7 chương II các biện pháp nâng cao tính ổn định

Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP
NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH
Việc đảm bảo cho hệ thống điện được ổn định trong mọi điều kiện có tầm quan
trọng đặc biệt nhằm đảm bảo việc cung cấp điện năng liên tục cho các hộ tiêu thụ.
Trong thực tế nhiều khi bản thân hệ thống điện với các thiết bị cơ bản không
đủ để đảm bảo ổn định, không đủ độ dự trữ ổn định cần thiết, người ta phải dùng các
biện pháp nhằm tăng cường ổn định của hệ thống điện.
Các biện pháp nâng cao ổn định có thể chia làm hai loại:
 Cải thiện các phần tử chính của hệ thống điện.
 Thêm vào hệ thống các phân tử phụ nhằm nâng cao khả năng ổn định của
hệ thống.
2.1. Cải Thiện Đặc Tính Của Những Phần Tử Chính Trong Hệ Thống
Điện:
2.1.1. Máy phát điện:
2.1.1.1. Cải tạo tham số của máy phát điện:
Ta thấy rằng trong trường hợp không có thiết bị từ động điều chỉnh
kích thước, nếu giảm Xd thì sẽ tăng được dự trữ ổn định tĩnh. Đối với ổn
định động thì việc giảm Xd sẽ có tác dụng tốt.

Thực hiện: Nhóm 6

Page 7


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Tuy nhiên nếu muốn tăng Tj, giảm X’d thì giá máy phát điện tăng
lên nhiều, do đó chỉ có thể làm các máy phát thủy điện có thông số theo
yêu cầu, còn các máy phát nhiệt điện thì sản xuất hàng loạt các thông số
giống nhau.
Cần chú ý rằng ở các máy phát điện, nếu sử dụng thiết bị từ động
điều chỉnh kích thước loại mạnh thì hiệu quả của việc cải thiện các thông
số của chúng sẽ giảm đi nhiều.
2.1.1.2. Hệ số cosφ của các máy phát điện:
Hệ số cosφ của máy phát điện có ảnh hưởng nhiều đến đặc tính
công suất của nó. Ta hãy xét đồ thị véc tơ sau đây:
Nếu giả thiết công suất tác dụng phát ra là không đổi thì: P = U.I.
cosφ = hs (U=hs).
Do đó: I.cosφ = Ia = hs và đoạn thẳng I.Xht.cosφ = Ia.Xht cũng không
đổi.

Thực hiện: Nhóm 6

Page 8


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Vì thế nếu ta chỉ thay đổi cosφ bằng cách thay đổi công suất phản
kháng thì đầu mút vector dòng điện sẽ trượt trên BB’ và vector E sẽ trượt

trên AA’ để giữ cho Ia và Ia.Xht là hằng số.

Ví dụ: Nếu ta tăng cosφ bằng cách giảm I 1 xuống I2 thì sức điện
động E1 sẽ giảm xuống E2. Như vậy đường đặc tính công suất E 2 sẽ giảm
thấp hơn E1 và độ dự trữ ổn định tĩnh sẽ giảm đi.
Khi cosφ = 1 thì thì sức điện động sẽ là E 3, nếu cosφ đổi dấu thì E
sẽ giảm tiếp đến khi φ = 900 thì vector B trùng với trục 0A, đạt giá trị nhỏ
nhất ứng với giới hạn ổn định.
Trên hình 4.4 là quan hệ Pmax và cosφ máy phát điện.

Thực hiện: Nhóm 6

Page 9


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Qua phân tích trên ta thấy rằng nếu cosφ của máy phát điện càng
cao thì càng không lợi về ổn định. Nhưng sản xuất máy phát với cosφ
thấp thì cùng một giá trị của công suất tác dụng P công suất biểu
kiến sẽ lớn vì S =P/cosφ làm cho máy phát đắt tiền, trong thực tế người ta
chọn giá trị thích hợp của cosφ.
2.1.2. Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích:
2.1.2.1. Nguyên lý cấu tạo:
Trên hình 4.5 là sơ đồ nguyên lý của thiết bị từ động điều chỉnh kích
thước.
Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước có bộ phận điều chỉnh 1 và 2.

Bộ phận 2 làm nhiệm vụ điều chỉnh lúc bình thường nhằm giữ cho sức
điện động E nào đó là hằng số. Bộ phận 2 là bộ phận cường hành kích
thích, tác động lúc sự cố, có tác dụng giữ cho điện áp trên cực máy phát
điện không bị giảm thấp quá (hình 4.5a).
Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước có 3 phần tử chủ yếu (hình
4.5b, c): 1 là phần tử biến đổi - biến đổi tín hiệu sơ cấp thành tín hiệu đầu
Thực hiện: Nhóm 6

Page 10


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

vào của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước, 2 là bộ phận đo lường, 3
là bộ phận khuếch đại - khuyếch đại tín hiệu điều khiển.

Hình 4.5


Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước có 2 loại:

1.

Loại tác động tỷ lệ, tác động theo độ lệch của điện áp (ΔU)

hay dòng điện (ΔI) (hình 4.5b). Chính vì vậy nên thiết bị từ động điều
chỉnh kích thước loại này không thể giữ cho điện áp trên cực máy phát U F

là hằng số, vì khi đó ΔU = 0, tín hiệu điều chỉnh không có và U F lại tụt
xuống. Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước loại này chỉ giữ được sức
điện động Ex đặt sau XFx, thường là sức điện động quá độ E' đặt sau X'd là
hằng số.

Thực hiện: Nhóm 6

Page 11


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

2.

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Loại thiết bị từ động điều chỉnh kích thướC tác động mạnh

(hình 4.5c) là loại hiện đại, ngoài độ lệch điện áp và dòng điện nó còn tác
động theo đạo hàm bậc 1 và 2 (bộ phận a, b). Vì thế nó có tác động mạnh
và có thể giữ cho UF là hằng số, khi ΔU =0 thì đạo hàm của dU/dt ≠ 0
cho nên thiết bị từ động điều chỉnh kích thước vẫn tác động.
2.1.2.2. Tác động của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước đến ổn
định tĩnh:
Ở đây chỉ nhấn mạnh thêm các yêu cầu với thiết bị từ động điều
chỉnh kích thước.
Yêu cầu thứ 1: là tác động nhanh, tức là độ tăng của sức điện động
Eq theo thời gian phải lớn, tốc độ tăng này lại phụ thuộc vào tốc độ tăng
của điện áp đặt trên cuộn kích thích U k. Trên hình 4.6 chỉ rõ ảnh hưởng

của độ tăng của Eq đến đường đặc tính công suất, Eq tăng càng nhanh thì
đường đặc tính công suất càng dốc và Pmax càng lớn.
Độ tăng của Uk hiện nay đạt khoảng 200V/s, còn E q là 2000 3000V/s.
Thực hiện: Nhóm 6

Page 12


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

Yêu cầu thứ 2: là Uk

max

hay Eq

GVHD: ThS. Bi ện Văn

max

phải cao, vì điện áp của cuộn

kích thích cũng như Eq không thể tăng vô hạn nó chỉ có thể tăng đến giá
trị cực đại cho phép Eq max và Uk max .
Khi Eq đã đạt Eq max thì đường đặc tính công suất thôi không tăng
nữa mà sẽ trượt theo đường đặc tính công suất với E q max , cho nên Eq càng
cao thì Pmax sẽ càng lớn.
Yêu cầu thứ 3: là thiết bị từ động điều chỉnh kích thước phải rất
nhạy không có vùng chết tức là vùng tuy đã có tín hiệu nhưng thiết bị từ

động điều chỉnh kích thước vẫn không tác động, nhờ có độ nhậy rất cao
máy phát điện có thể làm việc được ở vùng ổn định nhân tạo.
2.1.2.3. Ảnh hưởng đến ổn định động:
Ảnh hưởng của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước đến ổn định
động không đáng kể bởi vì quá trình quá độ cơ điện xảy ra rất nhanh (0,1
- 0,2s) còn quá trình quá độ điện từ lại xảy ra chậm (1s).
Tuy vậy trong trường hợp cắt mạch chậm thì bộ phận cường hành
kích thích của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước cũng có tác dụng và
giảm diện tích gia tốc (hình 4.7).

Thực hiện: Nhóm 6

Page 13


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Nếu không có thiết bị từ động điều chỉnh kích thước tức là E’= hs
thì diện tích gia tốc là F 1233'44' và diện tích hãm tốc là F 4'56, khi có
thiết bị từ động điều chỉnh kích thước thì E' sẽ tăng lên đến E' max khi đó
Fgt = F 12344' và Fht = F 4'5786.
Độ tăng của diện tích hãm tốc cũng phụ thuộc vào tốc độ tăng của
E' và giá trị E'max cho nên đối với ổn định động yêu cầu cũng là tăng
nhanh E' và E'max phải cao.
2.1.3. Máy cắt điện:
Sử dụng máy cắt điện cắt nhanh sự cố là biện pháp cơ bản để đảm bảo
ổn định động của HỆ THỐNG ĐIỆN.

2.1.3.1. Cắt nhanh sự cố:

Thực hiện: Nhóm 6

Page 14


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Hình 4.8
Nếu cắt ngắn mạch càng nhanh thì diện tích gia tốc càng nhỏ và diện tích
hãm tốc càng lớn, máy phát có khả năng ổn định cao và đỡ bị dao động, công
suất truyền tải P0 được nâng cao. Ngoài ra việc cắt nhanh ngắn mạch còn có
tác dụng ngăn chặn sự biến hoá của ngắn mạch không đối xứng thành ngắn
mạch 3 pha. Ta hãy xét tác dụng tăng khả năng truyền tải của hệ thống đồ thị
hình 4.8.
Nếu ngắn mạch với góc

cat1

thì theo điều kiện cân bằng điện tích hãm

tốcvà gia tốc có thể tải được công suất tối đa là P 01 lúc đó: Fgt1 = F1234 = Fht =
F456’.
Bây giờ nếu cắt sớm hơn ở Tcat2 thì cũng theo điều kiện đó có thể tăng
công suất tải lên P02 khi đó: Fgt2 = F1’2’3’4’ = Fht2 = F4’’5’56’.
Sự phụ thuộc của công suất tải P0 vào Tcat ứng với các dạng ngắn mạch

khác nhau trên đồ thị 4.9. Qua đó ta thấy rằng thời gian cắt ngắn mạch có tác
dụng rất lớn đến công suất tải trong các trường hợp mạch 3 pha và 2 pha chạm
đất.

Thực hiện: Nhóm 6

Page 15


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Mặt khác mức độ nặng nhẹ của ngắn mạch còn phụ thuộc vào sơ đồ nối
dây của hệ thống. Ta hãy xét 2 sơ đồ A và B (hình 4.10).
Khi xảy ra ngắn mạch 2 pha chạm đất, ta thấy:

-

Ngắn mạch với sơ đồ B trầm trọng hơn sơ đồ A.

-

Tình trạng vận hàng sau ngắn mạch thì sơ đồ B lại tốt hơn. Cho nên
nếu cắt nhanh ngắn mạch thì sơ đồ B tốt hơn sơ đồ A, còn nếu cắt
chậm thì sơ đồ A tốt hơn. Trên hình 4.10 là quan hệ giữa P 0 và Pcat của
sơ đồ A và B.

Thực hiện: Nhóm 6

Page 16


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Cuối cùng ta hay nói đến khả năng cắt nhanh của máy cắt: thời gian cắt
của bản thân máy cắt từ khi có tín hiệu và đến khi dập xong hồ quang là 0,04 –
0,07s còn thời gian tác động của bảo vệ rơle là 0,01 – 0,03s cho nên thời gian
cắt của cả thiết bị bảo vệ và cắt là 0,05 – 0,1s.
2.1.3.2. Tự động đóng lại đường dây tải điện:
Phần lớn các ngắn mạch xảy ra trên đường dây là tạm thời, nên sau
1 thời gian nhất định đủ để khử Ion nếu ta đóng lại đường dây thì nó có thể
làm việc bình thường.
Thời gian khử Ion: 110kV  0,1 - 0,13s; 220kV  0,12 - 0,33s Thường
80- 90% tự động đóng lại có kết quả.
Tự động đóng lại thường dùng cho các đường dây cụt một lộ đến các
phụ tải để đảm bảo cung cấp điện. Nhưng cũng được dùng cho các máy phát
làm việc song song và có tác dụng đảm bảo ổn định động nhất là với các
đường dây liên lạc 1 lộ.
Tác dụng của tự động đóng lại đường dây tải điện trên hình 4.11.

Thực hiện: Nhóm 6

Page 17

Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định
Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Điều kiện để chọn thời gian tự động đóng lại đường dây tải điện là:
-

TTĐLvà tcat phải đủ nhỏ sao cho Fgt < Fht max.

-

tTĐL > t khử Ion.

Điều hết sức quan trọng là tự động đóng lại đường dây tải điện chỉ có thể
thực hiện được nếu ở hệ thống cho phép đóng phi đồng bộ.
Đối với đường dây 2 lộ tự động đóng lại đường dây tải điện có hiệu quả
kém hơn so với đường dây 1 lộ.
2.1.4. Đường dây tải điện:
Điện thế của đường dây tải điện đi xa đóng vai trò quan trọng nâng cao
ổn định của hệ thống điện, nó làm giảm điện kháng tương đối của đường dây
tải điện so với các phần tử còn lại vì.
Xdd = Xdd0.L.(Scs/U2dd)

Thực hiện: Nhóm 6

Page 18


Chương II: Các Biện Pháp Nâng Cao Tính Ổn Định

Khuê

GVHD: ThS. Bi ện Văn

Rõ ràng là Xdd tỷ lệ nghịch với bình phương điện áp của đường dây tải
điện. Do Xdd giảm cho nên Pmax sẽ tăng lên. Trên hình 4.12 biểu diễn quan hệ
giữa Pmax và điện áp Udd của đường dây tải điện dài 200km.
Đối với các đường dây dài điện kháng tuyệt đối Xdd của đường dây cũng
có tác dụng
đáng kể đến độ dự trữ ổn định. Để giảm Xdd người ta có thể thực hiện
các biện pháp:
-

Bù dọc bằng cách đấu thêm Xc vào đường dây, do đó Xdd = XL - XC sẽ

giảm đi.
-

Phân nhánh dây dẫn, làm tăng bán kính tương đương của dây dẫn do

đó giảm điện kháng.
-

Đặt các trạm cắt trung gian để khi ngắn mạch chỉ cần cắt 1 đoạn

đường dây bị sự cố, như vậy cải thiện chế độ của hệ thống sau khi cắt ngắn
mạch (hình 4.13).
Đối với đường dây siêu cao áp có thể đặt các máy bù động bộ ở dọc
đường dây hoặc các máy bù tĩnh (SVC) để tăng khả năng tải của hệ thống.

Thực hiện: Nhóm 6

Page 19