hoặc hoá

năng thành năng lượng điện được thực hiện trong máy phát điện đồng bộ với

máy liện kết trung gian như turbin Trong hệ thống với nhiều máy phát đồng

bộ, hiện tượng động học là một phần cực kỳ quan trọng Vì vậy, cần phải tiến

hành xây dựng các mô hình thực tế và hữu dụng của máy điện đồng bộ Phần

này sẽ thiết lập các mô hình chung, chi tiết hơn của những bộ phận máy điện

đồng bộ Những mô hình đơn giản đã được sử dụng sớm hơn thì sẽ được chứng

minh là hợp lý Sự mô tả được nhấn mạnh ở đây nhằm vào việc mở rộng và

phát triển mô hình để thực hiện cho việc nghiên cứu hiện tượng đồng bộ trong

hệ thống điện

Hình 2.1 trình bày mô hình máy điện đồng bộ 3 pha trong hệ trục rôtor

Trong hình có 2 cuộn dây stator giả tưởng d, q tương ứng những cuộn dây phần

ứng 3 pha trên stator Hình cũng miêu tả 2 cuộn dây rôtor, bao gồm cuộn dây

kích từ ‘f’ dọc trục d và 2 cuộn rôtor dọc trục q Những cuộn dây ngắn mạch

Một dọc trục d (‘h’) và 2 dọc trục q (‘g’ và ‘k’) miêu tả hiệu ứng của những

cuộn cản và những dòng xoáy trong khối rôtor

Trang 40

Trang 31

Hình 2.1: Mô hình 2.2 của máy điện đồng bộ

Ký hiệu thông số máy phát được trình bày trong bảng 2.1

Điện kháng đồng bộ trục d xd

Điện kháng đồng bộ trục q xq

Điện kháng quá độ trục d xd’

Điện kháng quá độ trục q xq’

Hằng số thời gian hở mạch quá độ trục d Tdo’

Hằng số thời gian hở mạch quá độ trục q Tqo’

Hằng số thời gian ngắn mạch quá độ trục d Td’

Hằng số thời gian ngắn mạch quá độ trục q Tq’

Hằng số thời gian hở mạch siêu quá độ trục d Tdo”

Hằng số thời gian hở mạch siêu quá độ trục q Tqo”

Hằng số thời gian ngắn mạch siêu quá độ trục d Td”

Hằng số thời gian ngắn mạch siêu quá độ trục q Tq”

Điện trở pha stator Ra

Điện kháng rò pha stator x1

Định dạng
Số trang	147
Dung lượng	1,25 MB