I. Hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ
Chương này trình bày khái niệm cơ bản về hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR), lý do xuất hiện trong hệ thống điện có các nhà máy nhiệt điện và tụ bù dọc. Tụ bù dọc là thiết bị quan trọng, giúp tăng khả năng truyền tải công suất và ổn định điện áp. Tuy nhiên, việc lắp đặt tụ bù dọc cũng có thể dẫn đến hiện tượng SSR, gây ra những tác động tiêu cực đến hệ thống điện. SSR xảy ra khi có sự trao đổi năng lượng giữa phần điện và phần cơ của hệ thống, đặc biệt khi tần số điện và tần số cơ trùng nhau. Điều này có thể dẫn đến các dao động mạnh, gây hư hỏng cho các thiết bị trong nhà máy điện.
1.1 Vai trò của tụ bù dọc
Tụ bù dọc được lắp đặt trên các đường dây truyền tải điện cao áp nhằm tăng khả năng tải và ổn định điện áp. Khi có tụ bù dọc, điện kháng của đường dây giảm, giúp tăng công suất tác dụng truyền tải. Điều này làm tăng độ dự trữ ổn định tĩnh, giúp hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng tụ bù dọc cũng cần được kiểm soát để tránh hiện tượng SSR, có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho hệ thống.
1.2 Hiện tượng cộng hưởng
Cộng hưởng là hiện tượng xảy ra khi một vật dao động được kích thích bởi một ngoại lực tuần hoàn có cùng tần số với dao động riêng của nó. Trong hệ thống điện, phần cơ và phần điện có thể tương tác với nhau, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng. Tần số dao động của phần cơ thường nằm trong khoảng từ 10 đến 40 Hz, trong khi tần số điện có thể thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau trong hệ thống. Sự tương tác này có thể dẫn đến hiện tượng SSR, gây ra các dao động mạnh và tổn hại cho thiết bị.
1.3 Nguyên nhân và hậu quả của SSR
SSR xảy ra khi có sự trùng hợp giữa tần số điện và tần số cơ của các đoạn trục trong hệ thống. Hậu quả của SSR có thể rất nghiêm trọng, bao gồm hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ của các phần tử trong hệ thống, và thiệt hại kinh tế lớn. Các nghiên cứu cho thấy rằng các thiết bị bảo vệ thông thường có thể không phát hiện được hiện tượng này, dẫn đến những thiệt hại không thể khắc phục. Do đó, việc nghiên cứu và hiểu rõ bản chất của SSR là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
II. Mô hình hóa hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ
Chương này trình bày các phương trình mô tả quá trình quá độ của hệ thống điện, phục vụ cho việc mô phỏng hiện tượng SSR. Mô hình hóa hệ thống điện bao gồm việc thiết lập các phương trình động của máy phát điện, mô men xoắn của các trục tuabin và lưới điện. Các phương trình này được giải bằng phương pháp số thông qua công cụ máy tính hiện đại, giúp phân tích hệ thống trong điều kiện có sự xuất hiện của hiện tượng SSR.
2.1 Mô hình máy điện quay
Mô hình máy điện quay được xây dựng dựa trên các phương trình động, bao gồm các cuộn dây stator và rotor. Các cuộn dây này tương tác với nhau, tạo ra từ trường và điện áp. Mô hình này cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng SSR, từ đó đưa ra các giải pháp khắc phục. Việc mô hình hóa chính xác các phần tử trong hệ thống điện là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và các rủi ro tiềm ẩn.
2.2 Điện áp trên cuộn dây
Điện áp trên cuộn dây được tính toán dựa trên các phương trình động của máy điện. Các yếu tố như điện trở, từ thông và tần số sẽ ảnh hưởng đến điện áp sinh ra. Việc hiểu rõ cách thức hoạt động của điện áp trên cuộn dây giúp đánh giá được khả năng xảy ra hiện tượng SSR trong hệ thống điện. Các mô hình này cần được kiểm tra và xác thực thông qua các phương pháp mô phỏng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc phân tích.
III. Mô phỏng hiện tượng SSR bằng phần mềm ATP EMTP
Chương này trình bày kết quả mô phỏng hiện tượng SSR bằng phần mềm ATP/EMTP. Việc sử dụng phần mềm này cho phép mô phỏng các hệ thống điện điển hình, từ đó đánh giá được tác động của hiện tượng SSR đến hoạt động của hệ thống. Các mô hình chuẩn của IEEE được áp dụng để thực hiện mô phỏng, giúp phân tích và đánh giá hiện tượng thông qua các kết quả thu được.
3.1 Giới thiệu phần mềm ATP EMTP
Phần mềm ATP/EMTP là công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng các hệ thống điện. Phần mềm này cho phép người dùng thiết lập các mô hình điện, thực hiện các phép tính và phân tích kết quả một cách hiệu quả. Việc sử dụng ATP/EMTP giúp nghiên cứu hiện tượng SSR một cách chi tiết và chính xác, từ đó đưa ra các giải pháp khắc phục hiệu quả.
3.2 Nghiên cứu hệ thống chuẩn của IEEE
Hệ thống chuẩn của IEEE được sử dụng để mô phỏng hiện tượng SSR trong các nhà máy điện. Các mô hình này bao gồm các phần tử như máy phát điện, đường dây truyền tải và tụ bù dọc. Việc mô phỏng các hệ thống này giúp đánh giá được khả năng xảy ra SSR và tác động của nó đến hoạt động của hệ thống điện. Các kết quả thu được từ mô phỏng sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc cải thiện độ tin cậy và an toàn của hệ thống.
