Ổn định trong hệ thống điện

CĐXL muốn duy trì được thì phải chịu được các kích động nhỏ này, có nghĩa là sự cân bằng công suất phải được giữ vững trước các kích động nhỏ, nói đúng hơn là sự cân bằng công suất phả[r]

MỤC LỤC

Chương 1: TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG4

Bài 1: Trình bày những khái niệm chung về ổn định hệ thống 4

1 Khái niệm về hệ thống điện 4

2 Khái niệm ổn định động và ổn định tĩnh 6

3 Cân bằng năng lượng cơ điện trong máy phát điện đồng bộ 14

Bài 2: Khảo sát mô hình toán ở chế độ ổn định 16

1 Mô hình máy phát điện 16

2 Mô hình máy biến áp và đường dây 23

3 Các mô hình hệ thống điện trong khảo sát ổn định 26

4 Mô hình tải 28

Chương 2: PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH TĨNH VÀ ỔN ĐỊNH ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 35

Bài 1: Phân tích quá trình ổn định tĩnh trong hệ thống điện 35

1 Tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh 35

2 Phương pháp dao động bé 36

3 Ảnh hưởng của thiết bị điều chỉnh AVR 41

4 Khảo sát ổn định hệ nhiều máy 43

Bài 2: Phân tích quá trình ổn định động trong hệ thống điện 66

1 Các tiêu chuẩn ổn định động 66

2 Phương pháp diện tích và phân tích số 66

3 Ổn định động hệ thống điện 71

4 Vận hành không đồng bộ và tái đồng bộ 89

Chương 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH 91

Bài 1: Phân tích ổn định điện áp 91

1 Khái niệm chung 91

2 Đặc tính cơ bản của các phần tử trong lưới, quan hệ P-U-Q 92

3 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp 94

4 Sụp đổ điện áp 97

Bài 2: Các biện pháp nâng cao ổn định 102

1 Các biện pháp nâng cao ổn định 102

2 Các biện pháp vận hành 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

CHƯƠNG 1 TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG VÀ

KHẢO SÁT MÔ HÌNH TOÁN Ở CHẾ ĐỘ ỔN ĐỊNH

BÀI 1 TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG

1 Khái niệm về hệ thống điện

1.1 Hệ thống điện (HTĐ)

HTĐ là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng Các phần tử của HTĐ được chia thành hai nhóm:

- Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng như máy phát (MF), đường dây tải điện và các thiết bị dùng điện

- Các phần tử điều chỉnh làm nhiệm vụ điều chỉnh và biến đổi trạng thái HTĐ như điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, bảo vệ rơle, máy cắt điện

Mỗi phần tử của HTĐ được đặc trưng bởi các thông số, các thông số này được xác định về lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữa chúng và nhiều sự giản ước tính toán khác Ví dụ: Tổng trở, tổng dẫn của đường dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự động điều chỉnh kích thích Các thông số của các phần tử cũng được gọi là các thông số của hệ thống điện

Nhiều thông số của HTĐ là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúng phụ thuộc dòng công suất, tần số như là X, Y, độ từ hoá trong phần lớn các bài toán thực tế có coi là hằng số và như vậy ta có hệ thống tuyến tính Nếu tính đến sự biến đổi của các thông số ta có hệ thống phi tuyến, đây là một dạng phi tuyến của HTĐ, dạng phi tuyến nà chỉ phải xét đến trong một số ít trường hợp như khi phải tính đến độ bão hoà của MF, MBA trong các bài toán ổn định

1.2 Chế độ của hệ thống điện

Tập hợp các quá trình xảy ra trong HTĐ và xác định trạng thái làm việc của HTĐ trong một thời điểm hay một khoảng thời gian nào đó gọi là chế độ của HTĐ

Các quá trình nói trên được đặc trưng bởi các thông số U, I, P, Q, f,  tại mọi điểm của HTĐ Ta gọi chúng là các thông số chế độ, các thông này khác với các thông số hệ thống ở chỗ nó chỉ tồn tại khi HTĐ làm việc Các thông số chế độ xác định hoàn toàn trạng thái làm việc của HTĐ

 Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể:

- Trình bày được khái niệm về hệ thống điện

- Mô tả được các chế độ làm việc và các yêu cầu của hệ thống điện

- Xác định được các phương pháp khảo sát ổn định trong hệ thống điện

Các thông số chế độ quan hệ với nhau thông qua các thông số HTĐ, nhiều mối quan hệ này có dạng phi tuyến Ví dụ P = U2

/ R

Đó là dạng phi tuyến thứ hai của HTĐ, dạng phi tuyến này không thể bỏ qua trong các bài toán điện lực

Các chế độ của HTĐ được chia thành hai loại:

- Chế độ xác lập (CĐXL) là chế độ các thông số của nó dao động rất nhỏ xung quanh giá trị trung bình nào đó, thực tế có thể xem như các thông số này là hằng số

Trong thực tế không tồn tại chế độ nào mà trong đó các thông số của nó bất biến theo thời gian vì HTĐ bao gồm một số vô cùng lớn các phần tử, các phần tử này luôn luôn biến đổi khiến cho các thông số của chế độ cũng biến đổi không ngừng

CĐXL được chia thành:

+ CĐXL lập bình thường là chế độ vận hành bình thường của HTĐ

+ CĐXL sau sự cố xảy ra sau khi đã loại trừ sự cố

+ Chế độ sự cố xác lập là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá độ ví dụ như chế độ ngắn mạch duy trì

- Chế độ quá độ là chế độ mà các thông số biến đổi rất nhiều Chế độ quá độ gồm có

+ Chế độ quá độ bình thường là bước chuyển từ CĐXL bình thường này sang CĐXL bình thường khác

+ Chế độ quá độ sự cố xảy ra sau sự cố

1.3 Yêu cầu đối với các chế độ của hệ thống điện

a CĐXL bình thường, các yêu cầu là:

- Đảm bảo chất lượng điện năng: điện năng cung cấp cho các phụ tải phải có chất lượng đảm bảo, tức giá trị của các thông số chất lượng (điện áp và tần số) phải nằm hạn được quy định bởi các tiêu chuẩn

- Đảm bảo độ tin cậy: các phụ tải được cung cấp điện (CCĐ) liên tục với chất lượng đảm bảo Mức độ liên tục này phải đáp ứng được yêu cầu của các hộ dùng điện và điều kiện của HTĐ

- Có hiệu quả kinh tế cao: chế độ thoả mãn độ tin cậy và đảm bảo chất lượng điện năng được thực hiện với chi phí sản xuất điện, truyền tải và phân phối điện năng nhỏ nhất

- Đảm bảo an toàn điện: phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện và thiết bị phân phối điện

b CĐXL sau sự cố, yêu cầu là:

Các yêu cầu mục a được giảm đi nhưng chỉ cho phép kéo dài trong một thời gian ngắn, sau

đó phải có biện pháp hoặc là thay đổi thông số của chế độ hoặc là thay đổi sơ đồ hệ thống để đưa chế độ này để về CĐXL bình thường

c Chế độ quá độ (CĐQĐ), yêu cầu là:

- Chấm dứt một cách nhanh chóng bằng CĐXL bình thường hay CĐXL sau sự cố

- Trong thời gian quá độ các thông số biến đổi trong giới hạn cho phép như: giá trị của dòng điện ngắn mạch, điện áp tại các nút của phụ tải khi ngắn mạch

- Các yêu cầu của HTĐ được xét đến khi thiết kế và được bảo đảm bằng cách điều chỉnh thường xuyên trong quá trình vận hành HTĐ

2 Khái niệm về ổn định động và ổn định tĩnh

2.1 Cân bằng công suất

Điều kiện cần để CĐXL có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng (CSTD) và công suất phản kháng (CSPK) Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của HTĐ

P P P

P F  pt  

(1.1)

Q Q Q

Q F  pt  (1.2) Giữa CSTD và CSPK có mối quan hệ:

2 2 2

Q P

Cho nên các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) không thể xét một cách độc lập mà lúc nào cũng phải xét đến mối quan hệ giữa chúng

Tuy vậy trong thực tế tính toán và vận hành HTĐ một cách gần đúng có thể xem sự biến đổi của CSTD và CSPK tuân theo các quy luật riêng biệt ít ảnh hưởng đến nhau Đó là :

- Sự biến đổi CSTD chỉ có ảnh hưởng đến tần số của HTĐ, ảnh hưởng của nó đến điện áp không đáng kể Như vậy tần số có thể xem là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSTD

- Sự biến đổi của CSPK ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp của HTĐ Như vậy có thể xem điện

áp là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSPK

Trong khi vận hành HTĐ các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) được đảm bảo một cách

tự Các thông số của chế độ luôn giữ các giá trị sao cho các điều kiện cân bằng công suất được thoả mãn

Ví dụ, khi xuất phát từ một vị trí cân bằng nào đó ta tăng CSTD của nguồn lên lập tức tần số

sẽ tăng lên làm cho công suất tiêu thụ của phụ tải cũng tăng lên theo cho tới khi cân bằng với công suất của nguồn Hay khi đóng thêm một phụ tải CSPK thì lập tức điện áp toàn hệ thống sẽ giảm làm cho các phụ tải phản kháng khác sẽ giảm đi cho tới khi đạt lại sự cân bằng CSPK Tất nhiên sự điều chỉnh này chỉ thực hiện được trong phạm vi cho phép

Các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) và (1.3) là các cơ sở xuất phát để tính toán các chế độ của HTĐ Từ các điều kiện ấy ta tính được các thông số của chế độ U, I, P, Q

Để đảm bảo sự làm việc đúng đắn của phụ tải điện và HTĐ, quy định các giá trị cân bằng cho CSTD và CSPK như sau:

- Công suất tác dụng là cân bằng khi tần số của hệ thống bằng tần số đồng bộ (50 hay 60 Hz) hoặc là nằm trong giới hạn cho phép: f cpmin  f  f cpmax

- Công suất phản kháng là cân bằng khi điện áp tại các nút của HTĐ nằm trong giới hạn cho phép: U cpmin U U cpmax

Khi điện áp và tần số lệch khỏi các giá trị cho phép thì xem như sự cân bằng công suất không đảm bảo và cần có biện pháp để bảo đảm chúng

Sự cân bằng CSTD có tính chất toàn hệ thống Vì ở tất cả các điểm trên hệ thống tần số luôn có giá trị chung Việc đảm bảo tần số do đó dễ thực hiện, chỉ cần điều chỉnh công suất tại một nhà máy nào đó

Trái lại, sự cân bằng CSPK mang tính chất cục bộ thừa chỗ này thiếu chỗ khác Việc điều chỉnh CSPK phức tạp không thể thực hiện chung cho toàn bộ hệ thống được

Trong HTĐ, máy phát điện là phần tử quyết định sự làm việc của toàn hệ thống, vì vậy sự cân bằng CSTD trên trục roto của các MF đóng vai trò quan trọng quyết định sự tồn tại của CĐXL Đây là sự cân bằng Cơ - Điện, nghĩa là sự cân bằng giữa công suất cơ học của tuabin PTB

và công suất điện PMF do MF phát ra:

PTB=PMF (1.4) Như trên đã nói, sự cân bằng CSTD có tính chất toàn hệ thống cho nên bất cứ sự mất cân bằng nào xảy ra ở bất cứ đâu cũng đều tức khắc tác động lên MF và gây ra sự mất cân bằng cơ điện ở đây

Đối với CSPK sự cân bằng ở các nút phụ tải lớn có ý nghĩa quan trọng hơn cả Còn đối với các phụ tải quay cũng có sự cân bằng cơ điện công suất điện của lưới PPT và công suất cơ PC của các máy công cụ:

PC = PPT (1.5)

2.2 Định nghĩa ổn định hệ thống điện

Điều kiện cân bằng công suất không đủ cho một CĐXL tồn tại trong thực tế Vì các chế độ trong thực tế luôn bị các kích động từ bên ngoài Một chế độ thoả mãn các điều kiện cân bằng công suất muốn tồn tại được trong thực tế phải chịu đựng được các kích động mà điều kiện cân bằng công suất không bị phá hủy

Các kích động đối với chế độ HTĐ được chia làm 2 loại: các kích động nhỏ các kích động lớn

- Ổn định tĩnh

Các kích động nhỏ xảy ra liên tục và có biên độ nhỏ, đó là sự biến đổi của thiết bị điều chỉnh Các kích động này tác động lên roto của MF, phá hoại sự cân bằng công suất ban đầu làm cho CĐXL tương ứng bị dao động CĐXL muốn duy trì được thì phải chịu được các kích động nhỏ này, có nghĩa là sự cân bằng công suất phải được giữ vững trước các kích động nhỏ, nói đúng hơn là sự cân bằng công suất phải được khôi phục sau các kích động nhỏ, trong trường hợp đó ta nói rằng hệ thống có ổn định tĩnh

Ta có, định nghĩa ổn định tĩnh:

Ổn định tĩnh là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ ban đầu hoặc rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ

Như vậy ổn định tĩnh là điều kiện đủ để một CĐXL tồn tại trong thực tế

Ổn định động

Các kích động lớn xảy ra ít hơn so với các kích động nhỏ, nhưng có biên độ khá lớn Các kích động này xảy ra do các biến đổi đột ngột sơ đồ nối điện, biến đổi của phụ tải điện và các sự

cố ngăn mạch Các kích động lớn tác động làm cho cân bằng công suất Cơ - Điện bị phá vỡ đột

ngột, CĐXL tương ứng bị dao động rất mạnh Khả năng HTĐ chịu được các kích động này mà CĐXL không bị phá hoại gọi là khả năng ổn định động của HTĐ

Ta có định nghĩa ổn định động:

Ổn định động là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu hoặc rất gần chế

độ ban đầu sau khi bị kích động lớn

Như vậy ổn định động là điều kiện để cho chế độ của HTĐ tồn tại lâu dài

b Ổn định tổng quát

Khi một chế độ nào đó của HTĐ chịu các kích động nhỏ hoặc lớn, nếu HTĐ ổn định tĩnh hoặc động thì sự cân bằng CSTD ban đầu sẽ được khôi phục lại, chế độ làm việc được giữ vững Trong quá trình dao động này tần số bị lệch khỏi giá trị định mức song độ lệch này quá nhỏ cho nên tần số được xem như không thay đổi Vì vậy đặc trưng quá trình dao động rotor của MF khi chưa mất ổn định là tốc độ góc của chúng vẫn giữ giá trị đồng bộ

 0 2 f 2.3,14.50 314rad/s

Nếu hệ thống mất ổn định thì sự cân bằng bị phá huỷ, tốc độ góc của rotor bị lệch khỏi giá trị định mức với giá trị lớn, trong hệ thống xuất hiện hệ số trượt s

S=

0

0







(1.6) Trong đó: + Tốc độ tức thời của các MF

+0 Là tốc độ đồng bộ Khi đó HTĐ rơi vào chế độ không đồng bộ, công suất và các thông số khác của chế độ dao động rất mạnh với biên độ lớn Chế độ không đồng bộ kéo dài sẽ dẫn đến:

- Hệ thống bị tan rã hoàn toàn, các MF bị cắt khỏi lưới và ngừng làm việc

- Chế độ đồng bộ lại được khôi phục, khi đó hệ thống có khả năng ổn định tổng quát

Ta có, định nghĩa ổn định tổng quát: Ổn định tổng quát là khả năng của HTĐ lập lại chế độ đồng bộ sau khi đã rơi vào chế độ không đồng bộ do mất ổn định tĩnh hoặc mất ổn định động

d Ổn định điện áp

Ở các nút phụ tải, các kích động nhỏ làm cho điện áp biến đổi Sự biến đổi điện này có thể làm cho cân bằng CSTD và CSPK bị phá hoại dẫn đến mất ổn định phụ tải, các động cơ không đồng bộ ngừng làm việc Khả năng của HTĐ chịu được các kích động này mà chế độ làm việc không bị phá hoại gọi là ổn định phụ tải hay là ổn định điện áp

Ta có, định nghĩa ổn định điện áp (ổn định phụ tải):

Ổn định phụ tải là khả năng của HTD khôi phục lại điện áp ban đầu hay rất gần ban đầu khi bị các kích động nhỏ ở nút phụ tải

2.3 Các dạng mất ổn định

Có 2 dạng mất ổn định:

- Mất ổn định tiệm cận

- Mất ổn định dao động gồm 2 loại:

+ Tự dao động tăng dần

+ Tự kích thích

a Mất ổn định tiệm cận

Khi công suất phát của nhà máy điện lên hệ thống qua đường dây dài vượt quá giới hạn ổn định tĩnh thực hiện bằng Pgh hay góc gh (góc giữa vector sức điện động của máy phát với điện

áp trên thanh góp của hệ thống điện) thì hệ thống điện mất ổn định tĩnh và góc tăng lên Hệ thống điện rơi vào chế độ không đồng bộ, các thông số chế độ biến đổi mạnh vượt ra ngoài phạm

vi cho phép, các MF bị cắt khỏi lưới vận hành làm cho hệ thống điện tan rã

Để đối phó với dạng mất ổn định này phải thiết kế hệ thống có Pgh cao hơn công suất cần phát của nhà máy điện

b Mất ổn định dao động, có 2 dạng:

- Tự dao động tăng dần: Nguyên nhân chính có thể xảy ra là không chỉnh định đúng hệ thống

tự động điều chỉnh kích từ (TĐK), góc  vừa dao động vừa tăng lên Để hạn chế tự dao động tăng dần phải điều chỉnh đúng TĐK loại tỷ lệ Khi đường dây dài tải công suất lớn thì nên dùng TĐK loại mạnh có khả năng hạn chế nguy cơ dao động tăng dần so với loại TĐK tỷ lệ

- Tự kích là hiện tượng dòng điện kích từ và dòng điện máy phát tự tăng lên kéo theo sự biến đổi của điện áp máy phát Tự kích hay xảy ra trong trường hợp máy phát làm việc với đường dây dài không tải Điện dung của đường dây (do điện dung lớn hơn điện kháng nên đường dây thể hiện với máy phát như một tụ điện) tạo với điện kháng, điện trở máy phát mạch dao động R, L, C

có tần số riêng  Trong những điều kiện nhất định, năng lượng của roto truyền sang làm cho mạch này dao động, nếu tần số riêng  gần bằng tần số của máy phát sẽ gây ra cộng hưởng và làm cho dòng điện và điện áp máy phát tăng lên Để tránh hiện tượng này khi thiết kế đường dây dài phải chú ý khi chọn và hiệu chỉnh thông số đường dây

Nói chung thì sau khi thiết kế và chỉnh định đúng hệ thống với đường dây dài, thì các hiện tượng dao động tăng dần và tự kích có thể xem như được loại trừ Trong vận hành chỉ còn phải đối phó với mất ổn định tiệm cận khi mà công suất phát biến đổi mạnh

Mục tiêu khảo sát ổn định

Như đã trình bài ở trên, một CĐXL muốn tồn tại được trong thực tế tức là có thể thực hiện được nó trong vận hành cần phải có 2 điều kiện:

- Có sự cân bằng công suất theo (1.1) và (1.2)

- Chế độ có ổn định, trước hết là ổn định tĩnh và ổn định phụ tải vì các kích động nhỏ xảy ra thường xuyên

Việc đảm bảo ổn định động và ổn định tổng quát đảm bảo cho các chế độ làm việc lâu dài Trong thiết kế và vận hành hệ thống điện, các chế độ thỏa mãn về yêu cầu chất lượng điện năng, độ tin cậy, kinh tế, ổn định tĩnh phải được đảm bảo vô điều kiện, còn ổn định động và ổn định tổng quát được đảm bảo trong những điều kiện nhất định

Mục tiêu khảo sát ổn định của hệ thống là:

Xét khả năng ổn định của các chế độ vận hành có thể xảy ra đối với hệ thống điện được thiết

kế quy hoạch cũng như vận hành Nếu khả năng đó không đủ yêu cầu thì phải thực hiện các biện pháp tăng cường nó sao cho hệ thống không bị mất ổn định khi rơi vào chế độ đó

Khả năng ổn định của chế độ được biểu diễn bằng độ dự trữ ổn định, dây là đại lượng phản ánh sự so sánh giữa chế độ được xét ổn định và chế độ giới hạn ổn định, tức là chế độ nào đó thì trước hết phải tính được chế độ giới hạn của hệ thống điện chế độ giới hạn được đặc trưng bởi các thông số giới hạn Pgh, Qgh, Ugh, gh,…

Độ dự trữ ổn định của hệ thống điện là độ dự trữ của chế độ có độ dự trữ bé nhất trong tất cả các chế độ có thể xảy ra của hệ thống điện

Phương pháp khảo sát ổn định

Khi xảy ra một kích động nào đó thì kích động này tác động lên rotor của MF và gây ra ở đó

sự mất cân bằng công suất Sự mất cân bằng này tạo ra quá trình quá độ Cơ - Điện trong MF Nếu quá trình này tắt dần thì có nghĩa là sự cân bằng công suất được khôi phục và chế độ ổn định, và trường hợp còn lại quá trình không tắt dần và sự không cân bằng công suất ngày càng tăng, chế

độ không ổn định, tức là hệ thống mất ổn định

Việc khảo sát ổn định chính là khảo sát quá trình quá độ Cơ - Điện xảy ra trong MF khi có các kích động trong hệ thống điện

Quá trình quá độ cơ điện được diễn ra bằng phương trình chuyển động tương đối của rotor của MF, cho nên xét ổn định cũng chính là xét phương trình chuyển động của MF trong hệ thống khi xảy ra các kích động

Giả sử một MF đang là việc với CĐXL với các thông số P0,Q0, U0,0,…thì khi xảy ra một kích động, kích động này gây ra sự mất cân bằng công suất P trên trục rotor

P

 = PT0 – P = P0 – P (1.7) Trong đó:

- PT0 là công suất ban đầu của tuabin

- PT0 – P = P là suất điện của máy phát sau khi xảy ra kích động

Công suất P được gọi là công suất thừa, nó tác động lên rotor và gây ra cho nó một gia tốc:

j T

P dt

 22



(1.8) Trong đó:

- Tj là hằng số quán tính

-  là góc tương đối cảu rotor, nó được xác định bởi vị trí của rotor so với một trục tính toán quay với tốc độ đồng bộ 0 2 f 0 (hình 1.1)

Hình 1.1: Góc quay tương ứng của roto máy phát điện

Ta phải nhớ rằng trước khi bị kích động roto đang quay với vận tốc đồng bộ 0, công suất thừa P=0 Theo (hình 1.1), như vậy rotor quay cùng tốc độ với trục tính toán cho nên góc  là hằng số, do đó gia tốc  khi chưa có kích động là bằng không

Sau khi bị kích động, do suất hiện công suất thừa P nên tốc độ của góc rotor sẽ khác với

tốc độ đồng bộ 0 cho nên sẽ xuất hiện tốc độ quay tương đối của rotor với trục chính tính toán quay đồng bộ

dt

d





   

 0 (1.9) Lúc này tất nhiên sẽ khác 0

Bây giờ thay (1.7) vào (1.8) ta sẽ được phương trình chuyển động tương đối của rotor của máy phát:

P P dt

d

T j 22  

(1.10) Vậy dẫn xuất chính xác phương trình này sẽ được trình bày ở phần sau

Trong (1.10) kích động đối với hệ thống được thể hiện trong công suất thừa P Đây là phương trình vi phân phi tuyến

Giải (1.10) theo các P khác nhau sẽ rút ra được kết luận về ổn định của hệ thống điện

Giải (1.10) ta sẽ được quan hệ giữa góc quay tương đối theo thời gian  (t), xuất phát từ giá trị ban đầu  0 khi (t=0) Nếu hệ thống có ổn định thì sau một thời gian t nào đó sau khi bị kích đông góc  (t) sẽ trở về giá trị ban đầu  0 (hình 1.2, đường a) hoặc một giá trị gần Q, U, sau một thời gian dao động sẽ trở về giá trị ban đầu hoặc gần ban đầu

Hình 1.2: Đặc tính góc quay của rotor

Ngược lại nếu hệ thống mất ổn định thì góc  (t) sẽ tăng vô hạn (hình 1.2, đường b) và các thông số khác cũng biến đổi không ngừng, hệ thống rơi vào chế độ không đồng bộ

Như vậy góc  , đúng hơn là sự biến thiên của  theo thời gian biểu hiện trực tiếp của sự

ổn định hay không ổn định của hệ thống điện

Rõ ràng là để giải quyết được phương trình (1.10) ta cần phải tìm được quan hệ giữa công suất điện P theo góc quay tương đối của MF:

P = f ( ) (1.11) Quan hệ (1.11) được gọi là đường đặc tính công suất cửa MF hoặc là của HTĐ

Trong trường hợp hệ thống có nhiều máy phát thì góc quay sẽ nhiều và đường đặc tính công suất, các phương trình chuyển động sẽ có dạng phức tạp hơn

Ngoài phương trình chuyển động của các máy phát còn phải kể đến các phương trình vi phân khác có liên quan đến quá trình quá độ Cơ - Điện, các phương trình nào tạo nên hệ phương trình vi phân phức tạp mô tả quá trình quá độ Cơ - Điện xảy ra trong HTĐ khi bị kích động Việc giải quyết phương trình này đẻ xét ổn định của HTĐ được chia làm hai trường hợp ổn định tĩnh và ổn định động

a Phương pháp khảo sát ổn định tĩnh

Với các kích động nhỏ thì sự thay đổi P cũng rất nhỏ nên (1.10) có thể tuyến tính hóa thành

phương trình vi phân tuyến tính, phương trình này có thể khảo sát một cách dễ dàng

Phương trình tuyến tính hóa này được gọi là phương trình dao động bé vì các phương trình

vi phân được tuyến tính trên cơ sở các dao động về công suất và góc quay do các kích động bé gây ra rất nhỏ

Từ phương pháp dao động bé các tiêu chuẩn toán học và các tiêu chuẩn thực dụng được áp dụng và xây dựng để xét ổn định tĩnh của hệ thống

b Phương pháp khảo sát ổn định động

Trong trường hợp này ác kích động 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 sử dụng các phương pháp diện tích

và phân đoạn liên tiếp để xét ổn định

Tóm lại phương pháp khảo sát ổn định của HTĐ là:

- Xây dựng đường đặc tính công suất (1.11)