GIÁO TRÌNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN_CHƯƠNG 1

Chia sẻ: Tranthi Kimuyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

583
lượt xem 250
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình ổn định hệ thống điện_chương 1', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN_CHƯƠNG 1

http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -1- Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm chung vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn §1.1 æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn I. ChÕ ®é cña HÖ thèng ®iÖn. 1. HÖ thèng ®iÖn (HT§). HT§ lµ tËp hîp c¸c phÇn tö tham gia vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, truyÒn t¶i vµ tiªu thô n¨ng l−îng. C¸c phÇn tö cña HT§ ®−îc chia thµnh hai nhãm: - C¸c phÇn tö tù lùc lµm nhiÖm vô s¶n xuÊt, biÕn ®æi, truyÒn t¶i, ph©n phèi vµ sö dông ®iÖn n¨ng nh− MF, ®−êng d©y t¶i ®iÖn vµ c¸c thiÕt bÞ dïng ®iÖn. - C¸c phÇn tö ®iÒu chØnh lµm nhiÖm vô ®iÒu chØnh vµ biÕn ®æi tr¹ng th¸i HT§ nh− ®iÒu chØnh kÝch tõ m¸y ph¸t ®ång bé, ®iÒu chØnh tÇn sè, b¶o vÖ r¬le, m¸y c¾t ®iÖn... Mçi phÇn tö cña HT§ ®−îc ®Æc tr−ng bëi c¸c th«ng sè, c¸c th«ng sè nµy ®−îc x¸c ®Þnh vÒ l−îng bëi tÝnh chÊt vËt lý cña c¸c phÇn tö, s¬ ®å liªn l¹c gi÷a chóng vµ nhiÒu sù gi¶n −íc tÝnh to¸n kh¸c. VÝ dô: Tæng trë, tæng dÉn cña ®−êng d©y, hÖ sè biÕn ¸p, hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé phËn tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch thÝch... C¸c th«ng sè cña c¸c phÇn tö còng ®−îc gäi lµ c¸c th«ng sè cña HT§. NhiÒu th«ng sè cña HT§ lµ c¸c ®¹i l−îng phi tuyÕn, gi¸ trÞ cña chóng phô thuéc vµo dßng c«ng suÊt, tÇn sè... nh− lµ X, Y, ®é tõ ho¸... trong phÇn lín c¸c bµi to¸n thùc tÕ cã thÓ coi lµ h»ng sè vµ nh− vËy ta cã hÖ thèng tuyÕn tÝnh. NÕu tÝnh ®Õn sù biÕn ®æi cña c¸c th«ng sè ta cã hÖ thèng phi tuyÕn, ®©y lµ mét d¹ng phi tuyÕn cña HT§, d¹ng phi tuyÕn nµy chØ ph¶i xÐt ®Õn trong mét sè Ýt tr−êng hîp nh− khi ph¶i tÝnh ®Õn ®é b·o hoµ cña MF, MBA trong c¸c bµi to¸n æn ®Þnh. 2. ChÕ ®é cña HT§. TËp hîp c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong HT§ vµ x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i lµm viÖc cña HT§ trong mét thêi ®iÓm hay mét kho¶ng thêi gian nµo ®ã gäi lµ chÕ ®é cña HT§. C¸c qu¸ tr×nh nãi trªn ®−îc ®Æc tr−ng bëi c¸c th«ng sè U, I, P, Q, f, δ... t¹i mäi ®iÓm cña HT§. Ta gäi chóng lµ c¸c th«ng sè chÕ ®é, c¸c th«ng nµy kh¸c víi c¸c th«ng sè hÖ thèng ë chç nã chØ tån t¹i khi HT§ lµm viÖc. C¸c th«ng sè chÕ ®é x¸c ®Þnh hoµn toµn tr¹ng th¸i lµm viÖc cña HT§. C¸c th«ng sè chÕ ®é quan hÖ víi nhau th«ng qua c¸c th«ng sè HT§, nhiÒu mèi qua hÖ nµy cã d¹ng phi tuyÕn. VÝ dô P = U2/R. §ã lµ d¹ng phi tuyÕn thø hai cña HT§, d¹ng phi tuyÕn nµy kh«ng thÓ bá qua trong c¸c bµi to¸n ®iÖn lùc. C¸c chÕ ®é cña HT§ ®−îc chia thµnh hai lo¹i: - ChÕ ®é x¸c lËp (C§XL) lµ chÕ ®é c¸c th«ng sè cña nã dao ®éng rÊt nhá xung quanh gi¸ trÞ trung b×nh nµo ®ã, thùc tÕ cã thÓ xem nh− c¸c th«ng sè nµy lµ h»ng sè. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -2- Trong thùc tÕ kh«ng tån t¹i chÕ ®é nµo mµ trong ®ã c¸c th«ng sè cña nã bÊt biÕn theo thêi gian v× HT§ bao gåm mét sè v« cïng lín c¸c phÇn tö, c¸c phÇn tö nµy lu«n lu«n biÕn ®æi khiÕn cho c¸c th«ng sè cña chÕ ®é còng biÕn ®æi kh«ng ngõng. C§XL ®−îc chia thµnh: + C§XL lËp b×nh th−êng lµ chÕ ®é vËn hµnh b×nh th−êng cña HT§. + C§XL sau sù cè x¶y ra sau khi ®· lo¹i trõ sù cè. + ChÕ ®é sù cè x¸c lËp lµ chÕ ®é sù cè duy tr× sau thêi gian qu¸ ®é vÝ dô nh− chÕ ®é ng¾n m¹ch duy tr×... - ChÕ ®é qu¸ ®é lµ chÕ ®é mµ c¸c th«ng sè biÕn ®æi rÊt nhÒu. ChÕ ®é qu¸ ®é gåm cã: + ChÕ ®é qu¸ ®é b×nh th−êng lµ b−íc chuyÓn tõ C§XL b×nh th−êng nµy sang C§XL b×nh th−êng kh¸c. + ChÕ ®é qu¸ ®é sù cè x¶y ra sau sù cè. 3. Yªu cÇu ®èi víi c¸c chÕ ®é cña HT§. a. C§XL b×nh th−êng, c¸c yªu cÇu lµ: - §¶m b¶o chÊt l−îng ®iÖn n¨ng: ®iÖn n¨ng cung cÊp cho c¸c phô t¶i ph¶i cã chÊt l−îng ®¶m b¶o, tøc gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè chÊt l−îng (®iÖn ¸p vµ tÇn sè) ph¶i n»m trong giíi h¹n ®−îc quy ®Þnh bëi c¸c tiªu chuÈn. - §¶m b¶o ®é tin cËy: c¸c phô t¶i ®−îc CC§ liªn tôc víi chÊt l−îng ®¶m b¶o. Møc ®é liªn tôc nµy ph¶i ®¸p øng ®−îc yªu cÇu cña c¸c hé dïng ®iÖn vµ ®iÒu kiÖn cña HT§. - Cã hiÖu qña kinh tÕ cao: chÕ ®é tho¶ m·n ®é tin cËy vµ ®¶m b¶o chÊt l−îng ®iÖn n¨ng ®−îc thùc hiÖn víi chi phÝ s¶n xuÊt ®iÖn, truyÒn t¶i vµ ph©n phèi ®iÖn n¨ng nhá nhÊt. - §¶m b¶o an toµn ®iÖn: ph¶i ®¶m b¶o an toµn cho ng−êi vËn hµnh, ng−êi dïng ®iÖn vµ thiÕt bÞ ph©n phèi ®iÖn. b. C§XL sau sù cè, yªu cÇu lµ: C¸c yªu cÇu môc a ®−îc gi¶m ®i nh−ng chØ cho phÐp kÐo dµi trong mét thêi gian ng¾n, sau ®ã ph¶i cã biÖn ph¸p hoÆc lµ thay ®æi th«ng sè cña chÕ ®é hoÆc lµ thay ®æi s¬ ®å hÖ thèng ®Ó ®−a chÕ ®é nµy ®Ó vÒ C§XL b×nh th−êng. c. ChÕ ®é qu¸ ®é (C§Q§), yªu cÇu lµ: - ChÊm døt mét c¸ch nhanh chãng b»ng C§XL b×nh th−êng hay C§XL sau sù cè. - Trong thêi gian qu¸ ®é c¸c th«ng sè biÕn ®æi trong giíi h¹n cho phÐp nh−: gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn ng¾n m¹ch, ®iÖn ¸p t¹i c¸c nót cña phô t¶i khi ng¾n m¹ch... - C¸c yªu cÇu cña HT§ ®−îc xÐt ®Õn khi thiÕt kÕ vµ ®−îc b¶o ®¶m b»ng c¸ch ®iÒu chØnh th−êng xuyªn trong qu¸ tr×nh vËn hµnh HT§. II. §Þnh nghÜa æn ®Þnh HT§. 1. C©n b»ng c«ng suÊt. §iÒu kiÖn cÇn ®Ó C§XL cã thÓ tån t¹i lµ sù c©n b»ng c«ng suÊt t¸c dông (CSTD) vµ c«ng suÊt ph¶n kh¸ng (CSPK). C«ng suÊt do c¸c nguån sinh ra ph¶i b»ng c«ng suÊt do c¸c phô t¶i tiªu thô céng víi tæn thÊt c«ng suÊt trong c¸c phÇn tö cña HT§. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -3- PF = Ppt + ΔP = P (1.1) Q F = Q pt + ΔQ = Q (1.2) Gi÷a CSTD vµ CSPK cã mèi quan hÖ: S2 = P 2 + Q 2 (1.3) Cho nªn c¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt (1.1) vµ (1.2) kh«ng thÓ xÐt mét c¸ch ®éc lËp mµ lóc nµo còng ph¶i xÐt ®Õn mèi quan hÖ gi÷a chóng. Tuy vËy trong thùc tÕ tÝnh to¸n vµ vËn hµnh HT§ mét c¸ch gÇn ®óng cã thÓ xem sù biÕn ®æi cña CSTD vµ CSPK tu©n theo c¸c quy luËt riªng biÖt Ýt ¶nh h−ëng ®Õn nhau. §ã lµ: - Sù biÕn ®æi CSTD chØ cã ¶nh h−ëng ®Õn tÇn sè cña HT§, ¶nh h−ëng cña nã ®Õn ®iÖn ¸p kh«ng ®¸ng kÓ. Nh− vËy tÇn sè cã thÓ xem lµ chØ tiªu ®Ó ®¸nh gi¸ sù c©n b»ng CSTD. - Sù biÕn ®æi cña CSPK ¶nh h−ëng chñ yÕu ®Õn ®iÖn ¸p cña HT§. Nh− vËy cã thÓ xem ®iÖn ¸p lµ chØ tiªu ®Ó ®¸nh gi¸ sù c©n b»ng CSPK. Trong khi vËn hµnh HT§ c¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt (1.1) vµ (1.2) ®−îc ®¶m b¶o mét c¸ch tù nhiªn. C¸c th«ng sè cña chÕ ®é lu«n gi÷ c¸c gi¸ trÞ sao cho c¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt ®−îc tho¶ m·n. VÝ dô, khi xuÊt ph¸t tõ mét vÞ trÝ c©n b»ng nµo ®ã ta t¨ng CSTD cña nguån lªn lËp tøc tÇn sè sÏ t¨ng lªn lµm cho c«ng suÊt tiªu thô cña phô t¶i còng t¨ng lªn theo cho tíi khi c©n b»ng víi c«ng suÊt cña nguån. Hay khi ®ãng thªm mét phô t¶i CSPK th× lËp tøc ®iÖn ¸p toµn hÖ thèng sÏ gi¶m lµm cho c¸c phô t¶i ph¶n kh¸ng kh¸c sÏ gi¶m ®i cho tíi khi ®¹t l¹i sù c©n b»ng CSPK. TÊt nhiªn sù ®iÒu chØnh nµy chØ thùc hiÖn ®−îc trong ph¹m vi cho phÐp. C¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt (1.1) vµ (1.2) vµ (1.3) lµ c¸c c¬ së xuÊt ph¸t ®Ó tÝnh to¸n c¸c chÕ ®é cña HT§. Tõ c¸c ®iÒu kiÖn Êy ta tÝnh ®−îc c¸c th«ng sè cña chÕ ®é U, I, P, Q... §Ó ®¶m b¶o sù lµm viÖc ®óng ®¾n cña phô t¶i ®iÖn vµ HT§, quy ®Þnh c¸c gi¸ trÞ c©n b»ng cho CSTD vµ CSPK nh− sau: - C«ng suÊt t¸c dông lµ c©n b»ng khi tÇn sè cña hÖ thèng b»ng tÇn sè ®ång bé f (50 hay 60 Hz) hoÆc lµ n»m trong giíi h¹n cho phÐp: f cp min ≤ f ≤ f cp max . - C«ng suÊt ph¶n kh¸ng lµ c©n b»ng khi ®iÖn ¸p t¹i c¸c nót cña HT§ n»m trong giíi h¹n cho phÐp: U cp min ≤ U ≤ U cp max . Khi ®iÖn ¸p vµ tÇn sè lÖch khái c¸c gi¸ trÞ cho phÐp th× xem nh− sù c©n b»ng c«ng suÊt kh«ng ®¶m b¶o vµ cÇn cã biÖn ph¸p ®Ó b¶o ®¶m chóng. Sù c©n b»ng CSTD cã tÝnh chÊt toµn hÖ thèng. V× ë tÊt c¶ c¸c ®iÓm trªn hÖ thèng tÇn sè lu«n cã gi¸ trÞ chung. ViÖc ®¶m b¶o tÇn sè do ®ã dÔ thùc hiÖn, chØ cÇn ®iÒu chØnh c«ng suÊt t¹i mét nhµ m¸y nµo ®ã. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -4- Tr¸i l¹i, sù c©n b»ng CSPK mang tÝnh chÊt côc bé thõa chç nµy thiÕu chç kh¸c. ViÖc ®iÒu chØnh CSPK phøc t¹p kh«ng thÓ thùc hiÖn chung cho toµn bé hÖ thèng ®−îc. Trong HT§, m¸y ph¸t ®iÖn (MF) lµ phÇn tö quyÕt ®Þnh sù lµm viÖc cña toµn hÖ thèng, v× vËy sù c©n b»ng CSTD trªn trôc roto cña c¸c MF ®ãng vai trß quan träng quyÕt ®Þnh sù tån t¹i cña C§XL. §©y lµ sù c©n b»ng C¬-§iÖn, nghÜa lµ sù c©n b»ng gi÷a c«ng suÊt c¬ häc cña tuabin PTB vµ c«ng suÊt ®iÖn PMF do MF ph¸t ra: PTB = PMF . Nh− trªn ®· nãi, sù c©n b»ng CSTD cã tÝnh chÊt toµn hÖ thèng cho nªn bÊt cø sù mÊt c©n b»ng nµo x¶y ra ë bÊt cø ®©u còng ®Òu tøc kh¾c t¸c ®éng lªn MF vµ g©y ra sù mÊt c©n b»ng c¬ ®iÖn ë ®©y. §èi víi CSPK sù c©n b»ng ë c¸c nót phô t¶i lín cã ý nghÜa quan träng h¬n c¶. Cßn ®èi víi c¸c phô t¶i quay còng cã sù c©n b»ng c¬ ®iÖn c«ng suÊt ®iÖn cña l−íi PPT vµ c«ng suÊt c¬ PC cña c¸c m¸y c«ng cô: PC = PPT . 2. §Þnh nghÜa æn ®Þnh HT§. §iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt kh«ng ®ñ cho mét C§XL tån t¹i trong thùc tÕ. V× c¸c chÕ ®é trong thùc tÕ lu«n bÞ c¸c kÝch ®éng tõ bªn ngoµi. Mét chÕ ®é tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt muèn tån t¹i ®−îc trong thùc tÕ ph¶i chÞu ®ùng ®−îc c¸c kÝch ®éng mµ ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt kh«ng bÞ ph¸ huû. C¸c kÝch ®éng ®èi víi chÕ ®é HT§ ®−îc chia lµm 2 lo¹i: c¸c kÝch ®éng nhá vµ c¸c kÝch ®éng lín. a. æn ®Þnh tÜnh. C¸c kÝch ®éng nhá x¶y ra liªn tôc vµ cã biªn ®é nhá, ®ã lµ sù biÕn ®æi cña thiÕt bÞ ®iÒu chØnh... C¸c kÝch ®éng nµy t¸c ®éng lªn roto cña MF, ph¸ ho¹i sù c©n b»ng c«ng suÊt ban ®Çu lµm cho C§XL t−¬ng øng bÞ dao ®éng. C§XL muèn duy tr× ®−îc th× ph¶i chÞu ®−îc c¸c kÝch ®éng nhá nµy, cã nghÜa lµ sù c©n b»ng c«ng suÊt ph¶i ®−îc gi÷ v÷ng tr−íc c¸c kÝch ®éng nhá, nãi ®óng h¬n lµ sù c©n b»ng c«ng suÊt ph¶i ®−îc kh«i phôc sau c¸c kÝch ®éng nhá, trong tr−êng hîp ®ã ta nãi r»ng hÖ thèng cã æn ®Þnh tÜnh. Ta cã, ®Þnh nghÜa æn ®Þnh tÜnh: æn ®Þnh tÜnh lµ kh¶ n¨ng cña HT§ kh«i phôc l¹i chÕ ®é ban ®Çu hoÆc rÊt gÇn chÕ ®é ban ®Çu sau khi bÞ kÝch ®éng nhá. Nh− vËy æn ®Þnh tÜnh lµ ®iÒu kiÖn ®ñ ®Ó mét C§XL tån t¹i trong thùc tÕ. b. æn ®Þnh ®éng. C¸c kÝch ®éng lín x¶y ra Ýt h¬n so víi c¸c kÝch ®éng nhá, nh−ng cã biªn ®é kh¸ lín. C¸c kÝch ®éng nµy x¶y ra do c¸c biÕn ®æi ®ét ngét s¬ ®å nèi ®iÖn, biÕn ®æi cña phô t¶i ®iÖn vµ c¸c sù cè ng¾n m¹ch... C¸c kÝch ®éng lín t¸c ®éng lµm cho c©n b»ng c«ng suÊt C¬-§iÖn bÞ ph¸ vì ®ét ngét, C§XL t−¬ng øng bÞ dao ®éng rÊt m¹nh. Kh¶ n¨ng cña HT§ chÞu ®−îc c¸c kÝch ®éng nµy mµ C§XL kh«ng bÞ ph¸ ho¹i gäi lµ kh¶ n¨ng æn ®Þnh ®éng cña HT§. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -5- Ta cã ®Þnh nghÜa æn ®Þnh ®éng: æn ®Þnh ®éng lµ kh¶ n¨ng cña HT§ kh«i phôc l¹i chÕ ®é lµm viÖc ban ®Çu hoÆc lµ rÊt gÇn chÕ ®é ban ®Çu sau khi bÞ kÝch ®éng lín. Nh− vËy æn ®Þnh ®éng lµ ®iÒu kiÖn ®Ó cho chÕ ®é cña HT§ tån t¹i l©u dµi. c. æn ®Þnh tæng qu¸t. Khi mét chÕ ®é nµo ®ã cña HT§ chÞu c¸c kÝch ®éng nhá hoÆc lín, nÕu HT§ cã æn ®Þnh tÜnh hoÆc ®éng th× sù c©n b»ng CSTD ban ®Çu sÏ ®−îc kh«i phôc l¹i, chÕ ®é lµm viÖc ®−îc gi÷ v÷ng. Trong qu¸ tr×nh dao ®éng nµy tÇn sè bÞ lÖch khái gi¸ trÞ ®Þnh møc song ®é lÖch nµy qu¸ nhá cho nªn tÇn sè ®−îc xem nh− kh«ng thay ®æi. V× vËy ®Æc tr−ng qu¸ tr×nh dao ®éng rotor cña MF khi ch−a mÊt æn ®Þnh lµ tèc ®é gãc cña chóng vÉn gi÷ gi¸ trÞ ®ång bé ω = ω0 (ω0 = 2πf = 2.3,14.50 = 314rad / s) chÕ ®é vÉn lµ chÕ ®é ®ång bé. NÕu hÖ thèng mÊt æn ®Þnh th× sù c©n b»ng bÞ ph¸ huû, tèc ®é gãc cña roto bÞ lÖch khái gi¸ trÞ ®Þnh møc víi gi¸ trÞ lín, trong hÖ thèng xuÊt hiÖn hÖ sè tr−ît s. ω − ω0 s= ω0 + ω lµ tèc ®é gãc tøc thêi cña c¸c MF. Trong ®ã: + ω0 lµ tèc ®é ®ång bé. Khi ®ã HT§ r¬i vµo chÕ ®é kh«ng ®ång bé, c«ng suÊt vµ c¸c th«ng sè kh¸c cña chÕ ®é dao ®éng rÊt m¹nh víi biªn ®é lín. ChÕ ®é kh«ng ®ång bé kÐo dµi sÏ dÉn ®Õn: - HÖ thèng bÞ tan r· hoµn toµn, c¸c MF bÞ c¾t khái l−íi vµ ngõng lµm viÖc. - ChÕ ®é ®ång bé l¹i ®−îc kh«i phôc, khi ®ã hÖ thèng cã kh¶ n¨ng æn ®Þnh tæng qu¸t. Ta cã, ®Þnh nghÜa æn ®Þnh tæng qu¸t: æn ®Þnh tæng qu¸t lµ kh¶ n¨ng cña HT§ lËp l¹i chÕ ®é ®ång bé sau khi ®· r¬i vµo chÕ ®é kh«ng ®ång bé do mÊt æn ®Þnh tÜnh hoÆc mÊt æn ®Þnh ®éng. d. æn ®Þnh ®iÖn ¸p. ë c¸c nót phô t¶i, c¸c kÝch ®éng nhá lµm cho ®iÖn ¸p biÕn ®æi. Sù biÕn ®æi ®iÖn ¸p nµy cã thÓ lµm cho c©n b»ng CSTD vµ CSPK bÞ ph¸ ho¹i dÉn ®Õn mÊt æn ®Þnh phô t¶i, c¸c ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ngõng lµm viÖc. Kh¶ n¨ng cña HT§ chÞu ®−îc c¸c kÝch ®éng nµy mµ chÕ ®é lµm viÖc kh«ng bÞ ph¸ ho¹i gäi lµ æn ®Þnh phô t¶i hay lµ æn ®Þnh ®iÖn ¸p. Ta cã, ®Þnh nghÜa æn ®Þnh ®iÖn ¸p (æn ®Þnh phô t¶i): æn ®Þnh phô t¶i lµ kh¶ n¨ng cña HT§ kh«i phôc l¹i ®iÖn ¸p ban ®Çu hay rÊt gÇn ban ®Çu khi bÞ c¸c kÝch ®éng nhá ë nót phô t¶i. 3. C¸c d¹ng mÊt æn ®Þnh. Cã 2 d¹ng mÊt æn ®Þnh: - MÊt æn ®Þnh tiÖm cËn. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -6- - MÊt æn ®Þnh dao ®éng, gåm 2 lo¹i: + Tù dao ®éng t¨ng dÇn. + Tù kÝch thÝch. a. MÊt æn ®Þnh tiÖm cËn. Khi c«ng suÊt ph¸t cña nhµ m¸y ®iÖn lªn hÖ thèng qua ®−êng d©y dµi v−ît qu¸ giíi h¹n æn ®Þnh tÜnh thÓ hiÖn b»ng Pgh hay gãc δgh (gãc gi÷a vector søc ®iÖn ®éng cña m¸y ph¸t vµ ®iÖn ¸p trªn thanh gãp cña hÖ thèng nhËn ®iÖn) th× hÖ thèng mÊt æn ®Þnh tÜnh vµ gãc δ t¨ng lªn. HT§ r¬i vµo chÕ ®é kh«ng ®ång bé, c¸c th«ng sè chÕ ®é biÕn ®æi m¹nh v−ît ra ngoµi ph¹m vi cho phÐp, c¸c MF bÞ c¾t khái l−íi vËn hµnh lµm cho HT§ tan r·. §Ó ®èi phã víi d¹ng mÊt æn ®Þnh nµy ph¶i thiÕt kÕ hÖ thèng cã Pgh cao h¬n c«ng suÊt cÇn ph¸t cña nhµ m¸y ®iÖn. b. MÊt æn ®Þnh dao ®éng, cã 2 d¹ng: - Tù dao ®éng t¨ng dÇn: nguyªn nh©n chÝnh cã thÓ x¶y ra lµ kh«ng chØnh ®Þnh ®óng hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch tõ (T§K), gãc δ võa dao ®éng võa t¨ng lªn. §Ó h¹n chÕ tù dao ®éng t¨ng dÇn ph¶i chØnh ®Þnh ®óng T§K lo¹i tû lÖ. Khi ®−êng d©y dµi t¶i c«ng suÊt lín th× nªn dïng T§K lo¹i m¹nh cã kh¶ n¨ng h¹n chÕ nguy c¬ tù dao ®éng t¨ng dÇn cao h¬n so víi T§K lo¹i tû lÖ. - Tù kÝch lµ hiÖn t−îng dßng ®iÖn kÝch tõ vµ dßng ®iÖn m¸y ph¸t tù t¨ng lªn kÐo theo sù biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p m¸y ph¸t. Tù kÝch hay x¶y ra trong tr−êng hîp m¸y ph¸t lµm viÖc víi ®−êng d©y dµi kh«ng t¶i. §iÖn dung cña ®−êng d©y (do ®iÖn dung lín h¬n ®iÖn kh¸ng nªn ®−êng d©y thÓ hiÖn víi m¸y ph¸t nh− mét tô ®iÖn) t¹o víi ®iÖn kh¸ng, ®iÖn trë m¸y ph¸t m¹ch dao ®éng R, L, C cã tÇn sè riªng ωr . Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh, n¨ng l−îng cña roto truyÒn sang lµm cho m¹ch nµy dao ®éng, nÕu tÇn sè riªng ωr gÇn b»ng tÇn sè cña m¸y ph¸t sÏ g©y ra céng h−ëng vµ lµm cho dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p m¸y ph¸t t¨ng lªn. §Ó tr¸nh hiÖn t−îng nµy khi thiÕt kÕ ®−êng d©y dµi ph¶i chó ý khi chän vµ hiÖu chØnh th«ng sè cña ®−êng d©y. Nãi chung th× sau khi thiÕt kÕ vµ chØnh ®Þnh ®óng hÖ thèng víi ®−êng d©y dµi, th× c¸c hiÖn t−îng tù dao ®éng t¨ng dÇn vµ tù kÝch cã thÓ xem nh− ®−îc lo¹i trõ. Trong vËn hµnh chØ cßn ph¶i ®èi phã víi mÊt æn ®Þnh d¹ng tiÖm cËn khi mµ c«ng suÊt ph¸t biÕn ®æi m¹nh. II. Môc tiªu kh¶o s¸t æn ®Þnh. Nh− ®· tr×nh bµy ë trªn, mét C§XL muèn tån t¹i ®−îc trong thùc tÕ tøc lµ cã thÓ thùc hiÖn ®−îc nã trong vËn hµnh cÇn ph¶i cã 2 ®iÒu kiÖn: - Cã sù c©n b»ng c«ng suÊt theo (1.1) vµ (1.2). - ChÕ ®é cã æn ®Þnh, tr−íc hÕt lµ æn ®Þnh tÜnh vµ æn ®Þnh phô t¶i v× c¸c kÝch ®éng nhá x¶y ra th−êng xuyªn. ViÖc ®¶m b¶o æn ®Þnh ®éng vµ æn ®Þnh tæng qu¸t ®¶m b¶o cho c¸c chÕ ®é lµm viÖc l©u dµi. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -7- Trong thiÕt kÕ vµ vËn hµnh HT§, c¸c chÕ ®é tho¶ m·n vÒ yªu cÇu chÊt l−îng ®iÖn n¨ng, ®é tin cËy, kinh tÕ, æn ®Þnh tÜnh ph¶i ®−îc ®¶m b¶o v« ®iÒu kiÖn, cßn æn ®Þnh ®éng vµ æn ®Þnh tæng qu¸t ®−îc ®¶m b¶o trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh. Môc tiªu kh¶o s¸t æn ®Þnh cña hÖ thèng lµ: XÐt kh¶ n¨ng æn ®Þnh cña c¸c chÕ ®é vËn hµnh cã thÓ x¶y ra ®èi víi HT§ ®−îc thiÕt kÕ, quy ho¹ch, còng nh− trong vËn hµnh. NÕu kh¶ n¨ng ®ã kh«ng ®ñ yªu cÇu th× ph¶i thùc hiÖn c¸c biÖn ph¸p t¨ng c−êng nã sao cho hÖ thèng kh«ng bÞ mÊt æn ®Þnh khi r¬i vµo chÕ ®é ®ã. Kh¶ n¨ng æn ®Þnh cña chÕ ®é ®−îc biÓu diÔn b»ng ®é dù tr÷ æn ®Þnh, ®©y lµ ®¹i l−îng ph¶n ¸nh sù so s¸nh gi÷a chÕ ®é ®−îc xÐt æn ®Þnh vµ chÕ ®é giíi h¹n æn ®Þnh, tøc lµ chÕ ®é nµo ®ã th× tr−íc hÕt ph¶i tÝnh ®−îc chÕ ®é giíi h¹n cña HT§. ChÕ ®é giíi h¹n ®−îc ®Æc tr−ng bëi c¸c th«ng sè giíi h¹n Pgh , Q gh , U gh , δ gh .... §é dù tr÷ æn ®Þnh cña HT§ lµ ®é dù tr÷ cña chÕ ®é cã ®é dù tr÷ bÐ nhÊt trong tÊt c¶ c¸c chÕ ®é cã thÓ x¶y ra cña HT§. III. Ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t æn ®Þnh Khi x¶y ra mét kÝch ®éng nµo ®ã th× kÝch ®éng nµy t¸c ®éng lªn roto cña MF vµ g©y ra ë ®ã sù mÊt c©n b»ng c«ng suÊt. Sù mÊt c©n b»ng nµy t¹o ra qu¸ tr×nh qu¸ ®é C¬-§iÖn trong MF. NÕu qu¸ tr×nh nµy t¾t dÇn th× cã nghÜa lµ sù c©n b»ng c«ng suÊt ®−îc kh«i phôc vµ chÕ ®é æn ®Þnh, cßn trong tr−êng hîp ng−îc l¹i qu¸ tr×nh kh«ng t¾t dÇn vµ sù kh«ng c©n b»ng c«ng suÊt ngµy cµng t¨ng lªn, chÕ ®é kh«ng æn ®Þnh, tøc lµ hÖ thèng mÊt æn ®Þnh. ViÖc kh¶o s¸t æn ®Þnh chÝnh lµ kh¶o s¸t qu¸ tr×nh qu¸ ®é C¬-§iÖn x¶y ra trong MF khi cã c¸c kÝch ®éng trong HT§. Qu¸ tr×nh qu¸ ®é C¬-§iÖn ®−îc diÔn t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña roto cña MF, cho nªn xÐt æn ®Þnh còng chÝnh lµ xÐt ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña c¸c MF trong hÖ thèng khi x¶y ra c¸c kÝch ®éng. Gi¶ sö mét MF ®ang lµm viÖc víi C§XL víi c¸c th«ng sè P0 , Q 0 , U 0 , δ 0 ... th× khi x¶y ra mét kÝch ®éng, kÝch ®éng nµy g©y ra sù mÊt c©n b»ng c«ng suÊt ΔP trªn trôc roto. ΔP = PT 0 − P = P0 − P (1.7) Trong ®ã: - PT 0 lµ c«ng suÊt ban ®Çu cña tuabin. - PT 0 = P0 = P lµ c«ng suÊt ®iÖn cña m¸y ph¸t sau khi x¶y ra kÝch ®éng. C«ng suÊt ΔP cßn ®−îc gäi lµ c«ng suÊt thõa, nã t¸c ®éng lªn roto vµ g©y ra cho d 2 δ ΔP nã mét gia tèc: α = = (1.8) dt 2 Tj Trong ®ã: - T j lµ h»ng sè qu¸n tÝnh. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -8- - δ lµ gãc quay t−¬ng ®èi cña roto, nã ®−îc x¸c ®Þnh bëi vÞ trÝ cña roto so víi mét trôc tÝnh to¸n quay víi tèc ®é ®ång bé ω 0 = 2πf 0 (h×nh 1-1). Ta ph¶i nhí r»ng tr−íc khi bÞ kÝch ®éng roto ®ang quay víi vËn tèc ®ång bé ω 0 , c«ng suÊt thõa ΔP = 0 . Theo h×nh (1.1), nh− vËy ω trôc rotor roto quay cïng víi tèc ®é cña trôc tÝnh to¸n δ cho nªn gãc δ lµ h»ng sè, do ®ã gia tèc α khi ω0 trôc tÝnh to¸n ch−a cã kÝch ®éng lµ b»ng kh«ng. Sau khi bÞ kÝch ®éng, do xuÊt hiÖn c«ng suÊt thõa ΔP nªn tèc ®é gãc cña roto sÏ kh¸c víi tèc ®é ®ång bé ω 0 cho nªn sÏ xuÊt hiÖn tèc H×nh 1-1: Gãc quay t−¬ng ®èi cña roto ®é quay t−¬ng ®èi cña roto víi trôc tÝnh to¸n quay ®ång bé. dδ Δω = ω − ω 0 = (1.9) dt Lóc nµy tÊt nhiªn α sÏ kh¸c 0. B©y giê thay (1.7) vµo (1.8) ta sÏ ®−îc ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña d 2δ = ΔP = P0 − P roto cña MF: T j (1.10) dt 2 ViÖc dÉn xuÊt chÝnh x¸c ph−¬ng tr×nh nµy sÏ ®−îc tr×nh bµy ë phÇn sau. Trong (1.10) kÝch ®éng ®èi víi hÖ thèng ®−îc thÓ hiÖn trong c«ng suÊt thõa ΔP . §©y lµ mét ph−¬ng tr×nh vi ph©n phi tuyÕn. Gi¶i (1.10) theo c¸c ΔP kh¸c nhau sÏ rót ra ®−îc kÕt luËn vÒ æn ®Þnh cña HT§. Gi¶i (1.10) ta sÏ ®−îc quan hÖ gi÷a gãc quay t−¬ng ®èi theo thêi gian δ(t ) , xuÊt ph¸t tõ gi¸ trÞ ban ®Çu δ 0 (khi t = 0). NÕu hÖ thèng cã æn ®Þnh th× sau mét thêi gian t nµo ®ã sau khi bÞ kÝch ®éng gãc δ(t ) sÏ trë vÒ gi¸ trÞ ban ®Çu δ 0 (h×nh 1.2, ®−êng a) hoÆc lµ mét gi¸ trÞ gÇn nã ®Ó råi sau ®ã sÏ lµ h»ng sè theo t, lóc ®ã ΔP triÖt tiªu, c¸c th«ng sè kh¸c cña chÕ ®é P, Q, U, sau mét thêi gian dao ®éng sÏ trë vÒ gi¸ bÞ ban ®Çu hoÆc gÇn ban ®Çu. Ng−îc l¹i nÕu hÖ thèng mÊt æn δ ®Þnh th× gãc δ(t ) sÏ t¨ng v« h¹n b a (h×nh 1.2, ®−êng b) vµ c¸c th«ng sè δ0 kh¸c còng biÕn ®æi kh«ng ngõng, hÖ thèng r¬i vµo chÕ ®é kh«ng ®ång bé. Nh− vËy gãc δ , ®óng h¬n lµ t o sù biÕn thiªn cña δ theo thêi gian H×nh 1-2: §Æc tÝnh gãc quay cña roto biÓu hiÖn trùc tiÕp cña sù æn ®Þnh hay kh«ng æn ®Þnh cña HT§. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn -9- Râ rµng lµ ®Ó cã thÓ gi¶i ®−îc ph−¬ng tr×nh (1.10) cÇn ph¶i t×m ®−îc quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ®iÖn P theo gãc quay t−¬ng ®èi cña MF: P = f (δ ) (1.11) Quan hÖ (1.11) ®−îc gäi lµ ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt cña MF hoÆc lµ cña HT§. Trong tr−êng hîp hÖ thèng cã nhiÒu MF th× sè gãc quay sÏ nhiÒu vµ ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt, c¸c ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng sÏ cã d¹ng phøc t¹p h¬n. Ngoµi ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña c¸c MF cßn ph¶i kÓ ®Õn c¸c ph−¬ng tr×nh vi ph©n kh¸c cã liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh qu¸ ®é c¬ ®iÖn, c¸c ph−¬ng tr×nh nµy t¹o thµnh hÖ ph−¬ng tr×nh vi ph©n phøc t¹p m« t¶ qu¸ tr×nh qu¸ ®é c¬ ®iÖn x¶y ra trong HT§ khi bÞ kÝch ®éng. ViÖc gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh nµy ®Ó xÐt æn ®Þnh cña HT§ ®−îc chia lµm hai tr−êng hîp æn ®Þnh tÜnh vµ æn ®Þnh ®éng. a) Ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t æn ®Þnh tÜnh. Víi c¸c kÝch ®éng nhá th× sù thay ®æi ΔP còng rÊt nhá nªn (1.10) cã thÓ tuyÕn tÝnh ho¸ thµnh ph−¬ng tr×nh vi ph©n tuyÕn tÝnh, ph−¬ng tr×nh nµy cã thÓ kh¶o s¸t mét c¸ch dÔ dµng. Ph−¬ng ph¸p tuyÕn tÝnh ho¸ nµy cßn ®−îc gäi lµ ph−¬ng ph¸p dao ®éng bÐ v× c¸c ph−¬ng tr×nh vi ph©n ®−îc tuyÕn tÝnh ho¸ trªn c¬ së c¸c dao ®éng vÒ c«ng suÊt vµ gãc quay do c¸c kÝch ®éng bÐ g©y ra lµ rÊt nhá. Tõ ph−¬ng ph¸p dao ®éng bÐ c¸c tiªu chuÈn to¸n häc vµ c¸c tiªu chuÈn thùc dông ®−îc ¸p dông vµ x©y dùng ®Ó xÐt æn ®Þnh tÜnh cña HT§. b) Ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t æn ®Þnh ®éng. Trong tr−êng hîp nµy c¸c kÝch ®éng rÊt lín cho nªn kh«ng thÓ tuyÕn tÝnh ho¸ hÖ ph−¬ng tr×nh vi ph©n ®−îc mµ ph¶i ®Ó nguyªn nã d−íi d¹ng phi tuyÕn vµ sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p diÖn tÝch vµ ph©n ®o¹n liªn tiÕp ®Ó xÐt æn ®Þnh ®éng. Tãm l¹i ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t æn ®Þnh cña HT§ lµ: - X©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt (1.11) - X©y dùng hÖ ph−¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng (1.10) råi tuú theo bµi to¸n æn ®Þnh tÜnh hay ®éng mµ sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p riªng ®Ó xÐt. - Sau khi kh¶o s¸t rót ra c¸c chÕ ®é giíi h¹n, ®em c¸c chÕ ®é vËn hµnh so s¸nh víi nã ®Ó kÕt luËn kh¶ n¨ng æn ®Þnh, tÝnh to¸n c¸c biÖn ph¸p ®¶m b¶o vµ t¨ng c−êng kh¶ n¨ng æn ®Þnh, tÝnh to¸n chØnh ®Þnh th«ng sè cña c¸c thiÕt bÞ ®iÒu chØnh... §èi víi æn ®Þnh tæng hîp ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t sÏ ®−îc nãi ®Õn sau nµy. §1.2 HÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi vμ ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña MF I. HÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi. §Ó thuËn lîi cho viÖc tÝnh to¸n, tÊt c¶ c¸c th«ng sè cña hÖ thèng còng nh− chÕ ®é ®−îc quy ®æi vÒ hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi nghÜa lµ chóng ®−îc biÓu hiÖn d−íi d¹ng tû sè gi÷a gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña chóng víi c¸c gi¸ trÞ chän lµm c¬ së. Nªn nhí r»ng trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi c¸c ®¹i l−îng kh«ng cã thø nguyªn. Trong tÝnh to¸n HT§ cÇn bèn ®¹i Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn - 10 - l−îng c¬ së: dßng ®iÖn Ics, c«ng suÊt Scs, ®iÖn ¸p Ucs vµ tæng trë Zcs, gi÷a chóng cã mèi 2 U cs liªn hÖ: S cs = 3U cs I cs ; Z cs = (1.12) S cs Ta chØ cã thÓ chän tuú ý 2 ®¹i l−îng c¬ së, c¸c ®¹i l−îng c¬ së cßn l¹i tÝnh theo (1.12). C¸c th«ng sè cña chÕ ®é vµ HT§ ®−îc quy ®æi vÒ hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi ®−îc tÝnh St U I Z nh− sau: S q = , U q = t , Iq = t , Zq = 1 (1.13) S cs U cs I cs Z cs C¸c ®¹i l−îng cã chØ sè q lµ ë trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi, c¸c ®¹i l−îng cã chØ sè t lµ ë trong hÖ ®¬n vÞ cã tªn hay lµ gi¸ trÞ thùc. NÕu HT§ cã nhiÒu cÊp ®iÖn ¸p th× ngoµi viÖc tÝnh quy ®æi vÒ hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi cßn ph¶i tÝnh chuyÓn vÞ c¸c th«ng sè vÒ cïng mét cÊp ®iÖn ¸p ®−îc chän lµm c¬ së tÝnh to¸n: (k 1 .k 2 ...k n ) Ut U qc = U cs (1.14) ⎛ ⎞ I 1 ⎜ ⎟ =t I qc ⎜ k k ...k ⎟ ⎝12 n ⎠ I cs Ký hiÖu c chØ r»ng ®¹i l−îng ®· ®−îc tÝnh chuyÓn vÞ, k1...k n lµ hÖ sè biÕn ¸p cña c¸c MBA n»m gi÷a m¹ch cã gi¸ trÞ cÇn chuyÓn vÞ vµ m¹ch cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®−îc chän lµm c¬ së. § iÖn ¸p cña MBA vÒ phÝa d−îc chän lµm co së k= § iÖn ¸p cña MBA phÝa th«ng sè d−îc chuyÓn vÞ §èi víi c«ng suÊt th× kh«ng ph¶i nh©n víi hÖ sè biÕn ¸p. Tõ ®©y vÒ sau nÕu kh«ng cÇn ph¶i ph©n biÖt gi÷a c¸c ®¹i l−îng cã tªn t−¬ng ®èi vµ chuyÓn vÞ th× kh«ng cÇn thiÕt vÒ c¸c ký hiÖu q vµ c n÷a. Trong tÝnh to¸n æn ®Þnh hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi ®−îc më réng cho thêi gian vµ tèc ®é gãc: - §èi víi thêi gian: gi¸ trÞ c¬ së t cs ®−îc chän b»ng thêi gian sao cho roto quay víi tèc ®é ®ång bé ω 0 = 2πf 0 quay ®−îc mét gãc b»ng 1 (rad). Tõ ®ã. 1 t cs .ω 0 = 1 → t cs = (1.15) ω0 vµ t q = ω0 t 1 ; khi f 0 = 50Hz, ω 0 = 2πf 0 = 314 th× t q = 314t t (rad) (1.16) Trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi thêi gian cßn ®−îc gäi lµ radian. - §èi víi tèc ®é gãc: gi¸ trÞ c¬ së ®−îc chän lµ tèc ®é ®ång bé ω o do ®ã: ωt ωt ω ωq = = =t (1.17) ω cs 2πf 0 314 Khi ω t = ω 0 th× ω q =1 II. Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña MF ®ång bé. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn - 11 - Trong tÝnh to¸n æn ®Þnh tÜnh vµ ®éng, coi ω = ω 0 vµ khi bá qua qu¸ tr×nh qu¸ ®é ®iÖn tõ cã ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng c¬ häc t−¬ng ®èi cña m¸y ph¸t ®ång bé trong hÖ d 2δh = ΔM ®¬n vÞ cã tªn nh− sau: j 0 (1.18) dt 2 Trong ®ã: - ΔM = M T − M d lµ moment thõa trªn trôc roto, xuÊt hiÖn khi m¸y ph¸t bÞ kÝch ®éng vµ sù c©n b»ng bÞ ph¸ ho¹i, [kg.m]; M T = moment tuabin; M d = moment ®iÖn. - δ h lµ gãc quay t−¬ng ®èi h×nh häc [rad] (gãc quay thùc cña roto). Gãc nµy ®−îc x¸c ®Þnh bëi vÞ trÝ tøc thêi cña trôc roto víi mét trôc quay víi tèc ®é ®ång bé gäi lµ trôc tÝnh to¸n (h×nh 1.1). V× vËy mµ ph−¬ng tr×nh (1.18) ®−îc gäi lµ ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi. [ ] d 2δh = α h lµ gia tèc t−¬ng ®èi cña roto; j0 lµ moment qu¸n tÝnh kg.m 2 . - 2 dt ⎛ j0 Ω 0 ⎞ d 2 δ h 2 Nh©n vµo hai vÕ cña (1.18) víi Ω 0 ta sÏ ®−îc: 2⎜ ⎟ = ΔMΩ 0 2 2 ⎜ 2 ⎟ dt 2 ⎝ ⎠ d 2δh = ΔMΩ 0 2 Hay lµ: Tj (1.19) 2 dt Trong ®ã: - Ω 0 lµ tèc ®é gãc c¬ häc ®ång bé cã gi¸ trÞ tuú theo cÊu t¹o cña MF. ⎛ j0 Ω 0 ⎞ 2 - T j = 2⎜ ⎟ lµ 2 lÇn ®éng n¨ng cña roto ®−îc gäi lµ h»ng sè qu¸n tÝnh cña roto, ⎜ ⎟ ⎝2 ⎠ nã cã thø nguyªn lµ [N, m], [J], [kgm 2 / s 2 ] hay [Ws](1Nm = 1J = 1Ws = kgm 2 / s 2 ). Ph−¬ng tr×nh (1.19) kh«ng tiÖn cho δ = 180 0 kh¶o s¸t æn ®Þnh v× trong ®ã cã c¶ hai δ = 360 0 / 2m p ®¹i l−îng c¬ vµ ®iÖn. §Ó tÝnh to¸n æn ®Þnh tèt h¬n c¶ lµ ®−a (1.19) vÒ ph−¬ng tr×nh víi c¸c ®¹i l−îng ®iÖn: gãc ®iÖn δ vµ tèc ®é ®iÖn ω 0 . §Ó lµm nh− vËy ph¶i sö dông c¸c biÓu thøc sau ®©y: H×nh 1-3: S¬ ®å chuyÓn ®æi ®¹i l−îng C¬ - §iÖn ω δ ΔP δh = ; Ω 0 = 0 ; ΔM = (1.20) Ω0 mp mp m p lµ sè ®«i cùc cña roto. Sù ®óng ®¾n cña c¸c quan hÖ (1.20) ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ (1.3) Thay (1.20) vµo (1.19) ®−îc ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña roto víi c¸c ®¹i l−îng ®iÖn trong hÖ ®¬n vÞ cã tªn: Tj d δ = ΔPω0 [kWs, rad, s, kW, rad / s] 2 (1.21a) 2 dt Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 1: KNC vÒ æn ®Þnh HÖ thèng ®iÖn - 12 - Trong tÝnh to¸n thùc tÕ cã thÓ ¸p dông c¸c d¹ng kh¸c nhau cña ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi nh− sau: NÕu muèn tÝnh gãc b»ng ®é th× thay vµo (1.21a) δ[rad ] = δ [®é]. 2π / 360 : d 2δ = ΔP(360.ω 0 / 2π) = [kWs, ®é, s, kW, rad/s] (1.21b) Tj dt 2 NÕu muèn tÝnh ΔP trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi th× thay ΔP[kW ] = ΔP [§VT§].Scs, [kVA], Tj [kWs] = Tj [s]S cs [kVA ] vµo (1.21b): d 2δ = ΔP(360ω 0 / 2π) = ΔP(306.f 0 ) [s, ®é, s, §VT§, rad/s] (1.21c) Tj dt 2 d 2δ ω0 = 2π.f 0 , cho f 0 = 50Hz th× Tj α = Tj = 18000ΔP [s, ®é, s, §VT§](1.21d) dt 2 C¸c ph−¬ng tr×nh (1.21) dïng ®Ó tÝnh æn ®Þnh ®éng cña HT§, nÕu tÝnh b»ng tay th× dïng c«ng thøc (1.21d). §1.3 Tiªu chuÈn tÝnh æn ®Þnh cña HT§ I. Tiªu chuÈn æn ®Þnh tÜnh. Trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng ®é dù tr÷ æn ®Þnh tÜnh theo c«ng suÊt kh«ng nhá h¬n 20%, theo ®iÖn ¸p kh«ng nhá h¬n 15%. Trong c¸c sù cè ng¾n h¹n (kh«ng l©u h¬n 40 phót) cho phÐp gi¶m ®é dù tr÷ theo c«ng suÊt xuèng 8%, theo ®iÖn ¸p xuèng 10%. II. Tiªu chuÈn æn ®Þnh ®éng. Cã 3 møc ®¶m b¶o æn ®Þnh ®éng, chia lµm 3 nhãm: * Nhãm I: HÖ thèng kh«ng ®−îc mÊt æn ®Þnh ®éng trong c¸c t×nh huèng sau: - Nh¶y bÊt kú phÇn tö nµo cña l−íi ®iÖn 500 [kV] vµ thÊp h¬n. - Ng¾n m¹ch 1 pha trªn ®−êng d©y 500 [kV] vµ thÊp h¬n khi b¶o vÖ chÝnh ho¹t ®éng víi tù ®ãng l¹i mét pha thµnh c«ng vµ kh«ng thµnh c«ng. - MÊt 1 MF lín, quan träng trong hÖ thèng. - X¶y ra mÊt c©n b»ng c«ng suÊt t−¬ng tù nh− mÊt mét tæ m¸y lín, mÊt phô t¶i lín... * Nhãm II: HÖ thèng kh«ng ®−îc mÊt æn ®Þnh ®éng trong c¸c tÝnh huèng sau: - Nh¶y bÊt kú phÇn tö nµo cña l−íi ®iÖn 500 [kV] khi b¶o vÖ chÝnh ho¹t ®éng víi tù ®ãng l¹i mét pha thµnh c«ng. - Ng¾n m¹ch 2 pha ch¹m ®Êt vµ 3 pha trªn tÊt c¶ c¸c lo¹i ®−êng d©y khi b¶o vÖ chÝnh lµm viÖc víi tù ®ãng l¹i thµnh c«ng vµ kh«ng thµnh c«ng. - MÊt tæ m¸y cã c«ng suÊt lín nhÊt trong hÖ thèng. * Nhãm III: Sù cè xÕp chång, nÆng nÒ h¬n so víi nhãm I vµ II. B¶o ®¶m æn ®Þnh ®éng trong HT§ phøc t¹p rÊt khã kh¨n, do ®ã ®¶m b¶o æn ®Þnh ®éng cho nhãm I víi c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ th«ng dông. Víi nhãm II, III ®¶m b¶o æn ®Þnh ®éng cã thÓ ph¶i sö dông c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ chèng sù cè, sa th¶i m¸y ph¸t hoÆc sa th¶i phô t¶i... --------------o0o-------------- Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn