Hcmute đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy phát có xét ảnh hưởng của bộ pss

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRUỜNG TRỌNG ÐIỂM ÐÁNH GIÁ ỔN ÐỊNH HỆ THỐNG ÐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT CÓ XÉT ẢNH HUỞNG CỦA BỘ PSS S K C 0 9 MÃ SỐ: T2013-02TÐ S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 - 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ PSS Mã số: T2013-02TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS NGUYỄN NGỌC ÂU TP HCM, 11/2013 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ PSS Mã số: T2013-02TĐ Chủ nhiệm đề tài:ThS NGUYỄN NGỌC ÂU Thành viên đề tài:ThS NGUYỄN VŨ PHƯƠNG THẢO TP HCM, 11/2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ PSS Mã số: T2013-02TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS NGUYỄN NGỌC ÂU TP HCM, 12/2013 Luan van MỤC LỤC CHƯƠNG I CHƯƠNG MỞ ĐẦU Tổng quan tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Cách tiếp cận Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung Chương LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Các khái niệm bản: 2.1.1 Khái niệm ổn định: 2.1.2 Các chế độ làm việc HTĐ 2.1.3 Giới hạn ổn định 10 2.1.4 Phân loại: 10 2.2 Các tiêu chuẩn khảo sát ổn định tĩnh: 12 2.2.1 Tiêu chuẩn lượng: 12 2.2.2 Phương pháp dao động bé: 12 2.3 Các tiêu chuẩn khảo sát ổn định động: 14 2.3.1 Tiêu chuẩn diện tích: 14 Áp dụng tiêu chuẩn diện tích: 15 2.3.2 Tiêu chuẩn lượng: 18 Chương 21 BỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PSS (POWER SYSTEM STABILIZER) 21 i Luan van 3.1 Ổn định hệ thống điện chứa máy phát làm việc với có cơng suất vơ hạn 21 3.2 Ảnh hưởng động học mạch kích từ: 25 3.3 Ảnh hưởng thay đổi từ thông kích từ tới ổn định: 32 3.4 Ảnh hưởng hệ thống kích từ: 34 3.5 Bộ ổn định hệ thống điện (PSS): 38 3.5.1 Chức ổn định PSS: 38 CHƯƠNG 43 MÔ PHỎNG ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 43 4.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 43 4.1.1 Hệ thống máy phát điện đồng khu vực 43 4.1.2 Khối đo thông số chế độ mô 45 4.1.3 Khối PSS 45 4.1.4 Khối tạo cố ba pha 46 4.1.5 Máy cắt 46 4.2 MÔ PHỎNG 47 Thông số hệ thống: 47 4.2.1 Trường hợp 1: cố ba pha, khu vực 1, đường dây: 48 4.2.2 Trường hợp 2: cố ba pha, khu vực 1, vị trí 25KM: 50 4.2.3 Trường hợp 3: cố pha (A), khu vực 1, đường dây: 51 4.2.4 Trường hợp 4: cố pha (A), khu vực 1, vị trí 25KM: 53 4.2.5 Trường hợp 5: ngắn mạch hai pha, khu vực 1, vị trí 25KM 54 4.2.6 Trường hợp 6: ngắn mạch hai pha, đường dây 55 4.2.7 Trường hợp 7: ngắn mạch ba pha, vị trí 35KM 56 4.2.8 Trường hợp 8: ngắn mạch pha, vị trí 35KM 57 ii Luan van 4.2.9 Trường hợp 9: ngắn mạch hai pha, vị trí 35KM 58 Chương KẾT LUẬN 60 Kết luận 60 Hướng phát triển đề tài: 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 iii Luan van Luan van DANH MỤC CÁC KÍ KIỆU x Các vector biến trạng thái y Vector đầu hệ thống u Vector đầu vào hệ thống nxn Ma trận phần tử có kích thước nxn In Ma trận đơn vị có kích thước n a, b, c Cuộn dây stator pha fd Cuộn dây kích từ kd Cuộn cản theo trục d kq Cuộn cản theo trục q va, vb, vc Điện áp pha tức thời stator ia, ib, ic Dòng điện tức thời stator pha a, b, c ifd, ikd, ikq Các dịng điện mạch kích từ, cuộn cản dọc ngang trục rfd, rkd, rkq Các điện trở mạch rotor, cuộn cảm laa, lbb, lcc Tự cảm cuộn dây stator lab, lbc, lca Hỗ cảm cuộn dây startor Rs Điện trở pha phần ứng s Tốn tử laplace = d/dt δ Góc rotor (góc tải) máy phát (rad) θ Góc xác định trục pha a trục d ω Tốc độ góc máy phát (rad/s) ωo Tốc độ đồng (rad/s) Pm Công suất (pu) Tm Mô men (pu) Luan van Pe Công suất điện (pu) Qe Công suất phản kháng (pu) Te Mô men điện (pu) Ts Mô men đồng Ks Hệ số momen đồng H Hằng số quán tính máy phát (s) d Từ thông startor dọc trục q Từ thông startor ngang trục Vt Điện áp đầu cực máy phát (pu) Vd Điện áp startor dọc trục Vq Điện áp startor ngang trục Id Dòng điện startor dọc trục Iq Dòng điện startor ngang trục, E’d Điện áp độ dọc trục E’q Điện áp độ ngang trục Pa Công suất tăng tốc kd Từ thơng móc vịng cuộn cản dọc trục kq Từ thơng móc vịng cuộn cản ngang trục 𝑋𝑑 , 𝑋′𝑑 , 𝑋′′𝑑 Điện kháng đồng bộ, độ siêu độ dọc trục máy phát 𝑋𝑞 , 𝑋′𝑞 , 𝑋′′𝑞 Điện kháng đồng bộ, độ siêu độ ngang trục máy phát Luan van 4.2.2 Trường hợp 2: cố ba pha, khu vực 1, vị trí 25KM: khơng có PSS PSS Kundur FTDNN-PSS -Nhận xét: Hệ thống không ổn định cho hai trường hợp, có PSS khơng có PSS, hệ thống ổn định sau 2s, theta>180 độ hệ thống tan rã So với cố trường hợp 1, cố gần máy phát khả ổn định tan rã hệ thống cao 50 Luan van 4.2.3 Trường hợp 3: cố pha (A), khu vực 1, đường dây: Khơng có PSS PSS Kundur FTDNN-PSS Nhận xét:  Cho trường hợp không PSS: Góc theta: máy 1, đường màu vàng: t = – 1.1s: trạng thái xác lập 36 độ, t> 1.1s : cố pha A góc lệch dao động, biên độ cao 133 độ t = 3s, t = 6.35s , góc lệch vượt 180 độ, hệ thống tan rã Máy 2, đường màu đỏ sậm: t = – 1.1s: góc lệch tương đối trạng thái xác lập 25 độ, t> 1.1s: cố pha A góc lệch tương đối dao động t = 3s góc lệch tương đối 120 độ, t = 6.35s theta=160 độ, hệ thống tan rã Tốc độ góc w: máy đường màu đỏ:t = – 1s: tốc độ góc xác lập 1pu, t> 1s : tốc độ góc dao động, tốc độ góc dao động với biên độ lớn t = 3s, biên độ 1.021pu, t = 6.35s biên độ tốc độ góc 1.01s hệ thống tan rã 51 Luan van Công suất tăng tốc Pa (pu): máy đường màu vàng t = – 1s: công suất tác tăng tốc trạng thái xác lập pu, t> 1s: công suất dao động, Pa = 0.03 pu (chế độ máy phát), t = 3s: công suất Pa = -0.06 pu (chế độ động cơ), t = 6.35 biên độ công suất Pa cao 0.2 pu hệ thống tan rã, t = – 1s: công suất tăng tốc trạng thái xác lập pu, khơng có cơng suất, t > 1s: cơng suất dao động, Pa = 0.03 pu t = 2.3s biên độ công suất Pa cao 0.16 pu chế độ máy phát t = 3.9s, Pa = -0.21pu chế độ động cơ, t = 6.35s với Pa = - 0.035pu (chế độ động cơ) Điện áp (pu) máy đường màu vàng: t = – 1s: điện áp Vt trạng thái xác lập Vt = pu, t> 1s: điện áp Vt cao 1.05pu, t = 6.35s: Vt giảm pu hệ thống tan rã Điện áp Vt (pu) máy đường màu đỏ: t = – 1s: điện áp Vt trạng thái xác lập Vt = pu, t> 1s: biên độ điện áp Vt 0.93pu, t = 6.35s: Vt giảm xuống 0.98 pu hệ thống tan rã -  Cho trường hợp có PSS: - Góc lệch theta: máy (đường màu vàng) t = – 1.1s: góc δ trạng thái xác lập 36 độ, t >1.1s góc δ dao động: biên độ dao động lớn δ = 83 độ, sau t = 5s trạng thái xác lập δ = 76 độ - Tốc độ góc w (pu) (máy đường màu vàng): t = – 1.1s: tốc độ góc trạng thái xác lập pu, cố w dao động sau 4s trở xác lập - Pa: t = – 1.1s: trạng thái xác lập, cố dao động sau 4s trở xác lập - Điện áp có PSS dao động dần, t = 5s điện áp VB1 VB2 vào trạng thái xác lập Nhận xét: Hệ thống ổn định sau 6.35s, góc theta>180 độ khơng có PSS Trong trường hợp có PSS góc theta dao động ổn định sau 5s, điều chứng tỏ PSS giúp nâng cao ổn định cho hệ thống 52 Luan van 4.2.4 Trường hợp 4: cố pha (A), khu vực 1, vị trí 25KM: Khơng có PSS PSS Kundur FTDNN-PSS Nhận xét: Trường hợp khơng có PSS xảy cố góc theta bắt đầu lệch tan rã t=4s Khi có PSS góc theta lệch cao lên đến khoảng 90 độ sau 3s hệ thống trở trạng thái xác lập 53 Luan van 4.2.5 Trường hợp 5: ngắn mạch hai pha, khu vực 1, vị trí 25KM Khơng có PSS PSS Kundur FTDNN-PSS Nhận xét: Trong trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất khơng có PSS, xảy ngắn mạch góc theta dao động lớn khơng vượt 180 độ, nhiên dao động kéo dài không dập tắt được, có PSS góc theta dao động đến giây thứ dao động khơng cịn ổn định 54 Luan van 4.2.6 Trường hợp 6: ngắn mạch hai pha, đường dây Khơng có PSS PSS Kundur FTDNN-PSS Nhận xét: Trong trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất vị trí đường dây, khơng có PSS, xảy ngắn mạch góc theta dao động lớn ổn định giây thứ 6, có PSS góc theta dao động đến giây thứ dao động ổn định 55 Luan van 4.2.7 Trường hợp 7: ngắn mạch ba pha, vị trí 35KM Khơng có PSS PSS Kundur FTDNN-PSS Nhận xét: Trong trường hợp ngắn mạch ba pha chạm đất, PSS, vị trí 35KM, xảy ngắn mạch góc theta tăng ổn định 2,3s, có PSS góc theta dao động đến giây 4,2s dao động ổn định 56 Luan van 4.2.8 Trường hợp 8: ngắn mạch pha, vị trí 35KM Khơng có PSS PSS Kundur FTDNN-PSS Nhận xét: Trong trường hợp ngắn mạch pha chạm đất, khơng có PSS, vị trí 35KM, xảy ngắn mạch góc theta tăng ổn định 4,2s, có PSS góc theta dao động đến giây 4,5s dao động ổn định 57 Luan van 4.2.9 Trường hợp 9: ngắn mạch hai pha, vị trí 35KM Khơng có PSS PSS Kundur FTDNN-PSS Nhận xét: Trong trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất, khơng có PSS, vị trí 35KM, xảy ngắn mạch góc theta tăng dao động từ 50 độ -90 độ, có PSS góc theta tăng tới 1,8s ổn định 58 Luan van - Bảng so sánh kết trường hợp cố có PSS khơng có PSS: Trường hợp Khơng PSS PSS FTDNN-PSS Kundur ngắn mạch ba pha, Không ổn định Ổn định Ổn định & đáp ứng tốt khu vực 1, đường dây ngắn mạch ba pha, Không ổn định Ổn định - ngắn mạch pha (A), Không ổn định Ổn định - Ổn định - Ổn định - Ổn định - Ổn định - Ổn định - ngắn mạch hai pha, vị Góc theta dao Ổn định - khu vực 1, vị trí 25KM khu vực 1, đường dây ngắn mạch pha (A), Không ổn định khu vực 1, vị trí 25KM ngắn mạch hai pha, Góc theta dao khu vực 1, vị trí động khơng tắt 25KM ngắn mạch hai pha, Không ổn định đường dây ngắn mạch ba pha, vị Không ổn định trí 35KM ngắn mạch pha, Khơng ổn định vị trí 35KM trí 35KM động khơng tắt 59 Luan van Chương KẾT LUẬN Kết luận Các kết đạt được: - Tìm hiểu PSS thiết kế PSS nơron FTDNN-PSS (*) - Mô đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy phát có xét đến ảnh hưởng PSS Các nhận xét từ kết mô phỏng: - Trường hợp cố ba pha, khu vực 1, đường dây: Hệ thống ổn định sau 3.5s, góc theta>180 độ khơng có PSS Trong trường hợp có PSS góc theta dao động ổn định sau 4s, điều chứng tỏ PSS giúp nâng cao ổn định cho hệ thống - Trường hợp cố ba pha, khu vực 1, vị trí 25KM: Hệ thống khơng ổn định cho hai trường hợp, có PSS khơng có PSS, hệ thống ổn định sau 2s, theta>180 độ hệ thống tan rã So với cố trường hợp 1, cố gần máy phát khả ổn định tan rã hệ thống cao - Trường hợp cố pha (A), khu vực 1, đường dây: Hệ thống ổn định sau 6.35s, góc theta>180 độ khơng có PSS Trong trường hợp có PSS góc theta dao động ổn định sau 5s, điều chứng tỏ PSS giúp nâng cao ổn định cho hệ thống - Trường hợp cố pha (A), khu vực 1, vị trí 25KM: Trường hợp khơng có PSS xảy cố góc theta bắt đầu lệch tan rã t=4s Khi có PSS góc theta lệch cao lên đến khoảng 90 độ sau 3s hệ thống trở trạng thái xác lập Trường hợp ngắn mạch hai pha vị trí 25KM: Trong trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất khơng có PSS, xảy ngắn mạch góc theta dao động lớn khơng vượt 180 độ, nhiên dao động kéo dài không dập tắt được, có PSS góc theta dao động đến giây thứ dao động khơng cịn ổn định (*) báo phần phụ lục 60 Luan van - Trường hợp ngắn mạch hai pha vị trí đường dây: Trong trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất khơng có PSS, xảy ngắn mạch góc theta dao động lớn ổn định giây thứ 6, có PSS góc theta dao động đến giây thứ dao động ổn định Trường hợp ngắn mạch ba pha, vị trí 35KM: khơng có PSS, xảy ngắn mạch góc theta tăng ổn định 2,3s, có PSS góc theta dao động đến giây 4,2s dao động ổn định - Trường hợp ngắn mạch pha, vị trí 35KM: chưa có PSS, xảy ngắn mạch góc theta tăng ổn định 4,2s, có PSS góc theta dao động đến giây 4,5s dao động ổn định - Trường hợp ngắn mạch hai pha, vị trí 35KM: xảy ngắn mạch góc theta tăng dao động liên tục từ 50 độ -90 độ, có PSS góc theta tăng tới 1,8s ổn định Như vậy, trường hợp có PSS chứng tỏ PSS góp phần giúp nâng cao ổn định cho hệ thống Hướng phát triển đề tài: Hệ thống điện bị áp lực vận hành với điều kiện cận biên ổn định thách thức vận hành ngày gia tăng đáng kể đầu tư nguồn phát hệ thống truyền tải không đáp ứng kịp phát triển nhu cầu phụ tải Trong hệ thống điện vận hành đối mặt với trường hợp bất thường nặng nề ngắn mạch ba pha bất ngờ, Các nhiễu gây hại đến ổn định hệ thống điện dẫn đến sụp đổ hệ thống điện Do tính phức tạp hệ thống điện giải phương pháp truyền thống nhiều thời gian gây nên chậm trễ việc định, cần giải pháp đánh giá nhanh tin cậy Đề tài bước đầu để hiểu biết thông số chế độ mạng điện trường hợp nhằm cung cấp liệu cho nghiên cứu Vấn đề đánh giá ổn định hệ thống điện có nhiều đại lượng quan trọng, có số có ý nghĩa ổn định máy kết mẫu trội lớp ổn định hay không ổn định Đề tài đề xuất tiếp tục nghiên cứu mô để hiểu biết sâu thông số chế độ tiền cố, cố nghiên cứu dấu hiệu đặc trưng trước, cố liên quan đến lớp ổn định hay không ổn định giúp làm sở cho việc xây dựng mơ hình thơng minh đánh giá ổn định hệ thống điện nhanh chóng hiệu 61 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Quyền Huy Ánh, Giáo trình Giải Tích Mạng Điện Trên Máy Tính (2005), trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Hồng Việt - Phan Thị Thanh Bình , Giáo Trình Ngắn Mạch ổn Định Trong Hệ Thống Điện, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [3] Trần Sum, Giáo trình Tự Động Điều Khiển, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải [4] Lã Văn Út, Phân Tích Và Điều Khiển ổn Định Hệ Thống Điện, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội – 2000 [5] NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÀ, HUỲNH THÁI HOÀNG, Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [6] AK Swagat Ranjan Swain, Ashit Kumar Swain, Abinash Mohapatra, DESIGN OF POWER SYSTEMSTABILIZER, Department of Electrical Engineering National Institute of Technology, Rourkela MAY 2012 [7] PARAMETER TUNING AND EXPERIMENTAL RESULTS OF POWER SYSTEM STABILIZER, by Bixiang Tang [8] IEEE Recommended Practice forExcitation System Models forPower System Stability Studies [9] J Machowski, J.W.Bialek, J.R Bumby, Excitation control system for use with synchronous generators [10] [11] Power System Stability And Control by Prabha Kundur Prabha Kundur, John Paserba, Sylvain Vitet, Definition and Classification of Power System Stability, IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions, IEEE Transactions On Power Systems, Vol 19, No 2, MAY 2004 [12] Matlab solfware R2011b, User Guides 62 Luan van PHỤ LỤC 63 Luan van S K L 0 Luan van ... hợp ổn định xảy nhằm giảm thiểu cố điện Đề tài tìm hiểu mơ đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy phát có xét đến ảnh hưởng PSS Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu thiết kế PSS nơron - Mô đánh giá ổn định. .. hệ thống điện Luan van Giới thiệu lý thuyết ổn định hệ thống điện, khái niệm dạng ổn định, phân loại ổn định hệ thống điện, tiêu chuẩn khảo sát ổn định - Chương 3: Bộ ổn định hệ thống điện PSS. .. ổn định hệ thống điện nhiều máy phát - Phạm vi nghiên cứu: Mô đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy phát Nội dung Nội dung đề tài: - Chương 1: Chương mở đầu - Chương 2: Lý thuyết ổn định hệ