mở đầu - Chương 2: Lý thuyết ổn định hệ thống điện 6 Luan van Giới thiệu về lý thuyết ổn định hệ thống điện, các khái niệm cơ bản về các dạng ổn định, phân loại ổn định trong hệ thống điện, các tiêu chuẩn khảo sát ổn định. - Chương 3: Bộ ổn định hệ thống điện PSS (power system stabilizer); Giới thiệu ổn định của hệ thống chứa một máy phát làm việc với thanh cái có công suất vô hạn, ảnh hưởng của động học của mạch kích từ, từ thông kích tới sự ổn định của hệ thống và trình bày bộ PSS. - Chương 4: Mô phỏng ổn định hệ thống điện. Chương này ứng dụng phần mềm matlab mô phỏng sự ổn định hệ thống điện, mô phỏng áp dụng cho hệ thống chuẩn bốn máy phát cho trường hợp không có bộ PSS, có bộ PSS Kundur hoặc có bộ FTDNN-PSS, từ đó nhận xét kết quả.
- Chương Kết luận 7 Luan van Chương 2 LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Các khái niệm cơ bản: Hệ thống điện là tập các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng. Các phần tử hệ thống điện chia thành 2 nhóm: - Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng năng lượng như 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 HTĐ được đặc trưng bởi các thông số, các thông số này sẽ 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 điều chỉnh tự kích.
Các thông số của các phần tử cũng được gọi là các thông số của HTĐ. Khái niệm về ổn định: Hệ thống điện vận hành ổn định ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện vận hành bình thường và giữ nguyên trạng thái cân bằng sau khi chịu tác động của nhiễu loạn. Theo cách truyền thống, vấn đề ổn định đã được hiểu là phải duy trì hệ thống họat động ở một điểm vận hành đồng bộ. Điều kiện để hệ thống điện hoạt động ổn định là tất cả các máy phát điện đồng bộ ở trạng thái đồng bộ với nhau.
Các trạng thái của hệ thống điện khi xuất hiện nhiễu loạn quá độ, gồm nhiễu loạn lớn hoặc nhỏ là cơ sở đánh giá ổn định. Nhiễu loạn nhỏ như phụ tải thay đổi liên tục và hệ thống phải tự điều chỉnh theo các thông số trên. Hệ thống điện có thể phải hoạt động đúng theo các thay đổi trên và cung cấp công suất đầy đủ cho số lượng lớn phụ tải đó. Đáp ứng của hệ thống điện tới nhiễu loạn kéo theo nhiều thiết bị tác động.
Ví dụ, ngắn mạch trên một phần tử hệ thống sẽ được rơle bảo vệ cách 8 Luan van ly làm sẽ làm biến đổi việc phân bố công suất; tốc độ rotor máy phát và điện áp thanh cái; điện áp khác nhau sẽ làm kích thích bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát tác động; tốc độ của máy phát điện khác nhau sẽ kích thích bộ điều chỉnh tốc độ động cơ sơ cấp; thay đổi đường dây liên kết các phụ tải có thể khởi động (kích thích) các bộ điều khiển; thay đổi điện áp và tần số sẽ ảnh hưởng đến các phụ tải theo nhiều cấp độ khác nhau phụ thuộc vào các đường đặc tính riêng biệt của thiết bị. Các nhiễu lớn xảy ra trong hệ thống: ngắn mạch, tăng/giảm tải đột ngột, tải lớn vào hệ thống, mất/giảm kích từ các máy có công suất lớn hoặc mất/giảm công suất cơ của các máy phát đều làm cho hệ thống dao động, trải qua quá trình dao động hệ thống có thể tiến tới trạng thái xác lập mới hoặc có thể làm cho dao động đó càng ngày càng lớn và tiến ra vô cùng, lúc đó hệ thống sẽ mất ổn định. Các chế độ làm việc của HTĐ Chế độ làm việc của hệ thống điện được chia làm hai loại: Chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ). Chế độ xác lập là chế độ mà các thông số trong hệ thống không thay đổi, hoặc thay đổi trong những khoảng thời gian tương đối ngắn, chỉ biến đổi xung quanh giá trị định mức hay còn gọi là biến đổi xung quanh biến giới ổn định.
Chế độ làm việc lâu dài và bình thường của HTĐ được gọi là CĐXL (hay còn gọi là CĐXL bình thường. Chế độ sau sự cố hệ thống phục hồi và làm việc tạm thời cũng được xem là CĐXL. Chế độ quá độ thường diễn ra sau sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử mang công suất (những kích động lớn). Chế độ quá độ được gọi là bình thường nếu nó tiến đến CĐXL mới.
Trong trường hợp này thông số hệ thống bị biến thiên nhưng sau một thời gian lại trở về trị số gần định mức và tiếp theo nó ít thay đổi. Ngược lại, CĐQĐ với thông số biến thiên mạnh, sau đó tăng trưởng vô hạn hoặc giảm đến 0, CĐQĐ này được gọi là chế độ quá độ sự cố. Điều kiện tồn tại CĐXL gắn liền với sự tồn tại điểm cân bằng công suất. Bởi chỉ khi đó thông số hệ thống mới giữ được không đổi (các máy phát có thể duy trì 9 Luan van tốc độ quay đồng bộ).
Tuy nhiên trạng thái cân bằng chỉ là điều kiện cần (chưa đủ) của CĐXL. Trong thực tế luôn tồn tại những kích động ngẫu nhiên làm lệch thông số khỏi biên giới cân bằng (tuy rất nhỏ) chẳng hạn sự thay đổi thường xuyên của công suất phụ tải. Chính trong điều kiện này hệ thống vẫn phải duy trì được độ lệch nhỏ của các thông số, nghĩa là vẫn đảm bảo CĐXL, khả năng này phụ thuộc vào tính chất riêng của hệ thống. Đó là ổn định tĩnh của hệ thống điện.
Giới hạn ổn định Công suất tối đa của một máy phát điện có thể cung cấp tùy thuộc vào từ trường kích thích của máy phát. Trong giới hạn, kích từ phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của hệ thống. Máy phát điện sẽ thường được điều chỉnh kích từ để duy trì điện áp cuối tại một giá trị nhất định. Điện áp đầu cuối được điều chỉnh bằng tay hoặc qua bộ điều chỉnh tự động.
Nếu có sự thay đổi tải chậm hoặc dần dần trong điều kiện ổn định có thể giả định là tồn tại, kích từ sẽ thay đổi chậm để điều chỉnh điện áp tại đầu cuối của hệ thống tại một giá trị qui định. Giới hạn ổn định tĩnh của máy phát hoặc hệ thống có thể định nghĩa là công suất tối đa mà hệ thống có thể truyền tải cho sự thay đổi chậm, sự thay đổi tải diễn ra từ từ đủ để cho phép một sự thay đổi kích từ giống như vậy để mang lại cho điện áp đầu cuối trở nên bình thường sau mỗi lần thay đổi tải. Điều quan trọng cần được lưu ý nó được giả định để kiểm soát điều khiển kích từ như là một sự thay đổi điện áp chính xác sau mỗi lần xảy ra sự thay đổi tải nhỏ. Phân loại: Ổn định trong hệ thống điện được phân làm hai loại: Ổn định tĩnh: Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống điện trở lại vận hành ở trạng thái ban đầu sau khi hệ thống bị những nhiễu loạn nhỏ kích thích.
Nếu cho rằng chế độ xác lập của hệ thống điện tương ứng với vị trí cân bằng thì có thể xét đoán ổn định tĩnh theo một trong những điều kiện sau: - Khi hệ thống chịu tác động đủ nhỏ thì các thông số chế độ của hệ thống cũng biến đổi nhỏ. 10 Luan van - Khi độ lệch của các thông số chế độ của hệ so với vị trí cân bằng đủ bé thì những biến đổi tiếp theo của các thông số cũng sẽ đủ bé. Đặc điểm của điều kiện làm việc của hệ thống điện là sự xuất hiện thường xuyên những tác động nhỏ không chu kỳ và chính những tác động này làm cho các thông số của hệ biến đổi nhưng rất chậm và không có chu kỳ nên có thể coi như hệ thống ổn định. Vì vậy, xét ổn định của hệ thống điện với hai phương pháp tương đương nhau: khảo sát các tác động bé hoặc các độ lệch thông số bé ở trạng thái ban đầu và sau đó đối với cả hai trường hợp.
Các biện pháp ổn định tĩnh của hệ thống điện: Dùng tự động điều chỉnh kích từ. Hạn chế giảm điện áp ở các nút chủ yếu của hệ thống. Hạn chế góc lệch rôto các máy phát điện. Sa thải phụ tải theo tần số.
Dự trữ đủ công suất tác dụng và phản kháng. Ổn định động: Ổn định động của hệ thống là khả năng hệ thống có thể chuyển về một chế độ xác lập khác mà các thông số chế độ tại các nút gần với giá trị bình thường khi hệ thống chịu tác động của những biến đổi lớn tạm thời và đột ngột. Nếu hệ thống có khả năng chịu những biến đối lớn mà không mất ổn định thì cũng sẽ ổn định với những biến đổi nhỏ. Do đó, lúc hệ thống đã có dự trữ ổn định động thì cũng sẽ có một dự trữ ổn định tĩnh nào đó.
Nhưng cũng có ngoại lệ, trong trường hợp muốn nâng cao ổn định động người ta dùng những biện pháp đặc biệt như tự động cắt một số máy phát và điện kháng lúc sự cố. Như vậy, sự khác nhau giữa mất ổn định tĩnh và ổn định động là do sự khác nhau giữa các mức độ biến đổi (mức độ của nhiễu kích động). Tuy nhiên trong cả 11 Luan van hai trường hợp lúc thuận lợi đều dẫn đến cùng một kết quả là giữ được thông số bình thường ở các nút của hệ thống. Khi nghiên cứu ổn định tĩnh là đã xét đến tính làm việc ổn định của hệ thống trong điều kiện bình thường, nghĩa là nó chỉ tồn tại những dao động nhỏ.
Một hệ thống có ổn định tĩnh chưa chắc đã có ổn định động. Những dao động lớn (còn gọi là đột biến) xảy ra trong hệ thống điện như cắt phụ tải đột ngột, cắt đường dây, máy phát hoặc máy biến áp đang mang tải… đặc biệt nguy hiểm là sự cố ngắn mạch các loại, trong đó ngắn mạch ba pha ít xảy ra nhưng do tính nguy hiểm đối với ổn định nên phải xét đến khi thiết kế hệ thống điện.