GIÁO TRÌNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN_CHƯƠNG 2

Chia sẻ: Tranthi Kimuyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

538
lượt xem 255
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình ổn định hệ thống điện_chương 2', 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 2

http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 13 - Ch−¬ng 2 æn ®Þnh tÜnh cña hÖ thèng ®iÖn §2.1 ®Æc tÝnh c«ng suÊt §−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt lµ quan hÖ gi÷a CSTD P vµ CSPK Q víi gãc quay t−¬ng ®èi cña rotor cña c¸c MP§ δi : i = 1…m P = f1(δ1, δ2, …, δm); Q = f2(δ1, δ2, ..., δm) (2.1) C¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt rÊt cÇn thiÕt ®Ó gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng cña HT§ khi xÐt æn ®Þnh. I. §Æc tÝnh c«ng suÊt cña HT§ ®¬n gi¶n kh«ng kÓ ®Õn R, C, G cña l−íi ®iÖn. HT§ ®¬n gi¶n lµ HT§ gåm cã MP§ nèi qua ®−êng d©y t¶i ®iÖn ®Õn thanh c¸i nhËn ®iÖn cã ®iÖn ¸p U = hs vµ cã tèc ®é gãc ω0 = hs (h×nh 2.1) MP MBA1 §D MBA2 U = hs a) ω0 = hs Eq E' UF U b) Xd-X'd X'd XB1 X®d XB2 1442443 144444424444443 4 4 4 4 X =X +X +X X 144444444 44444444 2 3 d ht B1 dd B2 X′ ∑ =X′ +Xht =X′ d +XB1 +Xdd +XB 2 d d 14444444444 4444444444 2 3 X d ∑ = X d + X ht = X ′ + X B1 + X dd + X B 2 d H×nh 2.1 S¬ ®å thay thÕ cña HT§ gåm toµn ®iÖn kh¸ng (h×nh 2.1). Trong s¬ ®å thay thÕ ngoµi søc ®iÖn ®éng E q lµ søc ®iÖn ®éng do tõ th«ng cña dßng kÝch tõ sinh ra trong rotor cßn cã E' lµ søc ®iÖn ®éng gi¶ t−ëng ®Æt sau ®iÖn kh¸ng qu¸ ®é X'd. V× cã hai lo¹i m¸y ph¸t ®ång bé, m¸y cùc Èn vµ m¸y cùc låi cho nªn c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt còng ph¶i xÐt riªng: 1. M¸y ph¸t cùc Èn. §Æc tr−ng cña m¸y ®ång bé cùc Èn lµ ®iÖn kh¸ng däc trôc vµ ngang trôc b»ng nhau Xd = X q . §èi víi lo¹i m¸y nµy cã thÓ vÏ s¬ ®å vector ®iÖn ¸p pha nh− h×nh 2.2. C«ng suÊt P tõ m¸y ph¸t truyÒn vµo hÖ thèng ®−îc tÝnh theo biÓu thøc: P = 3U.I cos ϕ (2.2) ⎧ 3I a X d ∑ = E q sin δ ⎪ §ång thêi theo ®å thÞ vector ta cã: ⎪ 3I a X 'd ∑ = E 'q sin δ′ (2.3) ⎨ ⎪ 3I a X ht = U F sin δ h ⎪ ⎩I a = I. cos ϕ trong ®ã: E q , E', UF lµ ®iÖn ¸p d©y. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 14 - Thay lÇn l−ît Icosϕ theo (2.3) vµo (2.2) ta sÏ ®−îc c¸c quan hÖ gi÷a c«ng suÊt P theo c¸c gãc δ, δ', δh c¸c søc ®iÖn ®éng E q , E', UF vµ c¸c ®iÖn kh¸ng t−¬ng øng: EqU PEQ = sin δ (2.4) q Xd∑ Eq E′ U sin δ′ PE′ = (2.5) X′ ∑ Id X d ∑ d E'q UU = F sin δ h (2.6) PUF X ht Ia X′ ∑ • E′ d Id X d ∑ CÇn ph¶i chøng minh r»ng c¸c quan hÖ (2.4) (2.5) (2.6) chÝnh UFq I d X′ ∑ d lµ c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt, Ia X ht • ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ cÇn chøng minh Id X ht UF c¸c gãc δ, δ', δh lµ gãc quay t−¬ng Uq • ®èi cña rotor. U δht Ia Tr−íc hÕt h·y xÐt biÓu thøc Iq δ′ (2.4) trong ®ã E q lµ søc ®iÖn ®éng ϕ δ • I Ψ chØ phô thuéc vµo dßng ®iÖn kÝch Id Ud d thÝch ch¹y trong cuén d©y rotor, cho nªn E q lµ mét vector søc ®iÖn IqXq ∑ H×nh 2-2 ®éng g¾n liÒn víi rotor (h×nh 2.3). Trªn h×nh (2.3) søc ®iÖn ®éng E q ®Æc tr−ng b»ng vector vu«ng gãc víi vector tõ th«ng cña rotor. §iÒu nµy rÊt hîp lý v× E q vu«ng gãc víi vector tõ th«ng cña rotor lµ nguyªn nh©n sinh ra nã. Vect¬ ®iÖn ¸p U nh− ®· gi¶ thiÕt ®−îc xem nh− kh«ng ®æi c¶ vÒ ®é lín vµ tèc ®é gãc, v× vËy nã cã thÓ d ω xem nh− trôc tÝnh to¸n. Nh− thÕ gãc δ gi÷a søc ®iÖn ®éng q Eq Eq vµ trôc tÝnh to¸n chÝnh lµ gãc quay t−¬ng ®èi cña ω0 δ rotor, gi¸ trÞ cña nã x¸c ®Þnh duy nhÊt vµ hoµn toµn vÞ trÝ U kh«ng gian cña rotor. BiÓu thøc (2.4) biÓu diÔn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt P vµ gãc quay t−¬ng ®èi cña rotor δ cho nªn nã chÝnh lµ ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt cña MP§. H×nh 2-3 VÒ ®é lín søc ®iÖn ®éng Eq b»ng ®iÖn ¸p trªn cùc cña MP§ lóc kh«ng t¶i. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 15 - C¸c gãc δh, δ' kh«ng x¸c ®Þnh hoµn toµn vÞ trÝ cña rotor, nã phô thuéc vµo chÕ ®é ®iÖn tõ cña MP§ cho nªn c¸c biÓu thøc (2.5) (2.6) còng cã thÓ xem lµ ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt cña MP§, song cã tÝnh chÊt gÇn ®óng. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt (2.4) th−êng ®−îc sö dông trong tr−êng hîp MP§ kh«ng cã thiÕt bÞ tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch thÝch (T§K), khi ®ã E q = hs v× r»ng dßng ®iÖn trong cuén d©y kÝch thÝch kh«ng biÕn ®æi. Khi MP§ cã T§K th× viÖc sö dông (2.4) ®Ó tÝnh to¸n kh«ng thuËn lîi v× khi ®ã E q biÕn ®æi. Trong tr−êng hîp Êy c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt (2.5) vµ (2.6) sÔ ®−îc sö dông. NÕu m¸y ph¸t sö dông T§K lo¹i tû lÖ gi÷ cho E ′q = hs th× sÏ dïng (2.5) cßn khi m¸y ph¸t sö dông T§K lo¹i m¹nh gi÷ UF = hs th× sÏ dïng (2.6). Trong tr−êng hîp cÇn ®é chÝnh x¸c cao h¬n, ta thµnh lËp c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt theo E ′q , UFq vµ gãc δ. E ′q vµ UFq lµ h×nh chiÕu cña E' vµ U trªn trôc q. C¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt nµy ®−îc thµnh lËp nh− sau: P = UI cos(ψ − δ ) = UI cos ϕ = UI(cos ψ cos δ − sin ψ sin δ ) U sin δ ⎧ U I cos ϕ = I q = d = ⎪ ⎪ Xq∑ Xd∑ mµ: ⎨ ⎪I sin ϕ = I = E ′ − U q = E ′ − U cos δ q q ⎪ ′d ∑ X′ ∑ d ⎩ X d v× U d = sin δ vµ X d ∑ = X q ∑ U 2 X d − X′ EqU Nªn PE′q = sin δ − sin 2δ d (2-7) X′ ∑ 2 X d X′ d d U2 Xd U Fq U BiÕn ®æi t−¬ng tù ta cã: PUFq = sin δ − sin 2δ (2-8) X ht 2 X d ∑ X ht Trong c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt trªn ®©y thµnh phÇn cã sin2δ kh¸ nhá nªn cã thÓ bá qua trong c¸c tÝnh to¸n gÇn ®óng. §èi víi ®−êng ®Æc tÝnh CSPK dÔ dµng lËp ®−îc biÓu thøc: 2 EqU EqU Q Eq = − cos δ (2-9) Xd∑ Xd∑ Gi¸ trÞ cña E q , E' tÝnh theo ®iÖn ¸p trªn cùc MP§ vµ c«ng suÊt ph¸t nh− sau: 2 2 ⎛ ⎞ ⎛ PX d ⎞ QX d Eq = ⎜ UF + ⎟ +⎜ ⎟ ⎜U ⎟ (2.10a) ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ F⎠ UF 2 2 QX ′d ⎞ ⎛ PX ′ ⎞ ⎛ E′ = ⎜ U F + ⎟ +⎜ ⎟ ⎜U ⎟ d (2.10b) ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ F⎠ UF 2. MP§ cùc låi. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 16 - MP§ cùc låi kh¸c víi MP§ cùc q Eq Èn ë chç Xd ≠ X q . Do ®ã ®Ó cã thÓ vÏ ®−îc ®å thÞ vector vµ s¬ ®å thay thÕ 3I d X d ∑ 3I d X d ∑ cña m¸y cùc låi ph¶i ®−a vµo søc ®iÖn E'q ®éng gi¶ t−ëng E q . §å thÞ vector cña • E′ m¸y cùc låi trªn h×nh (2.4). 3I a X ′ ∑ d Tõ ®å thÞ vector cã: UFq E Q = E q − 3I d (X d − X q ) 3I d X ′ ∑ (2.11) d • 3I a X ht UF 2 2 ⎛ QXq ⎞ ⎛ PXd ⎞ EQ = ⎜ UF + ⎟ +⎜ ⎟ (2.12) 3I d X ht ⎜ U F ⎟ ⎜ UF ⎟ Uq ⎝ ⎠⎝ ⎠ • U δ ht Nh− vËy ®èi víi m¸y cùc låi E Ia δ′ Iq cã vai trß gièng nh− E q ®èi víi m¸y ϕ δ • I Ψ cùc Èn ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt tÝnh EQU Id Ud d theo E q lµ: PEQ = sin δ Xq∑ 3I q X q ∑ H×nh 2-4 V× EQ lµ ®¹i l−îng gi¶ t−ëng nã biÕn ®æi theo chÕ ®é cña HT§ nªn th−êng biÓu diÔn P theo Eq. Gièng nh− víi m¸y cùc Èn: P = UI(cos ψ cos δ − sin ψ sin δ ) U sin δ I cos ψ = = Iq Xq∑ E q − U cos δ I sin ψ = = Id Xd Thay hai biÓu thøc sau vµo biÓu thøc ®Çu sÏ ®−îc: U 2 (X d − X q ) Uq U PEQ = sin δ − sin 2δ (2.13) Xd∑ 2 XdXq∑ T−¬ng tù ta cã c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt theo E', δ, E ′q , δ, UF , δh , UFq, δ: E ′U PE′ = sin δ (2.14) X′ d U 2 (X d − X′d ) E′ U = sin δ − sin 2δ q PE′q (2.15) X′ 2 X d X′d d UFU PUF = sin δ h (2.16) Xh U 2 (X q ) E Fq U PUFq = sin δ − sin 2δ (2.17) Xh 2 Xq∑Xh Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 17 - So s¸nh c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt cña m¸y cùc Cùc låi Èn (2.4) vµ m¸y cùc låi (2.13) ta thÊy r»ng ®−êng ®Æc Cùc Èn tÝnh c«ng suÊt cña m¸y cùc låi cã thªm phÇn thµnh phÇn U 2 (X d − X q ) sin 2δ nh−ng gi¸ trÞ cña thµnh phÇn nµy 2 Xd∑Xq∑ 180 δ[do] kh«ng lín l¾m cho nªn trong tÝnh to¸n gÇn ®óng cã thÓ 0 90 H×nh 2-5 thay m¸y ph¸t cùc låi b»ng m¸y ph¸t cùc Èn (h×nh 2.5). 3. C«ng suÊt cùc ®¹i Pmax vµ c«ng suÊt giíi h¹n Pgh . Kh¶o s¸t c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt võa thµnh lËp ta thÊy r»ng chóng lµ c¸c ®−êng cong óp xuèng (b¸t óp), trong tr−êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt, c¸c ®−êng (2.4) vµ (2.14) lµ c¸c P Pmax ®−êng h×nh sin (h×nh 2.6), c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt nµy cã gi¸ trÞ cùc ®¹i Pmax. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ nhµ m¸y ®iÖn kh«ng thÓ truyÒn vµo hÖ thèng c«ng suÊt lín h¬n Pmax. Gi¸ trÞ cña Pmax phô thuéc vµo c¸c cÊu tróc cña l−íi ®iÖn (th«ng qua 180 δ[do] 0 90 thµnh phÇn X), vµ vµo chÕ ®é cña HT§ (th«ng qua H×nh 2-6 thµnh phÇn E vµ U). Víi mçi cÊu tróc vµ chÕ ®é ®iÖn ¸p, hoµn toµn x¸c ®Þnh ®é lín cña c«ng suÊt cùc EU ®¹i. Trong tr−êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt: Pmax = khi δ = 90 0 X Ngoµi Pmax, trong HT§ cßn ph¶i tÝnh ®Õn c«ng suÊt giíi h¹n Pgh ®ã lµ c«ng suÊt lín nhÊt mµ mçi phÇn tö hoÆc toµn bé hÖ thèng cã thÓ t¶i ®−îc. §èi víi mçi phÇn tö, Pgh phô thuéc vµo cÊu t¹o vµ c¸c h¹n chÕ kü thuËt nh− ph¸t nãng hay ®é gi¶m ®iÖn ¸p... §èi víi toµn bé HT§ cã c«ng suÊt giíi h¹n theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh, ®ã chÝnh lµ c«ng suÊt chÕ ®é giíi h¹n æn ®Þnh. ý nghÜa cña Pmax vµ Pgh æn ®Þnh hoµn toµn kh¸c nhau, xong vÒ mÆt gi¸ trÞ nã cã thÓ trïng nhau. §Ó kÕt thóc phÇn nµy cÇn l−u ý r»ng c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt võa thµnh lËp vµ sÏ thµnh lËp ë c¸c phÇn tiÕp theo chØ lµ c¸c ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh nã chØ ®óng trong tr−êng hîp chÕ ®é biÕn ®æi chËm. 4. C«ng suÊt kh«ng ®ång bé. C¸c ®Æc tÝnh c«ng suÊt trªn ®©y cho ta c«ng suÊt ®ång bé trong chÕ ®é x¸c lËp, khi x¶y ra dao ®éng c«ng suÊt th× ngoµi c«ng suÊt ®ång bé cßn suÊt hiÖn c«ng suÊt kh«ng ®ång bé, c«ng suÊt nµy t¹o ra moment kh«ng ®ång bé cã t¸c dông lµm t¾t c¸c dao ®éng trong m¸y ph¸t. Khi tÇn sè kh«ng biÕn ®æi nhiÒu th× c«ng suÊt kh«ng ®ång ∂δ bé tû lÖ víi hÖ sè tr−ît S: Pkdb = K kdb . = K kdb .S (2-18a) ∂t Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 18 - ω − ω0 ∂δ trong ®ã: Kkdb lµ hÖ sè tû lÖ, S lµ hÖ sè tr−ît, s = = (2-18b) ω ∂t II. §−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt cña HT§ ®¬n gi¶n cã kÓ ®Õn R, C cña l−íi ®iÖn vµ phô t¶i nh¸nh rÏ S¬ ®å nèi d©y vµ s¬ ®å thay thÕ cña HT§ trªn h×nh 2.7. Trong tr−êng hîp MP MBA1 §D MBA2 nµy kh«ng thÓ vÏ ®−îc a) U = hs ω0 = hs ®å thÞ vector mµ ph¶i • Spt dïng hoµn toµn gi¶i tÝch • jXF jXB1 jXB2 ®Ó x©y dùng ®−êng ®Æc Z dd b) E tÝnh c«ng suÊt. • Trªn s¬ ®å thay thÕ jB/2 Zpt jX μ 2 jX μ1 jB/2 MP§ thay thÕ b»ng XF vµ søc ®iÖn ®éng E, gi¸ trÞ H×nh 2-7 cña chóng ®−îc lÊy tuú theo lo¹i T§K mµ m¸y ph¸t sö dông vµ c¸c gi¶ thiÕt tÝnh to¸n nh− ë môc I. • • 2 U dm Phô t¶i nh¸nh rÏ ®−îc thay thÕ bëi tæng trë cè ®Þnh Z pt : Z pt = R pt + jX pt = • S pt Gäi R0, X0, C0 lµ ®iÖn trë, ®iÖn kh¸ng vµ ®iÖn dung cña 1 km ®−êng d©y, L lµ ®é • dµi ®−êng d©y, th× Z dd vµ jB/2 ®−îc tÝnh theo c¸c biÓu thøc: • R 0 .L X .L Z pt = R pt + jX pt = +j 0 2 2 CωL 2b L B j = j 0 = j2 0 0 = jC 0 ω0 L 2 2 2 R0, X0, C0 lµ ®iÖn trë, ®iÖn kh¸ng vµ ®iÖn dung cña 1 km ®−êng d©y, L lµ ®é dµi • ®−êng d©y, ®−êng d©y ë ®©y cã 2 lé song song, nÕu ®−êng d©y chØ cã 1 lé Z dd tÝnh theo • c«ng thøc trªn ph¶i nh©n 2 vµ B/ 2 ph¶i chia 2. Cã thÓ tra trùc tiÕp b0 trong cÈm nang. S¬ ®å thay thÕ cña HT§ cã thÓ biÕn ®æi ®Ó ®−a vÒ d¹ng tèi gi¶n lµ s¬ ®å h×nh T (h×nh 2-8a). • • • • • • • • • • • • I1 Z1 Z2 I2 I11 Z1 I 21 Z1 Z2 I 22 I 12 Z2 • • • U U E • • • Z3 Z3 Z3 c) a) 1 H×nh 2-8 Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 19 - • • §Ó tÝnh c«ng suÊt P vµ Q tr−íc hÕt cÇn tÝnh dßng ®iÖn I1 vµ I 2 . C¸c dßng ®iÖn • • nµy ®−îc tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p xÕp chång. Cho lÇn l−ît c¸c nguån E vµ U t¸c ®éng • ta tÝnh ®−îc c¸c dßng ®iÖn thµnh phÇn do c¸c nguån nµy sinh ra sau ®ã dßng ®iÖn I1 , ⎧I = I − I • • • ⎪ • 1 11 21 I 2 sÏ lµ tæng cña c¸c thµnh phÇn nµy trong tõng nh¸nh: ⎨ • (2.19) • • ⎪I 2 = I12 − I 22 ⎩ Theo s¬ ®å h×nh 2-8 b, c: • • • E/ 3 E I11 = = (2.20a) • • • • Z 2 Z3 3 Z11 Z1 + • • Z2 + Z3 • • • E/ 3 E I12 = = (2.20b) • • • • • Z1 Z 2 3 Z12 Z1 + Z 2 • Z3 • • • U/ 3 U I 22 = = (2.21) • • • • Z1 Z 3 3 Z 22 Z2 + • • Z1 + Z 3 • • • U/ 3 U I 21 = = (2.22) • • • • • Z1 Z 2 3 Z 21 Z1 + Z 2 • Z3 • trong c¸c biÓu thøc trªn: U ®−îc chän lµm gèc tÝnh to¸n; E = E∠δ , δ lµ gãc gi÷a • • • E vµ U; Z11 = Z11∠ϕ11 lµ tæng trë ®Çu vµo nh×n tõ E; Z 22 = Z 22 ∠ϕ 22 lµ tæng trë ®Çu vµo • • nh×n tõ U; Z12 = Z 21 = Z12 ∠ϕ12 lµ tæng trë t−¬ng hç gi÷a E vµ U. Thay dßng ®iÖn theo (2.20) - (2.22) vµo (2.19) ta ®−îc: ⎛• ⎞ • ⎜E U⎟ • I1 = ⎜ − ⎟ • • ⎜ 3 Z11 3 Z12 ⎟ ⎝ ⎠ (2.24) ⎛ ⎞ • • ⎜E U⎟ • I2 = ⎜ − ⎟ • • ⎜ 3 Z12 3 Z 22 ⎟ ⎝ ⎠ • Sau khi cã dßng ®iÖn, c«ng suÊt S ®−îc tÝnh nh− sau: • •∧ S = P + jQ = 3 E I 1 (2.25) Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 20 - ∧ Thay I 1 theo (2.24) vµo (2.25) ®−îc: ⎛∧ ⎞ ∧ ⎛ E∠ − δ ⎞ E2 ⎜E U⎟ • • U EU S = E⎜ ∧ − ∧ ⎟ = E∠δ⎜ ⎟= ⎜Z ∠−ϕ − Z ∠−ϕ ⎟ Z ∠ϕ11 − Z ∠(δ + ϕ12 ) (2.26) ⎜ Z11 Z12 ⎟ ⎝ 11 ⎠ ⎝ ⎠ 11 12 12 11 12 Trong thùc tÕ tÝnh to¸n æn ®Þnh th−êng dïng gãc α11 = 900 - ϕ11 vµ α12 = 900 - ϕ12, ®−a c¸c gãc nµy vµo (2.26) råi lÊy phÇn thùc ta sÏ ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh CSTD: ( ) ( ) • E2 E2 sin (δ − α12 ) (2.27a) EU EU P = Re S = cos 90 0 − α 11 − cos δ + 90 0 − α 12 = sin α11 + Z11 Z12 Z11 Z12 • • E2 cos(δ − α 12 ) EU Vµ CSPK lµ phÇn ¶o cña S : Q = Im S = cos α 11 − (2.27b) Z11 Z12 So s¸nh víi HT§ ®¬n gi¶n kh«ng kÓ tíi R,C vµ phô t¶i nh¸nh rÏ ®−êng ®Æc tÝnh E2 sin α 11 vµ ®é lÖch gãc α12. c«ng suÊt cã thªm thµnh phÇn h»ng sè Z11 Còng cã thÓ tÝnh c«ng suÊt truyÒn vµo thanh c¸i nhËn ®iÖn Ppt vµ Qpt: ⎛∧ ⎞ ∧ ⎜E ⎟ UE • •∧ • U2 U S 2 = U I 2 = U⎜ ∧ − ∧ = ∠(−δ + ϕ12 ) − ∠ϕ 22 ⎟Z ⎜ Z12 Z 22 ⎟ Z 22 ⎝ ⎠ 22 Tõ ®©y: U2 UE P2 = − sin α 22 + sin(δ + α12 ) Z 22 Z12 (2.28) U2 UE Q2 = − cos α 22 + cos(δ + α 12 ) Z 22 Z12 III. §Æc tÝnh c«ng suÊt cña HT§ gåm hai nhµ m¸y ®iÖn lµm viÖc song song. Hai nhµ m¸y ®iÖn cã thÓ cung cÊp ®iÖn cho mét hay nhiÒu phô t¶i víi m¹ng nèi bÊt kú, s¬ ®å ®¬n gi¶n nhÊt cña HT§ vµ s¬ ®å thay thÕ h×nh T trªn h×nh 2.9. • • Søc ®iÖn ®éng E 1 , E 2 MP1 MBA1 §D MBA2 MP2 cña c¸c m¸y ph¸t còng • P2, Q2 P1, Q1 nh− ®iÖn kh¸ng cña chóng • • • Spt I1 Z1 Z2 • • ®−îc lÊy tuú theo lo¹i E1 E2 T§K ®−îc sö dông vµ tuú • • I2 theo c¸c gi¶ thiÕt tÝnh Z3 to¸n. S¬ ®å thay thÕ cña H×nh 2-9 HT§ cuèi cïng cã thÓ quy ®æi vÒ d¹ng h×nh T. ë d¹ng nµy s¬ ®å nèi d©y cña HT§ gåm hai nhµ m¸y ®iÖn còng gÇn gièng nh− s¬ ®å nèi d©y cña HT§ ®¬n gi¶n (h×nh 2.8) chØ kh¸c ë chç lµ thÕ vµo Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 21 - • • • chç U b©y giê lµ E 2 vµ dßng c«ng suÊt P2, I 2 ®æi dÊu. V× vËy viÖc x©y dùng c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt P1, P2, Q1, Q2 cã thÓ sö dông kÕt qu¶ cña môc 2.1.2. Ta sÏ cã: 2 E1 EE P1 = − sin α11 + 1 2 sin(δ12 − α12 ) Z11 Z12 (2.29) E2 EE P2 = − 2 sin α 22 + 1 2 sin(δ12 + α12 ) Z 22 Z12 2 E1 EE Q1 = − cos α11 − 1 2 cos(δ12 − α12 ) Z11 Z12 (2.30) E2 EE Q 2 = − 1 cos α 22 − 1 2 cos(δ12 + α12 ) Z 22 Z12 Tõ (2.29) ta thÊy râ r»ng, kh¸c víi HT§ ®¬n gi¶n trong HT§ gåm hai nhµ m¸y ®iÖn lµm viÖc song song ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt P1, P2 kh«ng phô thuéc vµo vÞ trÝ tuyÖt ®èi cña tõng rotor cña c¸c MP§. Kh¸i niÖm vÒ sù ®ång bé ë ®©y lµ sù ®ång bé gi÷a c¸c MP§, v× r»ng trong HT§ nµy kh«ng cßn tån t¹i mét ®iÓm nµo mµ ë ®ã vector ®iÖn ¸p kh«ng ®æi vµ quay ®ång bé víi ω0 = hs. P • P1max P1 E1 δ12 P2max • P2 E2 δ1 δ2 Trôc tÝnh to¸n δ12 [do] 0 90 H×nh 2-10 H×nh 2-11 Theo h×nh (2.10) ta cã: δ12 = δ1 − δ 2 C«ng suÊt cña c¸c m¸y ph¸t sÏ thay ®æi nÕu δ12 thay ®æi, chø kh«ng thay ®æi theo δ1, δ2. NÕu δ1, δ2 thay ®æi mµ δ12 vÉn gi÷ nguyªn th× c¸c gi¸ trÞ cña c«ng suÊt còng gi÷ nguyªn. §å thÞ cña P1, P2 theo δ12 trªn h×nh 2.11. Ta thÊy r»ng øng víi mçi gãc δ12 tæng P1 vµ P2 lu«n b»ng h»ng sè vµ b»ng Ppt : P1 + P2 = Ppt Trong thùc tÕ gãc α12 th−êng cã gi¸ trÞ d−¬ng cho nªn trªn h×nh 2.11 Pmax n»m bªn tr¸i gãc 900. §2.2. §Æc tÝnh tÜnh cña phô t¶i 2.2.1. Phô t¶i cña HT§ Phô t¶i cña HT§ lµ n¬i ®iÖn n¨ng ®−îc biÕn ®æi thµnh c¸c d¹ng n¨ng l−îng kh¸c phôc vô cho s¶n suÊt vµ ®êi sèng nh− c¬ n¨ng, nhiÖt n¨ng quang n¨ng... Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 22 - Khi chÕ ®é cña HT§ thay ®æi th× trong phô t¶i còng x¶y ra c¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é. C¸c qu¸ tr×nh nµy th−êng kh«ng ®−îc xÐt riªng cho tõng thiÕt bÞ dïng ®iÖn riªng biÖt mµ ®−îc xÐt chung cho tõng nhãm lín phô t¶i cïng ®−îc cung cÊp ®iÖn tõ mét nót phô t¶i nµo ®ã. Mçi nót phô t¶i nh− vËy lµ mét phô t¶i tæng hîp bao gåm nhiÒu lo¹i phô t¶i kh¸c nhau. Trªn h×nh 2.12 lµ s¬ ®å nót phô t¶i 110kV bao gåm MBA 110/35/6(10), ®−êng d©y 35kV, m¹ng ®iÖn ph©n phèi 6 - 10kV, c¸c MBA h¹ ¸p vµ c¸c thiÕt bÞ dïng ®iÖn: ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, tô ®iÖn, ¸nh s¸ng, lß ®iÖn... B¶ng d−íi ®©y lµ c¸c thµnh phÇn trung b×nh cña c¸c lo¹i thiÕt bÞ dïng ®iÖn trong mét nót phô t¶i tæng hîp 110kV ë Liªn X« cò, tÝnh theo 100% c«ng suÊt. Tªn phô t¶i Thµnh phÇn (%) §éng c¬ kh«ng ®ång bé 48 §éng c¬ ®ång bé 10 ChiÕu s¸ng 25 ChØnh l−u, lß ®iÖn vµ ®èt nãng 10 Tæn thÊt trong m¹ng ®iÖn 7 110-220kV Xr I2 35kV U 6-10-22kV Iμ R2/S 6-10-22kV Xμ H×nh 2-12 §C Lß §C Tô H×nh 2-13 ®iÖn ®ång kh«ng bï bé ®ång bé §C ¸nh Phô kh«ng s¸ng t¶i kh¸c ®ång bé C¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong nót phô t¶i khi chÕ ®é thay ®æi cã ¶nh h−ëng ng−îc trë l¹i tíi chÕ ®é lµm viÖc cña HT§, ®Æc biÖt lµ ®Õn æn ®Þnh. C¸c ¶nh h−ëng nµy ®−îc xÐt ®Õn th«ng qua c¸c ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh cña phô t¶i tøc lµ quan hÖ phô thuéc gi÷a c«ng suÊt do phô t¶i tiªu thô P, Q vµ ®iÖn ¸p U ®Æt trªn cùc cña phô t¶i: P = f1 (U); Q = f2 (U). ChØ khi ®iÖn ¸p cã gi¸ trÞ b»ng ®Þnh møc th× c«ng suÊt thùc dïng cña phô t¶i míi b»ng c«ng suÊt thiÕt kÕ, khi ®iÖn ¸p kh¸c ®Þnh møc th× c«ng suÊt thùc dïng kh¸c c«ng suÊt thiÕt kÕ (hay c«ng suÊt yªu cÇu cña phô t¶i ®èi víi nguån ®iÖn). C¸c quan hÖ trªn ®©y sÏ ®óng khi chÕ ®é biÕn ®æi chËm theo thêi gian, do ®ã cã danh tõ ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh cña HT§. 2.2.2. §−êng ®Æc tÝnh tÜnh cña c¸c phô t¶i thµnh phÇn Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 23 - Tr−íc khi t×m c¸c ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh cña nót phô t¶i tæng hîp, ta h·y x©y dùng c¸c ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh cña c¸c phô t¶i thµnh phÇn: a. Phô t¶i th¾p s¸ng CSTD tiªu thô bëi c¸c ®Ìn nung nãng tû lÖ víi ®iÖn ¸p theo quan hÖ: P = kU1,6 (2.30) §èi víi ®Ìn èng c«ng suÊt phô thuéc rÊt Ýt vµo ®iÖn ¸p; phô t¶i ¸nh s¸ng kh«ng tiªu thô CSPK. b. §éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé S¬ ®å thay thÕ cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng Q ®ång bé trªn h×nh (2.13) tõ s¬ ®å cã thÓ viÕt P,Q P ®−îc c¸c biÓu thøc cho CSTD vµ CSPK: U2 R2 R2 P = I2 = (2.32) . 2 2 ⎛ R2 ⎞ S S Xr + ⎜ 2 ⎟ Qμ QS ⎝S⎠ U2 0 Ugh 1 U Q= + I2X r = Qμ + Qs (2.33) 2 H×nh 2-14 Xμ ω0 − ω lµ hÖ sè tr−ît cña ®éng c¬, ω0 lµ tèc ®é ®ång bé, ω lµ tèc ®é thùc cña S= ω0 ®éng c¬. Khi momen cña m¸y c«ng t¸c lµ h»ng sè th× CSTD cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé lµ h»ng sè kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p, quan hÖ P = f(U) lµ ®−êng n»m ngang (h×nh 2.14). Víi P = hs, theo (2.32) th× I2 vµ S tû lÖ víi nhau do ®ã mµ ®−êng biÓu diÔn CSPK t¶n Qs theo U cã d¹ng nh− ®−êng biÓu diÔn S theo U cßn c«ng suÊt tõ ho¸ cã d¹ng parabol, céng Qs vµ Q μ ta ®−îc Q (h×nh 2.14). c. §éng c¬ ®iÖn ®ång bé vµ m¸y bï ®ång bé + §éng c¬ ®ång bé: UE q §Æc tÝnh CSTD cña ®«ng c¬ ®ång bé lµ: P = sin δ (2.34) Xd trong ®ã U lµ ®iÖn ¸p trªn cùc cña ®éng c¬. §éng c¬ ®ång bé th−êng lµm viÖc víi gãc δ = 25 - 300. U 2 UE q §Æc tÝnh CSPK cã d¹ng: Q = − cos δ (2.35) Xd Xd CSPK cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé khi P = hs phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña Xd vµ U2 UE q cos δ > E q , khi , tøc lµ khi qu¸ kÝch thÝch ®éng c¬ ®ång bé ph¸t CSPK vµo l−íi. Xd Xd + M¸y bï ®ång bé: M¸y bï ®ång bé kh«ng tiªu thô CSTD cho nªn gãc δ = 0, ®Æc tÝnh CSPK cã d¹ng: Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 24 - U 2 UE q Q= − (2.36) Xd Xd U2 UE q > M¸y bï ®ång bé ph¸t CSPK vµo l−íi khi , tøc lµ nã lu«n lµm viÖc ë Xd Xd tr¹ng th¶i qu¸ kÝch thÝch E q > U. D¸ng ®iÖu cña Q theo U phô thuéc vµo ®é lín cña E q . Khi m¸y bï ®ång bé ph¸t c«ng suÊt ®Þnh møc th× E > 2U. §−êng ®Æc tÝnh CSPK cña m¸y bï ®ång bé cã d¹ng nh− trªn h×nh 2.15 c¸c ®−êng 1 vµ 2. P,Q 2Q 0,7 1 U 0 1 Eq=1,5 1 1P 3 2 Eq= 2,5 Q 0 1 U H×nh 2-15 H×nh 2-16 Trªn h×nh 2.15 cã vÏ c¶ ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt cña tô ®iÖn tÜnh (®−êng 3) so s¸nh chóng ta nhËn thÊy kh¶ n¨ng æn ®Þnh ®iÖn ¸p cña m¸y bï ®ång bé cao h¬n nhiÒu so víi tô ®iÖn nhÊt lµ ë c¸c gi¸ trÞ thÊp cña E q . d. C¸c thiÕt bÞ chØnh l−u vµ lß ®iÖn §Æc tÝnh c«ng suÊt cña c¸c tr¹m chØnh l−u thuû ng©n cã d¹ng nh− trªn h×nh (2.16), ®−êng 1 vµ 2. C¸c lß ®iÖn trë vµ hå quang chØ tiªu thô CSTD, ®Æc tÝnh c«ng suÊt P = f(U) cã d¹ng gièng víi ®Æc tÝnh c«ng suÊt cña ¸nh s¸ng. e. Tô ®iÖn tÜnh Tô ®iÖn tÜnh lµ thiÕt bÞ bï ph¸t CSPK. §Æc tÝnh c«ng suÊt Q cã d¹ng: U2 1 Q=− , XC = (2-37) ωC Xc Nh− ®· nãi ë trªn kh¶ n¨ng æn ®Þnh ®iÖn ¸p cña tô ®iÖn kÐm h¬n nhiÒu so víi m¸y bï ®ång bé v× ®−êng ®Æc tÝnh CSPK cã ®é dèc lín h¬n nhiÒu (h×nh 2.15). 2.2.3. §−êng ®Æc tÝnh tÜnh cña phô t¶i tæng hîp a. §−êng ®Æc tÝnh tÜnh thùc tÕ cña phô t¶i tæng hîp §−êng ®Æc tÝnh tÜnh thùc tÕ cña phô t¶i tæng hîp ®−îc x©y dùng b»ng c¸ch ®o ®¹c hoÆc tÝnh to¸n cô thÓ cho tõng nót phô t¶i riªng biÖt. §iÒu nµy kh¸ phøc t¹p v× trong hÖ thèng cã rÊt nhiÒu nót, cho nªn ®Ó gi¶n tiÖn ng−êi ta x©y dùng c¸c ®−êng ®Æc tÝnh mÉu cho c¸c lo¹i nót phô t¶i kh¸c nhau. §Æc tÝnh tÜnh cña phô t¶i cã d¹ng nh− trªn h×nh 2.17. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 25 - Mét ®Æc tr−ng rÊt quan träng cña phô t¶i lµ ®¹o hµm cña CSTD vµ CSPK theo dP dQ ®iÖn ¸p U ë nót phô t¶i: . , dU dU C¸c ®¹o hµm nµy ®−îc gäi lµ hiÖu øng ®iÒu chØnh cña phô t¶i, nã nãi nªn kh¶ n¨ng cña phô t¶i tù gi÷ æn ®Þnh ®iÖn ¸p ë nót cña nã. ThËt vËy gi¶ sö do mét lý do nµo ®ã ®iÖn ¸p U t¨ng lªn, CSPK do phô t¶i tiªu thô còng t¨ng lªn theo, do ®ã c«ng suÊt ch¹y trong m¹ng còng t¨ng lªn g©y ra tæn thÊt ®iÖn ¸p phô thªm, kÕt qña lµ ®iÖn ¸p U gi¶m xuèng v×: U = E - Δ U. Trong ®ã U lµ ®iÖn ¸p t¹i nót phô t¶i, E lµ ®iÖn ¸p nguån b»ng h»ng sè, ΔU lµ tæn thÊt ®iÖn ¸p trog m¹ng ®iÖn. Gi¸ trÞ cña hiÖu øng ®iÒu chØnh cµng cao th× kh¶ n¨ng tù æn ®Þnh ®iiÖn ¸p cµng lín. HiÖu øng ®iÒu chØnh cña phô t¶i t¸c dông khi U = Udm vµo kho¶ng 0.3 ÷ 0.5. ¶nh h−ëng cña phô t¶i ®Õn æn ®Þnh cña HT§ th«ng qua c¸c hiÖu øng ®iÒu chØnh. P = KP.U2 U P,Q P,Q P P0 1 Q = KQ.U2 Xpt Q0 Q Xpt Rpt Rpt 0 1 U 0 1U c) H×nh 2-17 b) a) H×nh 2-18 b. §Æc tÝnh thay thÕ cña phô t¶i tæng hîp §Ó ®¬n gi¶n c¸c tÝnh to¸n m¹ng ®iÖn vµ HT§ nhiÒu khi cho phÐp thay thÕ c¸c phô t¶i b»ng tæng trë cè ®Þnh, chØ khi nµo ®ßi hái tÝnh to¸n thËt chÝnh x¸c míi ph¶i sö dông c¸c ®Æc tÝnh tÜnh thùc tÕ cña phô t¶i. Tæng trë thay thÕ cña phô t¶i cã thÓ m¾c nèi tiÕp hoÆc m¾c song song. (h×nh 2.18) cña phô t¶i khi ®iÖn ¸p lµ ®Þnh møc, khi U = Udm ta cã P0 vµ Q0. 2 U2 U dm - Tr−êng hîp m¾c song song (h×nh 2.18.a): R pt = , X pt = dm (2.39) P0 Q0 - Tr−êng hîp m¾c nèi tiÕp (h×nh 2.18.b): • 2 (cos ϕ ± j sin ϕ) U dm Z pt = R pt + jX pt = (2.40) S0 trong ®ã: dÊu + lµ CSPK c¶m tÝnh; dÊu - lµ CSPK dung tÝnh. Víi c¸c s¬ ®å thay thÕ nh− trªn ®Æc tÝnh c«ng suÊt cã d¹ng (h×nh 1.18.c): U2 U2 P= ,Q = (2.41a) R pt X pt Hiªô øng ®iÒu chØnh cña chóng lµ: Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 26 - dP 2 U 2P = = dU R pt U (2.41b) dQ 2 U 2Q = = dU X pt U ⎛ dP ⎞ ⎛ dQ ⎞ ⎟ =⎜ ⎟=2 Khi U = Udm vµ trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi P0 = 1, Q0 = 1 th×: ⎜ ⎝ dU ⎠ dm ⎝ dU ⎠ Nh− vËy cã nghÜa lµ nÕu U gi¶m 1% th× P, Q gi¶m 2%. Gi¸ trÞ cña ®iÖn trë thay thÕ R pt vµ ®iÖn kh¸ng thay thÕ Xpt ®−îc tÝnh to¸n víi c«ng suÊt phô t¶i khi ®iÖn ¸p lµ ®Þnh møc, khi U = Udm th× ta cã P0 vµ Q0. So víi hiÖu øng ®iÒu chØnh cña c¸c ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh thùc tÕ cña phô t¶i, c¸c gi¸ trÞ nµy lín h¬n nhiÒu nhÊt lµ ®èi víi CSTD. Bëi vËy tÝnh chÝnh x¸c æn ®Þnh HT§ tèt nhÊt lµ sö dông ®−êng ®Æc tÝnh tÜnh thùc tÕ cña phô t¶i. §2.3. æn ®Þnh tÜnh cña hÖ thèng ®iÖn ®¬n gi¶n 2.3.1. HÖ thèng ®iÖn ®¬n gi¶n a. HÖ thèng ®iÖn ®¬n gi¶n Nh− trªn ®· nãi HT§ ®¬n gi¶n nhÊt lµ HT§ gåm mét nhµ m¸y ®iÖn nèi b»ng ®−êng d©y t¶i ®iÖn tíi thanh c¸i nhËn ®iÖn ¸p U = const (h×nh 2.19). MP MBA1 §D MBA2 U=hs Pht HT P • Sht = ∞ Ppt H×nh 2-19 Trong HT§ kh«ng tån t¹i c¸c thanh c¸i nhËn ®iÖn ®iÖn ¸p kh«ng ®æi. Song thùc tÕ cã thÓ xem ®iÖn ¸p U ë thanh c¸i nhËn ®iÖn lµ h»ng sè nÕu nh− c«ng suÊt mµ nã nhËn ®−îc tõ hÖ thèng cßn l¹i Pht tõ 8 ®Õn 10 lÇn. Nh− vËy nghÜa lµ ®iÖn ¸p U lµ h»ng sè ®èi víi sù biÕn ®æi cña c«ng suÊt P. HT§ ®¬n gi¶n lµ h×nh ¶nh chung cña c¸c lo¹i nhµ m¸y ®iÖn ®Æt ra trung t©m phô t¶i, nã ®−îc nèi vµo hÖ thèng (gäi lµ hÖ thèng nhËn ®iÖn) b»ng c¸c ®−êng d©y t¶i ®iÖn dµi vµ c«ng suÊt cña chóng nhá h¬n nhiÒu so víi tæng c«ng suÊt cña toµn HT§. Nãi v¾n t¾t lµ hÖ thèng nhËn ®iÖn cã c«ng suÊt v« cïng lín. b. C¸c chÕ ®é cña HT§ ®¬n gi¶n ChÕ ®é cña HT§ sÏ tån t¹i khi c«ng suÊt P Pmax=Pgh cña turbine PT c©n b»ng víi c«ng suÊt ®iÖn P. dP / dδ Trong tr−êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt lµ: b a PT=P UE PT = P = sin δ = Pmax sin δ (2.42) MiÒn X MiÒn kh«ng æn ®Þnh æn ®Þnh §iÒu kiÖn (2.42) ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 2.20. PT ®−îc gi¶ thiÕt lµ h»ng sè kh«ng thuéc δa δb δ δ gh = 900 0 vµo gãc. Ta nhËn thÊy r»ng øng víi mçi gi¸ trÞ H×nh 2-20 Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 27 - cña c«ng suÊt turbine PT cã hai ®iÓm b»ng c«ng suÊt øng víi hai gi¸ trÞ cña gãc δ kh¸c nhau, tøc lµ chÕ ®é cã thÓ tån t¹i ®ù¬c vÒ mÆt lý thuyÕt t¹i hai ®iÓm a vµ b. VÊn ®Ò ®Æt ra lµ trong hai chÕ ®é cã thÓ tån t¹i nh− thÕ th× chÕ ®é nµo (øng víi gãc nµo) cã thÓ thùc hiÖn ®−îc trong thùc tÕ, nghÜa lµ nã cã æn ®Þnh tÜnh. Ta cÇn ph¶i lËp ra tiªu chuÈn ®Ó xem xÐt chÕ ®é nµo cã æn ®Þnh tÜnh ®Ó thùc hiÖn nã trong vËn hµnh vµ chÕ ®é nµo kh«ng cã æn ®Þnh tÜnh ®Ó tr¸nh. 2.3.2. Tiªu chuÈn æn ®Þnh cña HT§ ®¬n gi¶n §Ó x©y dùng tiªu chuÈn æn ®Þnh tÜnh, ta ph¶i kh¶o s¸t ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña rotor. Trong phÇn nµy ta h·y bá qua kh«ng xÐt ®Õn qu¸ tr×nh qu¸ ®é ®iÖn tõ vµ qu¸ tr×nh qu¸ ®é x¶y ra trong T§K, ¶nh h−ëng cña T§K ®Õn æn ®Þnh tÜnh ®−îc thÓ hiÖn th«ng qua c¸c gi¸ trÞ cña søc ®iÖn ®éng mµ nã gi÷ cho kh«ng ®æi, ta còng kh«ng xÐt ®Õn c«ng suÊt kh«ng ®ång bé. Ta sö dông d¹ng ®¬n gi¶n nhÊt cña ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña rotor, ®ã lµ biÓu thøc (1.22): d 2δ = ΔP = PT − P (2.43) Tj dt 2 Gi¶ thiÕt r»ng chÕ ®é mµ ta xÐt æn ®Þnh cã th«ng sè lµ P0 vµ δ0 ta h·y ph©n tÝch ΔP thµnh chuçi Taylo quanh gi¸ trÞ nµy: 1 ⎛ d2P ⎞ ⎛ dP ⎞ ΔP = PT − P = PT − P0 − ⎜ ⎟ Δδ + ⎜ 2 ⎟ Δδ 2 + ... 2 ⎜ dδ ⎟ δ 0 ⎝ dδ ⎠ δ 0 ⎝ ⎠ Δδ = δ − δ 0 do ®ã δ = δ 0 + Δδ P Theo ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt P0 = PT vµ ΔP ε víi gi¶ thiÕt r»ng c¸c kÝch ®éng rÊt nhá cho nªn ®é b P0 lÖch gãc Δδ do nã g©y ra rÊt bÐ, v× vËy cã thÓ bá qua Δδ c¸c sè h¹ng chøa luü thõa bËc cao cña Δδ th× ΔP sÏ δ0 δ ⎛ dP ⎞ 0 lµ: ΔP = −⎜ ⎟ Δδ (2.44) ⎝ dδ ⎠ H×nh 2-21 BiÓu thøc (2.44) cã nghÜa lµ ta ®· tuyÕn tÝnh ho¸ ®o¹n ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt dP quanh ®iÓm P0, δ0 theo h×nh 2.21: ΔP = −Δδ.tgε = − Δδ dδ §Ó tæng qu¸t ®iÓm cÇn lÊy ®¹o hµm kh«ng cÇn ký hiÖu n÷a. Thay (2.44) vµo (2.43) ta ®−îc: Tj d 2 δ d 2 ( δ 0 + Δδ ) d 2 Δδ dP = Tj = Tj =− Δδ dδ dt 2 2 2 dt dt d 2δ0 = 0 v× δ 0 = hs dt 2 Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 28 - T j d 2 Δδ dP + Δδ = 0 Hay lµ: dδ 2 dt 2 dP d = p 2 vµ = C ta ®−îc: Tj p 2 Δδ + CΔδ = 0 Thay (2.45) dδ 2 dt Ph−¬ng tr×nh (2.45) lµ ph−¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi ®· tuyÕn tÝnh ho¸ hay lµ ph−¬ng tr×nh giao ®éng bÐ cña HT§. Trong ph−¬ng tr×nh (2.45) Δδ ph¶n ¸nh sù giao ®éng cña c¸c gãc quay t−¬ng ®èi cña rotor quanh vÞ trÝ c©n b»ng tøc lµ chÕ ®é mµ ta xÐt æn ®Þnh. Khi chÕ ®é bÞ kÝch ®éng, suÊt hiÖn sù dao ®éng vÒ gãc cña rotor Δδ, kh¶o s¸t sù biÕn thiªn cña Δδ theo thêi gian t kÓ tõ khi x¶y ra kÝch ®éng (t0 = 0) ta cã thÓ kÕt luËn vÒ sù æn ®Þnh cña HT§. NghiÖm tæng qu¸t cña (2.45) lµ: Δδ = k 1e p t + k 2 e p t 1 2 Trong ®ã P1 vµ P2 lµ nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh: D(p) = Tj p2 + C = 0 C Tõ ®©y: p1, 2 = ± − Tj V× Ti lu«n d−¬ng nªn P1.2 phô thuéc vµo dÊu cña C, ta h·y xÐt hai tr−êng hîp cã thÓ x¶y ra: C + C > 0: p1, 2 = ± − = ± jγ Tj Thay vµo nghiÖm tæng qu¸t: Δδ = k 1e p1t + k 2 e p 2 t = K. sin( γt + ϕ) (2.46) Tõ (2.46) ta thÊy Δδ cã d¹ng h×nh sin víi chu kú T0 = 2 Tj / C (h×nh 2.22), nh− vËy nghÜa lµ khi x¶y ra mét kÝch ®éng nhá rotor sÏ giao ®éng liªn tôc vµ ®iÒu hoµ quanh vÞ trÝ c©n b»ng δ0. Nh−ng trong MP§ cßn cã c¸c lùc c¶n, ®ã lµ moment c¶n do c«ng suÊt kh«ng ®ång bé g©y ra lµm cho dao ®éng cña rotor t¾t dÇn theo ®−êng 3 trªn h×nh 2.22. Cho nªn trong tr−êng hîp nµy cã thÓ xem nh− hÖ thèng cã æn ®Þnh tÜnh, sau khi x¶y ra mét kÝch ®éng nhá gãc δ sÏ dao ®éng quanh trôc c©n b»ng, dao ®éng nµy t¾t dÇn sau ®ã gãc δ trë l¹i vÞ trÝ δ0 lµ vÞ trÝ c©n b»ng c«ng suÊt ban ®Çu, δ, Δδ chÕ ®é kh«ng bÞ ph¸ ho¹i. VËy cã thÓ kÕt luËn r»ng khi δ 3 t dP C= > 0 HT§ cã æn ®Þnh tÜnh. δ0 dδ 2 +C
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 29 - §å thÞ cña Δδ theo (2.47) trªn h×nh (2.23) nã gåm hai phÇn, thµnh phÇn k 2 e − γt sÏ t¾t dÇn ®Õn 0 theo t cßn thµnh phÇn k 1e γt sÏ t¨ng ®Õn v« cïng theo t, kÕt qu¶ lµ Δδ sÏ t¨ng ®Õn v« cïng theo t vµ nh− vËy hÖ thèng sÏ mÊt æn ®Þnh v× khi x¶y ra kÝch ®éng nhá gãc quay t−¬ng ®èi cña rotor sÏ t¨ng ®Õn v« cïng. Trong tr−êng hîp nµy Δδ vµ δ t¨ng lªn v« cïng mét c¸ch tr¬n cho nªn ®©y lµ d¹ng mÊt æn ®Þnh tiÖm cËn cña HT§. dP > 0 (2.48) Tõ c¸c kh¶o s¸t trªn ®©y rót ra ®iÒu kiÖn æn ®Þnh tÜnh cña HT§ lµ: dδ Khi dP/dδ = 0 ta cã chÕ ®é giíi h¹n æn ®Þnh tÜnh, víi ®iÒu kiÖn nµy ta t×m ®−îc c«ng suÊt giíi h¹n Pgh vµ gãc giíi h¹n δgh theo æn ®Þnh tÜnh. Trong tr−êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt: UE P P= sin δ = Pmax sin δ Pmax=Pgh X ∂P = Pmax cos δ = 0 ⇒ δ gh = 90 0 , Pgh = Pmax ∂δ ΔP Ta nhËn thÊy trong tr−êng hîp a b PT=P0 nµy c«ng suÊt giíi h¹n æn ®Þnh trïng víi c«ng suÊt cùc ®¹i cña HT§. Trë l¹i h×nh 2.20 ë c¸c ®iÓm n»m ë nöa Δδ Δδ t¨ng lªn cña ®−êng ®Æc tÝnh c«ng δa δ gh = 90 0 δb δ 0 suÊt, víi gãc δ < 90 tho¶ m·n ®iÒu 0 kiÖn (2.48) th× chÕ ®é sÏ æn ®Þnh tÜnh, cßn c¸c ®iÓm bªn ph¶i gãc giíi h¹n δ 1 2 δ δ > 900 th× chÕ ®é sÏ kh«ng æn ®Þnh. Sù ®óng ®¾n cña tiªu chuÈn H×nh 2-24 (2.48) cã thÓ nhËn b»ng c¸ch suy diÔn trùc quan tõ ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt (h×nh 2.24). T¹i ®iÓm a, gi¶ thiÕt r»ng mét kÝch ®éng nhá lµm cho gãc δ t¨ng lªn mét l−îng Δδ. Do gãc δ t¨ng lªn c«ng suÊt ®iÖn còng lªn mét l−îng ΔP, sù t¨ng lªn cña c«ng suÊt ®iÖn trong khi c«ng suÊt c¬ cña turbine kh«ng ®æi khiÕn cho sù c«ng b»ng c«ng suÊt bÞ ph¸ ho¹i. C«ng suÊt ®iÖn trë thµnh lín h¬n c«ng suÊt c¬ mét l−îng ΔP do ®ã rotor bÞ h·m tèc vµ kÕt qu¶ lµ gãc δ gi¶m xuèng. Nh− thÕ nghÜa lµ nÕu bÞ kÝch ®éng nhá mµ gãc δ t¨ng lªn th× sù biÕn ®æi n¨ng l−îng néi bé sÏ lµm cho nã gi¶m xuèng gi¸ trÞ ban ®Çu δa. KÕt qu¶ sÏ t−¬ng tù nÕu gãc δ gi¶m xuèng mét l−îng Δδ. Tãm l¹i lµ t¹i ®iÓm a hÖ thèng cã kh¶ n¨ng tù kh«i phôc chÕ ®é ban ®Çu, tøc lµ cã æn ®Þnh tÜnh. Thùc ra gãc δ sÏ dõng l¹i t¹i δa sau mét sè dao ®éng t¾t dÇn (h×nh 2.24) ®−êng 1. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 30 - T¹i ®iÓm b t×nh h×nh ng−îc l¹i ®iÓm a, khi gãc t¨ng lªn mét l−îng Δδ th× c«ng suÊt ®iÖn l¹i gi¶m ®i mét l−îng ΔP khiÕn cho c«ng suÊt c¬ lín h¬n c«ng suÊt ®iÖn, lµm cho rotor bÞ t¨ng tèc vµ gãc δ t¨ng lªn m·i, chÕ ®é ë ®©y kh«ng cã æn ®Þnh tÜnh (®−êng 2 h×nh 2.24). 2.3.3. §é dù tr÷ æn ®Þnh NÕu nh− chÕ ®é lµm viÖc cña hÖ thèng cã c«ng suÊt ph¸t lµ P0, th× ®é dù tr÷ æn ®Þnh tÜnh cña chÕ ®é ®ã ®−îc ®Þnh nghÜa nh− sau: Pgh − P0 Pmax − P0 .100[%] Kt = .100 = (2.49) P0 P0 Thùc tÕ vËn hµnh cho thÊy r»ng mét chÕ ®é muèn thùc hiÖn ®−îc ch¼ng nh÷ng ph¶i cã æn ®Þnh tÜnh mµ cßn ph¶i cã mét dù tr÷ æn ®Þnh tÜnh nhÊt ®Þnh. Theo tiªu chuÈn Liªn X« cò mét chÕ ®é lµm viÖc ®¶m b¶o nÕu nã cã ®é dù tr÷ æn ®Þnh tÜnh Kt ≥ 20%. ChÕ ®é x¸c lËp x¶y ra sau khi HT§ bÞ sù cè cã thÓ cho phÐp lµm viÖc víi ®é dù tr÷ 8% nh−ng chØ ®−îc kÐo dµi trong thêi gian ng¾n råi ph¶i cã biÖn ph¸p n©ng cao. §é dù tr÷ æn ®Þnh cßn cã thÓ tÝnh theo c¸c th«ng sè kh¸c cña chÕ ®é gãc δ, ®iÖn ¸p U. 2.3.4. ¶nh h−ëng cña ®iÖn kh¸ng cña HT§ ®Õn æn ®Þnh tÜnh Pmax 1 MBA1 MBA2 MP §D 220kV, 200km 2 §iÖn kh¸ng MP MBA1 §D MBA2 XΣ 100% 13% 25% 13% H×nh 2-26 H×nh 2-25 UE Tõ biÓu thøc: Pmax = X Ta thÊy c«ng suÊt truyÒn t¶i cùc ®¹i tØ lÖ nghÞch víi ®iÖn kh¸ng cña HT§. Trong c¸c thµnh phÇn cña XΣ th× ®iÖn kh¸ng cña MP§ cã gi¸ trÞ lín h¬n nhiÒu so víi ®iÖn kh¸ng cña c¸c MBA vµ ®−êng d©y t¶i ®iÖn, nã cã thÓ chiÕm ®Õn 2/3 ®iÖn kh¸ng toµn hÖ thèng. Trªn h×nh 2.25 lµ s¬ ®å thÝ dô vÒ tØ lÖ gi÷a c¸c ®iÖn kh¸ng cña c¸c phÇn tö cña HT§. §−êng biÓu diÔn quan hÖ gi÷a Pmax vµ X lµ ®−êng hyperbol (®−êng 1 h×nh 2.26). Trong thùc tÕ khi X cña hÖ thèng t¨ng lªn sÏ kÐo theo sù t¨ng lªn cña E vËy Pmax còng sÏ t¨ng lªn mét chót (®−êng 2 h×nh 2.26), tõ ®å thÞ ta thÊy c«ng suÊt truyÒn t¶i vµo hÖ thèng phô thuéc nhiÒu vµo ®iÖn kh¸ng cña HT§ trong ®ã ®iÖn kh¸ng cña m¸y ph¸t gi÷ vai trß quan träng. Muèn t¨ng kh¶ n¨ng t¶i cña HT§ cÇn ph¶i gi¶m X b»ng c¸ch gi¶m ®iÖn kh¸ng cña MP§. Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 31 - M¸y ph¸t cã ®iÖn kh¸ng nhá sÏ ®¾t tiÒn h¬n cho nªn chØ trong c¸c tr−êng hîp ®Æc biÖt nh− t¶i ®iÖn ®i qu¸ xa ng−êi ta míi chÕ t¹o ra m¸y ph¸t ®Æc biÖt cã ®iÖn kh¸ng nhá theo yªu cÇu. Mét biÖn ph¸p hÕt søc quan träng kh¸c ®Ó gi¶m ¶nh h−ëng cña ®iÖn kh¸ng m¸y ph¸t lµ sö dông c¸c thiÕt bÞ tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch tõ c¸c MP§. 2.3.5. ¶nh h−ëng cña thiÕt bÞ tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch thÝch (T§K) ®Õn æn ®Þnh tÜnh ¶nh h−ëng cña T§K ®Õn æn ®Þnh tÜnh ë chç nã lµm thay ®æi ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt lµm cho c«ng suÊt cùc ®¹i t¨ng lªn rÊt nhiÒu. Ta h·y xÐt qu¸ tr×nh lµm viÖc cña T§K trªn h×nh vÏ 2.27 ChÕ ®é lµm viÖc ban ®Çu lµ P0, δ0 khi kh«ng cã dßng ®iÖn kÝch thÝch P 10 lu«n lµ h»ng sè, cho nªn E ′q = hs. 9 III: PUF 8 Khi ®ã nÕu nh− c«ng suÊt t¨ng lªn II: PE'q 7 th× ®iÓm lµm viÖc a sÏ tr−ît theo 6 f ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt PEq tøc lµ 5 e 4 ®−êng 1, ®Æc tÝnh nµy cã Pgh0. d 3 Gi¶ thiÕt r»ng MP§ cã trang bÞ I: PEq c 2 T§K lo¹i tû lÖ gi÷ cho E ′q = hs. Khi b P0 1 a c«ng suÊt t¨ng lªn, ®Ó cho E ′q = hs. δ0 δ 900 Th× E q còng ph¶i t¨ng lªn mét chót, H×nh 2-27 do ®ã mµ ®iÓm a kh«ng thÓ tr−ît trªn ®−êng ®Æc tÝnh sè 1 mµ nã ph¶i ®i lªn ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt sè 2 øng víi E q ®· thay ®æi, ta cã ®iÓm b trªn ®−êng 2. Cø tiÕp tôc x©y dùng nh− vËy ta cã ®−êng cong abcedfg lµ ®−êng cong øng víi T§K lo¹i tû lÖ. Tõ ®å thÞ võa x©y dùng ta thÊy c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt khi cã T§K cã gãc cùc ®¹i vµ c«ng suÊt cùc ®¹i lín h¬n nhiÒu so víi kh«ng cã T§K, T§K lo¹i m¹nh tèt h¬n lo¹i tû lÖ. §iÒu ®ã lµm cho gãc giíi h¹n æn ®Þnh vµ c«ng suÊt giíi h¹n æn ®Þnh ®Òu rÊt lín, c¸c gãc v−ît qua 900. Nh−ng trong thùc tÕ vËn hµnh æn ®Þnh ®−îc ®¶m b¶o ch¾c ch¾n víi gãc 900 cho nªn c«ng suÊt giíi h¹n ®−îc lÊy øng víi c«ng suÊt nµy, cßn ë ngoµi gãc 900 hÖ thèng chØ cã thÓ lµm viÖc víi c¸c thiÕt bÞ ®iÒu chØnh ®Æc biÖt, kh«ng cã vïng kh«ng nh¹y v× thÕ vïng nµy ®−îc gäi lµ vïng æn ®Þnh nh©n t¹o, cßn vïng víi δ < 900 lµ vïng æn ®Þnh tù nhiªn. KÕt luËn trªn ®©y còng cã thÓ thÊy ®−îc khi kh¶o s¸t c¸c ®−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt PEq, PE'q, PUF. T§K lo¹i tû lÖ cho Pgh lín h¬n tõ 1,3 ®Õn 1,6 so víi kh«ng cã T§K. T§K lo¹i m¹nh tõ 1,5 ®Õn 1,8 lÇn. Khi sö dông T§K lo¹i m¹nh trong ®iÖn kh¸ng tæng Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn
http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng 2: æn ®Þnh tÜnh cña HÖ thèng ®iÖn - 32 - kh«ng cßn thµnh phÇn ®iÖn kh¸ng cña m¸y ph¸t n÷a. Nh− vËy tøc lµ c¸c thiÕt bÞ T§K ®· cã t¸c dông bï ®iÖn kh¸ng cña MP§, lµm cho ¶nh h−ëng cña nã ®Õn æn ®Þnh tÜnh hoÆc lµ gi¶m bít hoÆc lµ bÞ triÖt tiªu hoµn toµn (h×nh 2.28). P Pgh=1,5-1,8 P P Pgh=1,3-1,6 Pgh=1 δ δ δ 900 900 900 0 0 0 E E E Eq Eq = Hs Eq = Hs E'q E'q=Hs E'q UF = Hs UF UF t t t 2.3.6. VÝ dô H×nh 2-28 TÝnh æn ®Þnh tÜnh cña HT§ trªn h×nh 2.29. MP MBA1 §D MBA2 U=hs H×nh 2-29 Th«ng sè cña c¸c phÇn tö ®−îc cho nh− sau: MP§ MBA1 MBA2 §−êng d©y 2 lé AC 300 PF®m = 240MW SB1®m = 300MVA SB2®m = 230MVA L = 230km x 0 = 0,42Ω / km cos ϕ = 0,8 k1 = 242/10,5kV k2 = 220/121kV r0 = 0,105Ω / km UF®m = 10,5kV UN = 14% UN = 14% b 0 = 2,7.10 −61 / Ωkm Xd = 100% I0 = 3% I0 = 3% PFdm S Fdm = = 300MVA cos ϕ ChÕ ®é lµm viÖc ban ®Çu: U0 = 115kV; P0 = 220MW; cos ϕ = 0,98 1. TÝnh to¸n th«ng sè vµ chÕ ®é. Chän Scs = 220MVA, Ucs = 209kV vµ ®−êng d©y t¶i ®iÖn 220kV lµm c¬ së tÝnh to¸n, ta tÝnh c¸c tham sè quy ®æi trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi. KÕt qu¶ lµ: 2 2 X d % U dm S cs 2 100 10,5 220 ⎛ 242 ⎞ 2 M¸y ph¸t: X F = . 2 .k 1 = ⎟ = 0,982 .⎜ . . . 100 300 209 2 ⎝ 10,5 ⎠ 100 S Fdm U cs Bé m«n: hÖ thèng §iÖn Bµi gi¶ng æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn