(LUẬN văn THẠC sĩ) PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG tần số THẤP TRONG hệ THỐNG điện

Hi ng c ng t n s th p trong h th n 1.2 T bù d ng dây

Hệ thống bảo gắn, trạm biến áp và các thiết bị bảo vệ kết nối với nhau tạo thành một mạng lưới làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng, nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cần thiết.

Mạch bù dọc là một phần quan trọng trong hệ thống điện công nghiệp, giúp điều chỉnh và duy trì điện áp ổn định Tuy nhiên, việc sử dụng mạch bù dọc có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng tần số thấp (SSR), dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng Do đó, cần nghiên cứu và tìm ra các biện pháp thích hợp để giảm thiểu tác động của hiện tượng này.

T bù d c t n i ti n kh T c là làm gi n kháng gi m d t n th t truy n t i.

3 download by : skknchat@gmail.com

Mô hình h th n có t bù d c

Hình 1: Mô hình h th n khi có t bù n i ti p

Công su t tác d ng truy n t ng dây khi không có t bù d c:

Công su t tác d ng truy n t i ng dây khi có t bù d c:

Khi có t bù d c có dung khángXC m c n i ti ng dây thì s làm i c n kháng c ng d t bù d c, ta có công su t gi i h n truy n t ng dây:

Khi có t bù d c d tr ng dây s c a thi t b bù d i v ng m c s d ng t ng d ng dây.

Trong giai đoạn 1970 - 1971, turbine máy phát Mohave tại Nevada, Mexico đã gặp sự cố nghiêm trọng do hiện tượng cồng cềnh và sự thiếu hụt năng suất khi tắt bù điện tại nhà máy Cuối cùng, tại Việt Nam, hiện tượng này đã dẫn đến sự gãy trục turbine của máy phát.

4 download by : skknchat@gmail.com c u hi ng c ng t n s th p là m t trong nh ng v c u hi n nay [2, 3]

Hi ng c ng t n s th p 1 Khái ni m

Mô ph ng b

Các bi u th n áp trong h t quay qd0

n áp các pha abc c a dây qu n Stator ph c bi i v h t g n v i Rotor Khi mô ph ng, giá tr c acos r (t) và sin r (t) có th nh c t m ng có t n s bi r.[4]t giá tr u c a

Phép bi i t h t abc sang h t ng yên

Vi t g n l i ta s có : v s T s v qd0 qd0 abc

Trong: v , v : l t là các vector c t c a các thành ph n áp trong h q s qd0 abc n áp các pha abc.

T : là ma tr n h s cho phép bi s qd0 trong h ng yên

M t khác, Ma tr n ngh o bi i t h ng yên thành h abc

23 download by : skknchat@gmail.com s 1 s v T v abc qd 0 qd 0

Phép bi n i t h t ng yên sang h t quay qd0 q cos r ( t) v sin (t) d r v v 0 0

Hình 8: H t qd0 c nh và quay y, ta có : v T qd0 qd0

Bi n c l i : s cos sin v r (t) q s cos (t) v sin (t) d r

Các bi u th n trong h t qd0 quay 2.3.3 Các bi u th ng 2.3.4 Ti n hành mô ph ng

Bi u di n i d các t thông móc vòng c a các dây qu n áp S trên cùng v u vào khác có th tìm ra các t thông móc vòng c a các dây qu n [4]

24 download by : skknchat@gmail.com ng h p máy ch có m t dây qu n kích thích trên tr c d và m t c dây qu n c n trên tr c a các dây qu n s có d ng sau: r v r s q b q d x b ls r v r s d b d q x b ls r v s dt

' r ' b ' kd dt kd x md lkd

Các trình trên vi t cho ch qu n Ta bi u di n t thông h c m theo t thông móc vòng t ng c a các dây qu n:

' x q kq mq MQ x ' x ls lkq (2.47)

MD x ' x x ' md lkd ls lf t thông móc vòng c a các dây qu n và các c m theo các tr c d và q, ta có th n: i q q x ls mq i d md d x ls

Các bi u th n trong h t pha abc

Các dòng n qd c a dây qu n Stator có th bi c v trong h t d Ta có: s cos (t) sin (t) i i q r r q s i sin cos r (t ) r (t ) i d d

2.3.3 Các bi u th ng c nghiên c u h th t nh su ng dùng h ng các giá tr thay cho giá tr hi u d n áp V 2V d b 3

T i i em( pu) q( pu) d (pu) p( pu) q(pu)

T trình mô men gia t c tính theo men quán tính ta có :

T T T 1 2J d r (pu) em( pu) mech( pu) damp( pu) dt

T mech( pu) T damp( pu) 2 H d( / b) 2H d(/ ) r reb dt dt

2.3.4 Ti n hành mô ph ng

2.3.4.1 Thông số máy phát đồng bộ và mô hình mô phỏng xem xét k h n c n ph ng h p máy phát ba pha n i v i nút có công su t vô cùng l n làm c tính làm vi c c a máy phát v i b ng thông s c cho 2]:

Ndm 1800 vòng/phút cos 0.9 xls 0.215 pu rs 0.0048pu xd 1.790 pu xq

B ng 1: Thông s máy phát n ng b

Ti n hành các k ch b n mô ph ng sau:

Hình 9: Mô hình mô ph ng b v i nút vô cùng l n

2.3.4.2 Tăng điện áp kích thích của máy phát

Mô ph ng h n áp u c c máy qu mô ph ng th hi n trong hình 10:

1.1 pu |V t| pu |It | pu Pg en pu Q ge n (r ad ) D el ta (p u) T em (p u) If (p u) ia

Góc công su t máy phát

Hình 10: K t qu mô ph ng h n áp kích thích

2.3.4.3 Giảm điện áp kích thích của máy phát

Mô ph ng h p gi m u c c máy qu mô ph ng th hi n trong hình 11:

1.1 pu |V t| pu |It | pu P ge n pu Q ge n (r ad ) D el ta (p u) T em (p u) If (p u) ia

Hình 11 ng h p gi n áp kích thích

2.3.4.4 Thay đổi mômen cơ của máy phát

Mô ph ng h p a máy phát t 1p trong kho ng th i gian 0.5s 3s K t qu mô ph ng th hi n trong hình 12: n áp stator máy phát

Hình 12: K t qu mô ph ng h

3.1 pháp tính toán, kh o sát hi ng c ng t n s th

3.1.1 Gi i thi u c tính toán, kh o sát n s tr n dung c nghiên c u hi ng c ng t n s th p i ph i mô t ng c a máy phát và h ng c n truy n t M t s c s d nghiên c u h ng t n s th p:

- tr riêng (Eigenvalue modal analysis)

Phân tích miền thời gian (Time-domain analysis) là một phương pháp quan trọng để đánh giá các hoạt động của hệ thống Kỹ thuật này giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa máy phát và các tín hiệu trong mạng Kết quả phân tích cung cấp thông tin chi tiết về tần số và cường độ của các tín hiệu, từ đó giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống Đặc biệt, việc nghiên cứu tần số cho phép chúng ta nhìn nhận rõ ràng về cách mà các tín hiệu tương tác trong môi trường mạng, từ đó cải thiện khả năng truyền tải của máy phát.

Phần mềm EMTP cho phép phân tích hệ thống điện một cách chi tiết qua ba pha, giúp người dùng mô hình hóa các phần tử của hệ thống phức tạp Ngoài ra, phần mềm này còn hỗ trợ mô hình phi tuyến, mang lại sự linh hoạt trong việc nghiên cứu và tối ưu hóa hệ thống.

Nhận xét về hệ thống quét tần số cung cấp thông tin liên quan đến tần số hoạt động rất nhanh chóng và dễ dàng Phân tích riêng cho phép đánh giá toàn bộ các phần tử của hệ thống, bao gồm các máy phát Điều này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự cần thiết của việc xây dựng mô hình và thu thập nhiều dữ liệu quét tần số EMTP yêu cầu mô hình hệ thống một cách chi tiết, mô tả phi tuyến tính của các máy phát trong hệ thống và các thiết bị khác, nhằm phục vụ cho khảo sát và cung cấp thông tin chi tiết về các phần tử của hệ thống.

Do gi i h n v th i gian, ph m vi nghiên c u c a lu vì v y lu t p trung vào s d ng riêng phân tích SSR [2, 4]

3.1.2 riêng riêng s d ng tiêu chu n tuy n tính gian tr ng thái c a h th p m t côn u ki n trong vi c nghiên c u hi ng c c bi t trong nghiên c u ng t c m máy phát và t n.

Phân tích riêng cung cấp thông tin quan trọng về tính chất của hệ thống Các mô hình này thường dựa trên các phương trình vi phân tuyến tính Kết quả từ phép phân tích cho phép chúng ta xác định sự tồn tại của điểm tĩnh và nếu có, chúng sẽ xuất hiện tại những điều kiện nào.

34 download by : skknchat@gmail.com x A x B u det( I A) 0 x u [5]

a ma tr n tr ng thái 3.1.4 Phân tích nh d a vào giá tr riêng

Giá tr riêng c a m t ma tr c cho b i giá tr c a tham smà t l t n t i các nghi m không t

- A : ma tr n tr ng thái c a h th ng, nc n

- : vector riêng c a ma tr n A,n 1 tìm giá tr (3.3) có th c vi t l

Khai tri n nh th c cho ta

, , , là các giá tr riêng c a ma tr n A.

Giá tr riêng có th là s th c ho c s ph c N u A là ma tr n th c, các giá tr riêng ph c luôn luôn xu t hi i d ng các c p liên h p.

Các ma trận đơn có các giá trị nhất định Có thể dễ dàng chuyển một ma trận sang ma trận chuyển vị của nó, và cả hai ma trận này có các giá trị riêng giống nhau.

3.1.3.2 Vector riêng ng v i m i giá tr riêngi,vector n c t i th (3.3) c g i là vector riêng bên ph i c a ma tr n A [5] Vì v y, ta có:

Vì trình (3.4) k i (k là h s n nht l t, m t nghi nh ch tro ng.

A i 1,2, , n i i i c g i là vector riêng bên trái ng v i giá tr riêngi.

Vector riêng bên ph n khác nhau là tr c giao Nói cách khác, n u i không b ng j , thì: j i 0 Tuy nhiên ng h ng có giá t thì: i i Ci

Vì v c p s ng ta s tiêu chu i i 1

3.1.3.3 Các ma trận Modal th hi n ng n g a ma tr s

1 2 n ma tr ng chéo chính, v i các giá tr riêng là các ph (3.14) ng chéo chính

M i ma tr u là man trn nT c các quan h c a các ma tr và (3.11) có th c m r

3.1.3.4 Chuyển động tự do của một hệ động

T ng thái (3.1), v u vào b chuy ng t do c a m t h th ng: x A x

V là tỉ lệ các biến trạng thái trong một hệ thống động, thể hiện mối quan hệ giữa các biến trạng thái Kết quả của sự tương tác giữa các trạng thái sẽ tách biệt các thông số, giúp phân tích rõ ràng hơn Loại bỏ sự phụ thuộc giữa các biến trạng thái cho phép xây dựng một vector trạng thái m, có liên kết với vector trạng thái gốc Ma trận chuyển đổi sẽ được biểu diễn dưới dạng x, z và A.

37 download by : skknchat@gmail.com ng thái m i có th c vi t là: z 1 A z

S khác bi t quan tr ng gi (3là.22)m vàt ma(3.18) là tr ng chéo chính, trái l ng không ph i là ma tr chính (3.22) mô t c nh t: z z i 1,2, , n i i i

(3.23) là m c c c cho b i: z t z(0) e i t ii zi (0) là giá tr uzi cQuay a tr l i v (3 ng c a vector tr c cho b i: x t z(t)

Bằng cách sử dụng tích phân \( x(0) \), chúng ta có thể mô tả trạng thái của hệ thống theo thời gian Để xác định sự biến đổi của các biến trạng thái, cần phân tích các giá trị riêng, vector riêng bên phải và vector riêng bên trái của ma trận trạng thái Việc này giúp hiểu rõ hơn về tính chất động của hệ thống và mối quan hệ giữa các giá trị riêng của ma trận Tích phân \( x(0) \) đóng vai trò như một kích thích cho hệ thống trong quá trình phân tích.

3.1.4 Phân tích nh d a vào giá tr riêng

3.1.4.1 Lý thuyết về ổn định của một hệ động

Gi i thi u v không gian tr ng thái

Các tr ng thái làm vi c c a m t h ng, ví d th n, có th miêu t b i m t t n b sau x f ( x, x , , x; u, u, , u; t) i 1,2, , n

1 i 1 2 n 1 2 r c c a h th ng và r là s u vào Có th vi t l i i dây b ng vi c s d ng ký h ma tr n vector: x1 fi( x, u, t) x u

39 download by : skknchat@gmail.com n bi u ra, bi nh n xét v h th ng Ta có th s d ng d ng sau: y g(x, u) y g

Vector c t y là vector c u ra và g là vector c a hàm phi tuy n th hi n m i quan h v i tr ng thái h th ng c a bi u vào và bi u ra [5]

Lý thuy t v tr ng thái

Lý thuyết về trạng thái là lý thuyết nghiên cứu không gian trạng thái của hệ thống, cung cấp thông tin về hệ thống bất kỳ trong một mô hình cụ thể Trạng thái của một hệ thống có thể được xác định rõ ràng mà không cần phải định nghĩa tỉ mỉ từng yếu tố Bất kỳ tập hợp nào của biên trạng thái tuy có thể phức tạp, nhưng đều có thể được mô tả thông qua không gian trạng thái Các yếu tố trong biên trạng thái tương tác với nhau, tạo ra một cái nhìn hoàn chỉnh về hành vi của hệ thống.

Biến trạng thái trong hệ thống có thể được mô tả bằng các phương pháp toán học liên kết với phân miền của hệ thống Có nhiều cách lựa chọn biến trạng thái, nhưng chúng đều cung cấp thông tin về trạng thái của hệ thống tại những thời điểm khác nhau Trạng thái của hệ thống có thể được miêu tả trong không gian Euclidean, còn được gọi là không gian trạng thái Khi chúng ta chọn một bộ khác của biến trạng thái để mô tả hệ thống, chúng ta kết hợp các yếu tố khác nhau.

B t c khi nào h th ng không ph i cân b ng hay b t c u và khác không, tr ng thái c a h th ng có th i theo th i gian B c

40 download by : skknchat@gmail.com c tìm th y b i tr ng thái c a h th ng trong không gian tr c ng cong tr ng thái. m cân b ng m kì d )

Là t t c nh m b t xngu,x, n,x ng th i b i

1 2 n ng cong v i v n t c b ng không m cân b ng ph i th f ( x0 ) 0 x là vector tr ng thái x m cân b ng.

N hàm fi (i 1,2, , n) là một hàm phân phối xác suất Một hàm phân phối xác suất có duy nhất mật độ cân bằng duy nhất với hàm phân phối, có thể có nhiều mật độ cân bằng Mật độ cân bằng trong xác suất rất quan trọng cho hàng mà thiết kế tính toán dựa vào bản chất của mật độ cân bằng.

S nh v ng nh ( a m t h c cho b i nghi m c ng thái c a h th ng c a x b i giá tr riêng c a ma tr n A:

- Khi mà giá tr riêng có ph n th c âm, h th ng s nh ti m c n.

- Khi mà ít nh t m t giá tr riêng có ph n th th ng m t

- Khi mà giá tr riêng có ph n th c b ng không, nó không th c phép x p x ng quát.

S nh v ng l n có th c nghiên c u b i l i gi i rõ n s d ng máy tính s ho u l i gi i rõ ràng c a các h mà s d ng tr c ti a Lyapunov [5]

3.1.4.3 Định lý Lyapunov 2 nh s nh b ng cách tr c ti p s phù h ng thái D o hàm theo th i gian c a nó v i m i liên quan t th ng s c xem xét.

Tr ng thái cân b ng c 3 là ổn định n u n t

Tr ng thái cân b ng c 3.3 là ổn định tiệm cận n u

H th c coi là ổn định trong vùng khiVmà nh âm và ổn nh âm. định tiệm cận n u V

S a ma tr n A cung c p cho ta n th nh c a h th ng.

Ma tr n A là ma tr n Jacobian có các ph n t a c cho b o hàm ij riêng f i t m cân b ng Ma tr c g i là ma tr n tr ng thái x i th ng [5]

3.1.4.4 Mối quan hệ giữa giá trị riêng và sự ổn định ph thu c th i gian c ng vi i m t gi c cho b ei i t Vì v y, s nh c a h th nh b i

- Giá trị riêng là số thực ng v i ch ng.

- Giá trị riêng là số phức x y ra theo các c p liên h p, và m i c p liên h p ng v i m t ch ng.

+ Giá tr riêng có ph n th c âm mô t ch t t d càng l t t d n càng nhanh.

Giá trị riêng và vector riêng là những khái niệm quan trọng trong đại số tuyến tính Chúng giúp xác định các thuộc tính của ma trận và có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Để tính toán giá trị riêng, ta cần giải phương trình đặc trưng, từ đó tìm ra các giá trị và vector tương ứng Việc hiểu rõ về giá trị riêng và vector riêng sẽ hỗ trợ trong việc phân tích và giải quyết các bài toán phức tạp trong toán học và khoa học máy tính.

Có d ng: e t sin t Thành ph n th c c a giá tr t t d n c n o cho ta t n s c ng Ph n th c âm th hi ng t t d n ph n th hi h p c a giá tr riêng: j

S xo n trên tr c turbine

Thông s c a h tr c turbine máy phát

thu n ti n cho vi c phát tri n mô hình toán h c c a h tr c turbine máy phát, chúng ta s d ng h th ng ký hi [2, 3]

THP ,TIP ,TLPA ,TLPB ng v i các b ph n c a turb

Te Momen xo n c a khe h không khí máy phát (pu)

V trí góc c a kh i th i h ng bt = t i 0 i0 l ch t c a kh i th i (pu) i 0 0

H H ng s quán tính (MW s/MVA)

K H s c ng) c a tr c (torque/electri t Th i gian (s)

B ng 2 trình bày hệ thống ký hiệu các thông số của máy phát công lực trong hệ thống truyền động ba thông quán tính, bao gồm các thông số riêng của mỗi khối xoắn, khả năng kết nối của phần nội giới gần kề và hệ số cận D được ghép với mỗi khối.

H ng s quán tính H c gán cho m i kh i rotor bao g m các ph n c a tr c quán t c gi s c k t n i c ng v i rotor N u m c a kh i rotor là J (kg m 2 ), thì h ng s quán tính H trong h cho b i:

2 VA VA base base ch u xo c ng) K

V i tr c c a m t c ng nh t ch u bi n d ch u s c cho b i:

K GF l Trong c ng c a v t li u tr c F: h s c tính hình h c dài c a tr c d 4

V i tr c c a m t c F ng kính d, 32 ch u xo nh m i quan h gi a momen xo c truy n xo n gi u c a tr c.

T : momen xo n, N.m : góc xo n, rad

K ch u xo c ng), N.m/rad Trong rotor c a turbine máy phát, m i kho ng tr c bao g m các m t c t riêng bi t c ng kính khác nhau.

Trong h th ng mà ta nghiên c ng momen xo c bi trong h i v n:

K pu torque / electrical radK N.m/ mechanical.rad p / 2 T f base

H s c n D i dây là m t s nguyên nhân gây ra s c n c ng momen xo n:

- L c trên cánh turbine S dao d ng c a cánh turbine trong tr ng thái c n.

- Tính t tr c a v t li u làm tr c máy phát.

- Ngu n Máy phát, h th ng kích t i truy n t i gây ra s c n dao d ng.

th ng tr c turbine máy phát 3.2.3 Mô hình hóa h th ng tr c turbine máy phát

Chúng ta s minh h c c a riêng m i s xem xét kh i Rotor c a máy phát và kh i LPB c th hi n trong h sau:

Hình 13: Mô hình kh i LPB-GEN

Các thành ph n khác nhau c a momen xo c liên k t v i rotor máy phát

Momen xo u vào Momen xo u ra

= a 54 e 5 5 ng c a rotor máy phát là: d

Momen xo u vào T LPB = T 43 T LPB K 34

Hình 14: C a h tr c turbine 6 kh i a h th ng các kh

48 download by : skknchat@gmail.com d 2

HP: 1 dt HP 121 21 1 d 1 dt 10 u ki , momen xo n c a khe h nh b ng l c h c c a máy phát và h th c n i v xo c t o ra b i các thành ph n turbine riêngTbi ,Tt (,T ,T ) ph thu c

HP IP LPA LPB ng l c h c c a tur th u khi n nó [5]

3.2.3 Mô hình hóa h th ng tr c turbine máy phát

M t cách t ng c a h th c bi u di

H: ma tr h ng s quán tính c a m i kh i rotor trong h i (rad

Ma tr n h ng s quán tính H = diag(H1, H2, Hn ).

Ma tr c ng K là m t ma tr ng chéo chính: k k

K n ,n k n 1 n k là h ng s lò xo c a ph n tr c mà k t n i gi a kh i i và kh i j ij trong h i.

Ma tr n h s c n D c bi u di n b ng m t ma tr chính gi ng ma tr n K: d12 d10 d

D n ,n d n 1 n d hãm do nh t c a kh i th d i và hãm do nh t gi a i0 ij kh i th i và kh i th j. n cho tính toán, chúng ta s b u v i mô hình phân tích m u ki n ng h l

B u ki n kích thích phía bên ph i c

Ma tr n b H 1 K c g i là ma tr n c a h th ng xo n, nó là m t ma tr n ba

H 1 K I Nghi m c a p ng thái g i là gi c a ma tr n 0 riêng [3] [4] Giá tr 2 a ct an hs t h nghiên m xo n: imi i 1, 2, , n

B ng vi c thay th i nhiên c a h th ng, ta có th c vector riêng bên ph i, mi

Nhân (3.61) v i ma tr n chuy n v c a chúng ta có mj

2 t t i HK mj mi mj mi b i Mode j thay vì Mode i ta có:

Vì H và K là ma tr n i x ng nên ta có: t t

T (3.62) cho (3.63) và s d ng m i quan h (3.64) chún nh c

Chúng ta có th th (3.66) t K 0 mj mi

H và K l t g i là h ng s mi mi modal.

Ta có ma tr n Q có các c H 1 K.Matri cn a ma tr n Q không ph i là duy nh t, nó có th c nhân v i m t h ng s b

Q=QR n R là m t ma tr n t l , và là m t ma tr ng ma tr n Q.

S bi i t góc Modal th c t c th c hi n b i vi c thayQ th. m

Nhân (3.56) b i Q t và hoàn ch nh s thay th c nh n trên, ta nh c:

Chúng tôi xem xét việc ký hiệu giá trị riêng của ma trận M Với việc ghép các khối, ma trận H và K là các ma trận n m m ng, ma trận hạng hãm D được tính giá trị tổng hợp này Kết quả ma trận hạng hãm có liên quan đến H, K và D, và được thể hiện qua m m m trình (3.70) có thức viết lại là:

Do Hm, Dmvà Km là ma tr c tách m ng gi ng (3.72) Mode th mi là:

Trong a trên Mode 0, m2 d ng thái trên v i d ng c

2 2 b T mi i mi mimi mi 2Hmi mi

H s hãmi là m i1,phng Khinh i có th c bi u di i d ng: t 0 e t sin 1 t mimi mi i i mi 2

Trong ph m vi nghiên c u, giá tr nh t làm suy gi m trong ng xo c th c hi n b nh b i

0 và 2 nc là giá tr nh c a t i chu k u tiên và mi mi mi mi chu k th nc (3.75) có th c bi u di n là:

Trong gi i h n c a phép tính logarit, h s trình (3.74

M i quan h gi a h s gi m và h s gi m logarit là f mi i mi i 2 i

T m i quan h c cho b i (3.75), (3.79) và (3.81) ma tr n hãm modal có th nh t :

Mô ph ng mômen xo n trên các tr c

Gi thi a Mode 0 là Qc [4].T uT mtiên Q t cT ,a u vào c a Mode 0 có th c bi u di

T n m1 q j1 T j j 1 q là ph n t th j c a c t th nh t Qc a.S d ng bi u di n trên j1 v i Tm1 và m1 c (3.56) c a Mode 0 có th i d ng:

S d ng m i quan h Hm Q t HQ , chúng ta có th suy ra giá tr H m1 n

H j là h ng s quán tính c a kh i rotor th j.

N u góc c a kh ng v i hàng th g Qtrong bi m

Góc roto tham chi ng b là: q g1 q q m1 g 2 m2 gn m2

Góc modal c a các ch xo n khác có th nh c b i phép l y tích phân ng v (3.86), s p x p l

2H mi 2 i G mimi mi i 2,3, , n u T vào (3.87) có th nh c mi ng vào các kh i, s d T Q t T c: m n i 2,3, , n

Momen t o b i phân tách giữa các thành phần thời gian và thành phần không gian trong ma trận Q t ij và Tj có thể được tính toán dựa trên các yếu tố cấu thành của chúng.

T k kq n q ijij ijijil jl ml l 1

Tính toán ma tr n Q và ma tr n t l R

Chúng ta có th tránh tính toán Q tr c ti p t ma tr Hn 1 K , b i vi

1 m t bi i trung gian, H 2 Thay th bi (3.57) c:

Vì K là m t ma tr Hlài xm ngtmavà tr ng

1 1 chéo chính, v y nên ma tr n,H 2 KH 2 , là m t ma tr i x n

Ma tr n S có c a ma tr

1 1 a ma tr n th i x ng là s th c và tr c

H 2 KH 2 giao và chu n hóa) N u chúng ta xét t i thành ph và áp d ng bi i, S m , và bi i t l c (3.87), ch nh (3.88) Tuy nhiên, b ng cách s d ng 2 t ng n hóa s

1 1 i vi c tính toán tr c ti p ma tr n Q b i vìH maKHtr làn ma tr i

2 2 x ng Ma tr n Q có th nh b i:

Mu c t l v dài, ma tr n t có d ng sau:

N u mô ph nghiên c u lo i tr c c nh có th thu n l n ma tr n t l u b ng m q 1v im i vi c c j1 ng c u b ng m t [2] V u ki tr n t l c cho b i:

3.3 ng riêng c a tr c turbine máy ng b

Chúng ta ti n ng b cho tr ng b có các thông s trong b ng sau:

Quán tính Hằng số quán tính Độ cứng K (p.u)

B ng 3: Thông s tr ng b Chúng ta s ch ng h p nguy hi m nh t có th x y ra nên nghiên c u này, chúng ta s n các thành ph n c n có trên tr c turb mát phát.

Phân tích tr riêng và các ch ng

Tính toán tr riêng c a h tr c turbine máy phát [2, 3, 4] Ta nh c các giá tr ng v i các mode t n s

Mode Tần số dao động

B ng 4: T n s ng riêng c a kh i tr c turbine máy phát ng v i các t n s c a h tr :

Mode 0 Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5

0 Hz 15.71 Hz 20.21 Hz 25.55 Hz 32.29 Hz 47.46 Hz

B ng 5: Các giá tr c a vector riêng Q ng v ng

S d ng phép bi iQsang Q ta nh c

Mode 0 Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5

0 Hz 15.71 Hz 20.21 Hz 25.55 Hz 32.29 Hz 47.46 Hz

Hình 15: Các t n s ng t ng cá turbine máy phát

Nh n xét k t qu mô ph ng

D a vào vi c phân tích tr riêng và vector riêng c a h turbine-máy phát ta có th có nh ng nh n xét v ng t nhiên c a h

Chế độ 0 của máy phát điện roto cùng chiều với hệ thống là rất quan trọng Nó liên quan đến tần số riêng của máy phát, cần phải phù hợp với tần số của hệ thống Bên cạnh đó, cấu hình của máy phát cũng cần được xem xét kỹ lưỡng, đặc biệt là các thông số của hệ thống quay như Hs (hệ số công suất) và Hs (hệ số quán tính) của tất cả các khối cấu thành máy phát.

Chế độ 1: Ta nhận thấy có sự chênh lệch giữa hai khối khác nhau Ngoài việc gây cản trở cho rotor turbine máy phát trên trục LPA-LPB, điều này còn có thể dẫn đến những nguy hiểm tiềm ẩn.

- Mode 2: Có s i d u gi a LPA-LPB và GEN-EXC tr c n i gi a LPA-LPB, GEN-EXC có th b ng m nh nh t

- Mode 3: Ta nh n th y có s ng m nh gi a các kh i trong ch này C th có s i d ng gi a các kh i IP-LPA, LPB-GEN và GEN EXC

Chế độ 4 liên quan đến sự xuất hiện của các khối với sự chênh lệch lớn trong vector riêng, bao gồm các khối HP-LPA, LPA-LPB, LPB-GEN và GEN-EXC Nếu những khối này xảy ra, chúng có thể gây ra nguy hiểm cho cấu trúc rotor của máy phát.

- Mode 5: Có s ng m nh gi a các kh i HP-IP và LPA còn các kh i còn l ng không nhi u.

Mô hình IEEE First Benchmark (FBM) được phát triển bởi Nhóm Làm việc IEEE nhằm cung cấp một mô hình chu có thể sử dụng cho nhiều ứng dụng tính toán và mô phỏng khác nhau FBM bao gồm một tập hợp các bù đắp trên mạng truyền thông và một nút vô cùng lớn, cho phép thực hiện các phép mô phỏng hiệu quả Thông số kỹ thuật và giá trị cận chặn trong quá trình mô phỏng được thể hiện trong hình 17 và bảng 7.

Hình 16 IEEE First Benchmark System Thông s tr kháng c n trong h i v công su c cho trong b ng sau:

Thông số Thành phần thứ tự thuận Thành phần thứ tự không

B ng 7: Thông s tr kháng c n theo mô hình chu n IEEE FBM

Thông s c ng b c cho trong b ng sau: x 1,79 x 1,66 x q 1,71 d md r ' 0,53 r ' 1,54 r ' 3,1 r' b f b kd b kq b kq2 x ' 0,062 x lkd ' 0,0055 x ' 0,095 x ' lf lkq lkq2 x ls 0,13 rs 0,001 D 0 x ' 0.169 x " 0.135 x ' 0.228 x " d d q d

B ng 8: Thông s c ng b theo mô hình chu n IEEE Trong mô hình chu d ng mô h có các thông s gi ng v i ph n mô ph n

Hình 17 kh i turbine máy phát

D li u c c cho trong b ng sau:

Quán tính Hằng số quán tính Độ cứng K (p.u)

B ng 9: Thông s tr ng b theo mô hình

FBM 62 download by : skknchat@gmail.com

chu n IEEE FBM 1 Phép bi i qd0 cho các ph n t ng dây

Mô hình mô ph ng hi chu n IEEE F 4.3 Ti n hành mô ph ng

Mô hình chi tiết chuẩn IEEE First Benchmark đã được phát triển để xây dựng hệ thống năng lượng Trong quá trình áp dụng, các nút đã được kết nối theo các series RL, bao gồm nút 2, nút 3 và nút 4 Việc này nhằm tối ưu hóa hiệu suất và khả năng kháng của mạng lưới điện.

T dây RL n i ti p v i các thông s th t thu n có th c vi t là: x di q v qs v qr ri q x L i d dt

L 0 x L di d v v ri x i dt ds dr d L q

, t (4.33), (4.34), (4.35) trên m n dung song song khi b qua thành ph n h c m gi a các pha có th c vi t là: d v qCs x i v dt 0 Cs qCs 0 dCs d v dCs x i v dt 0 Cs dCs 0 qCs mô ph

Hình 24: Mô hình mô ph ng chu n IEEE First Benchmark b ng MATLAB

4.3 Ti n hành mô ph ng

4.3.1 nh ng c a t bù d n hi ng SSR c tiên ta tính tính toán c th v ng h p t bù d c có giá

XC 0.371(pu), ng v i bù 74.2% c ng dây V i giá tr bù này, ta tín c t n s c ng c :

V i vi c tính toán tr riêng, chúng ta mong mu c p s ph c g n v i t n s :

T n s c ng t n s th p ngf 20.76(Hz). en

Tính toán tr riêng cho mô hình h th ng v i m c bù là 74.2 ng dây ta có:

Bậc của trị riêng Phần thực ( s 1 ) Phần ảo (rad/s) Tần số (Hz)

B ng 10: K t qu tính toán tr riêng cho mô hình FBM v i m c bù 74.2%

Nhận xét: D a vào tính toán c t n s c th ng v i máy phát là fen 20.76Hz Ta d a và k t qu c b n th y t n s này r t g n v i t n s ng f 20.21Hz) nên n u x ng trong h th ng thì s x tr c turbine-máy phát

Hệ thống hợp bậc dây có hai cấp tr riêng với tần số là 15.913 Hz và 20.277 Hz, cho thấy sự phân tích rõ ràng về hoạt động của hệ thống Hệ thống này hỗ trợ cho turbine-máy phát điện với chế độ 2, như được minh họa trong hình 15.

Th c hi v i các k ch b i % b Tần số

Phần trăm cộng Phần thực Phần ảo Mode dao

Tần số (Hz) động tương bù hưởng dương ( s 1 ) (rad/s) f (Hz) ứng en

B ng 11: Tính toán tr riêng cho mô hình FBM v i các m c bù khác nhau trên ng dây

Nh n xét: T b ng 11 ta có th t vài nh :

Tần số SSR của hệ thống là 23.28Hz, nằm giữa hai tần số của Mode 2 (20.21Hz) và Mode 3 (25.55Hz), cho thấy rằng turbine máy phát có thể hoạt động ở cả hai chế độ này Phân tích mô hình FBM cho thấy tần số hoạt động gần với giá trị 25.479Hz, rất gần với tần số của Mode 3.

Th n x ng thì h turbine-máy phát s x ng Mode 3.

- V i m c t 26.21Hz g n v i t n s ng c a Mode 3 Phép tính tr riêng c a mô hình FBM

74 download by : skknchat@gmail.com ng h t qu m t nh t i t 3)

- : V i m c bù 45% h th ng turbine-máy phát có th n Mode 3 ho c Mode 4

- V i m c bù 35% h th ng turbine-máy phát có th ng Mode 4

- V i m c bù 8% h th ng turbine-máy phát có th ng Mode 5

4.3.2 Ti n hành mô ph ng

D a vào nh ng nh ng phân tích m ch ng nh ng n b ng vi c mô t m ng trong h th ng, c th n m

Chúng ta sẽ mô phỏng ngắn hạn nút 4 với thời gian bắt đầu là 0.2 giây và kết thúc tại 0.275 giây Trong quá trình này, chúng ta sẽ xem phản hồi của hệ thống turbine-máy phát Kết quả mô phỏng sẽ được thể hiện trong hình vẽ tiếp theo.

75 download by : skknchat@gmail.com n áp pha A c a t

Hình 26: Ng n m ch t ng dây

76 download by : skknchat@gmail.com n áp pha A t

Hình 27: Ng n m ch t i nút 4 khi bù 65 ng dây

Hình 31: Ng n m ch t ng dây 81 download by : skknchat@gmail.com

Lu ng h c lý thuy n v h - n ng b xu t l a ch sát, phân tích và tính toán SSR i v i tuabin máy phát nhi u kh i c a nhà máy nhi n.

H máy phát - tuabin c a nhà máy nhi c mô t trong h t a q c ph c nh m khi mô t trong h t thành ph n t c m, h c m c a các cu i theo t rotor gây nên.

Hi ng SSR c a tuabin máy phát nhi c kh o sát thông qu hình chu n FBM g u n i v ng dây có t bù d c, ngu n l c mô ph ng tính toán b ng Matlab K t qu tính toán c a mô hình b n Matlab kh n, khoa h c c riêng th hi n m và s phù h p v i n h kh ph n th c c a tr riêng T n s c ng v i t ph n o tr riêng K t qu nghiên c u, kh o sát hi xu kh c ph c nh m b o v n hành an toàn cho nhà máy nhi n và h th n M t s bi n pháp kh c ph c hi ng SSR.

- S d ng các thi t b FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System)

(Thyristor Controlled Series Capacitor) thay th cho t bù d c, SVC (Static VAR Compensator) d ng t n s th p.

- L t h th ng m ch l l c các t n s gây ra hi

- L o v cho tuabin máy phát (Torsional Stress Relay - T i v i các t n s gây ra hi ng SSR.

Tiêu đề	Phân Tích, Đánh Giá Hiện Tượng Cộng Hưởng Tần Số Thấp Trong Hệ Thống Điện
Tác giả	Dương Việt Đức
Người hướng dẫn	TS. Trương Ngọc Minh
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	147
Dung lượng	1,3 MB