TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG SỐ *(**) 2014 VAI TRÒ CỦA BỘ PSS TRONG VIỆC NÂNG CAO KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH 2 TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP SỰ CỐ THE ROLE OF PSS IN IM[.]
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ *(**).2014 VAI TRÒ CỦA BỘ PSS TRONG VIỆC NÂNG CAO KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP SỰ CỐ THE ROLE OF PSS IN IMPROVING STABILITY FOR SONG TRANH HYDRO POWER PLANT IN THE EVENT OF INCIDENTS TĨM TẮT Hệ thống kích từ máy phát điện Nhà máy thủy điện Sông Tranh trang bị PSS2A để góp phần nâng cao ổn định công suất cho máy phát điện Trong thời gian qua móng cơng trình nhà máy chưa ổn định, nhà máy chưa phát hết công suất chức PSS2A để chế độ “OFF” Bài báo trình bày kết tính tốn, đánh giá vai trò PSS việc nâng cao khả ổn định cho nhà máy thủy điện Sông Tranh trường hợp cố Kết cho thấy, PSS đóng vai trị quan trọng việc nâng cao khả ổn định động cho máy phát điện tham gia làm việc hệ thống, số trường hợp định cịn hỗ trợ cho hệ thống kích từ điều chỉnh giữ ổn định điện áp đầu cực máy phát Từ khóa: Hệ thống kích từ; Nhà máy thủy điện Sơng Tranh 2; Bộ ổn định công suất; Máy phát điện; Ổn định động ABSTRACT Excitation system of Song Tranh hydro power plant’s generators are equipped with Type PSS2A power system stabilizers to enhance the power stability for generator In recent time, due to the unstabilization of hydro power plant’s foundation, the plant has not fully operated its power and PSS2A power system stabilizers are in the OFF mode This study presents calculation results, evaluation on role of PSS in improving stability for Song Tranh hydro power plant in the event of incidents The results show that PSS power system stabilizers plays an important role in improving dynamic stability for generator when generator is used in the operation of the power system In some certain cases, PSS also assists excitation system in stabilizing the output voltage of the generator Key words: Excitation system; Song Tranh hydro power plant; power system stabilizer; generator; dynamic stability Đặt vấn đề Trong trạng thái hoạt động ổn định máy phát điện đồng bộ, công suất điện đầu cân với công suất đầu vào Khi hệ thống bị tác động cố phụ tải thay đổi dẫn đến cơng suất điện từ thay đổi nhanh chóng, cơng suất thay đổi tương đối chậm mơ men qn tính thiết bị điều chỉnh cấu chấp hành Sự cân công suất làm cho rôto máy phát đồng quay nhanh chậm đi, tùy thuộc vào xu hướng cân Nếu cân khơng điều chỉnh kịp thời làm cho dao động góc rotor thay đổi với biên độ lớn, dẫn tới cắt máy phát khỏi hệ thống làm ổn định, chí cịn gây tan rã hệ thống điện [1] Để nâng cao mức độ vận hành ổn định cho máy phát điện đồng xảy nhiễu loạn hệ thống giải pháp sử dụng rộng rãi sử dụng ổn định cơng suất (PSS) kết hợp với hệ thống kích từ máy phát điện Bộ PSS (Power System Stabilizer) thiết bị điều khiển phụ, sử dụng kết hợp với hệ thống kích từ nhằm tạo mơ men hãm làm giảm dao động xảy máy phát, từ làm tăng khả ổn định máy phát nâng cao khả ổn định cho hệ thống điện Nhà máy thủy điện (NMTĐ) Sông Tranh huyện Bắc Trà My - tỉnh Quảng Nam gồm 02 tổ máy, có cơng suất lắp máy 190MW Nhà máy đấu nối vào hệ thống điện thông qua trạm biến áp 220kV Tam Kỳ đường dây kép 220kV dài 60km Hệ thống kích từ máy phát hệ thống kích từ EXC9000 hãng GUANGZHOU ELECTRICAL, trang bị 01 PSS2A để góp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ *(**).2014 phần nâng cao ổn định công suất cho máy phát điện [2,3] Tuy nhiên từ 02 tổ máy đưa vào vận hành thương mại đến chức PSS2A để chế độ “OFF” Trong thời gian qua móng cơng trình nhà máy chưa ổn định, chưa phát hết công suất chưa khai thác hết tính hệ thống điều khiển Để đưa ổn định công suất PSS2A vào vận hành nhằm đảm bảo cho máy phát vận hành ổn định trường hợp cố Tác giả tiến hành tính tốn, đánh giá vai trị PSS2A đến việc nâng cao khả ổn định cho tổ máy phát, từ đề xuất phương án vận hành cho ổn định công suất Cấu trúc hàm truyền nguyên lý làm việc PSS2A Bộ ổn định công suất PSS2A trang bị cho hệ thống kích từ EXC9000 NMTĐ Sơng Tranh có cấu trúc hàm truyền hình [3,5] Nguyên lý làm việc PSS2A sau: Tín hiệu đầu vào V1 (Angular velocity) vận tốc góc ω lấy từ tín hiệu điện áp bù đo từ máy biến điện áp (TU), sau lọc lấy thành phần ω Tín hiệu chuyển sang mức tỷ lệ với tốc độ (tần số), sau qua khâu lọc thông cao loại bỏ mức tốc độ trung bình, tạo tín hiệu sai lệch tốc độ (PSS_4), điều đảm bảo PSS tác động với thay đổi tốc độ hoàn tồn khơng tác động điện áp đặt đầu cực máy phát thay đổi USTmax K S1 PSS_1 1+sT1 1+sT2 PSS_2 1+sT3 1+sT4 PSS_3 PSS_uk -1 P1 P2 USTmin V1 sTW1 1+sTW1 sTW2 1+sTW2 +sT8 N (1 +sT9)M PSS_4 PSS_5 K s3 V2 sTW3 1+sTW3 sTW4 1+sTW4 Ks2 1+sT7 PSS_0 Hình 1: Cấu trúc hàm truyền PSS2A NMTĐ Sơng Tranh Tương tự tín hiệu đầu vào V công suất điện Pe lấy từ máy biến điện áp máy biến dòng (TI) đặt đầu cực máy phát Với thuật toán lập trình sẵn, từ hai đại lượng U I cho giá trị công suất điện tương ứng, sau tín hiệu lọc qua hai khâu lọc thông cao đặc trưng số thời gian T w1 ÷ Tw4 (hằng số qn tính khâu lọc đạo hàm) sau qua khâu tích phân với số thời gian tương ứng T hệ số khuyếch đại KS2 Tiếp tục giá trị công suất điện tích phân chia cho số quán tính máy phát 2H để tạo tín hiệu tích phân sai lệch cơng suất điện (PSS_0) Tín hiệu PSS_0 sau khuếch đại KS3 cộng với tín hiệu PSS_4 để tạo tín hiệu cơng suất Tín hiệu cơng suất sau qua lọc Ramp-tracking để lọc thành phần xoắn nhiễu (mức điều chỉnh số thời gian lọc T T9) cho tín hiệu PSS_5 Tín hiệu PSS_5 sau so sánh với tín hiệu cơng suất điện PSS_0 để tìm giá trị sai lệch, tín hiệu sai lệch sau khuyếch đại K S1 (PSS_1) bù pha hai khâu lead – lag mục đích bù vào trễ pha điều chỉnh điện áp vịng kín với số thời gian T 1, T2 (PSS_2) T3,T4 (PSS_3), tiếp tục qua khâu đảo, khâu ON/OFF giới hạn đầu Tín hiệu đầu PSS2A điện áp PSS_uk cộng vào điện áp điều khiển module AVR hệ thống kích từ Tính tốn, đánh giá vai trò PSS chế độ vận hành NMTĐ Sơng Tranh 3.1 Cơ sở tính toán Trên sở cấu trúc hàm truyền PSS sơ đồ đấu nối NMTĐ Sông Tranh vào hệ thống, sử dụng phần mềm PowerWorld Simulator TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ *(**).2014 để mô sơ đồ lưới điện đấu nối NMTĐ Sông Tranh vào hệ thống điện Việt Nam (HTĐVN) Thông số hệ thống điện lấy từ số liệu thực tế [2, 3] để cập nhật vào phần mềm tính tốn, thơng số vận hành lấy tương ứng với chế độ cao điểm lúc 9h ngày 04/8/2013, sử dụng chức simulator để mô sơ đồ lưới điện đấu nối nhà máy hình Để tính tốn phân tích chế độ vận hành, xét trường hợp: Trường hợp nhà máy đấu nối lên HTĐVN qua trạm biến áp (TBA) 500kV Đà Nẵng [3,6], cắt đường dây kép 220kV Tam Kỳ - Dốc Sỏi chọn góp 500kV (TC500kV) Đà Nẵng làm nút cân (Slack) với điện áp đặt điện áp thực tế hệ thống; Trường hợp nhà máy đấu nối lên HTĐVN qua TBA 500kV Dốc Sỏi, cắt đường dây kép 220kV Tam Kỳ - Đà Nẵng chọn góp 500kV Dốc Sỏi làm nút cân với điện áp đặt điện áp thực tế hệ thống Hình Sơ đồ lưới điện đấu nối NMTĐ Sông Tranh 3.2 Tính tốn, đánh giá vai trị PSS Thực tính tốn chế độ vận hành bình thường cố cấu trúc lưới điện đấu nối NMTĐ Sông Tranh với HTĐVN [4], xét với chế độ phụ tải khác tương ứng với điện áp góp hệ thống đầu cực máy phát thay đổi 0,95pu, 1,00pu 1,05pu, trường hợp có khơng có tham gia PSS Khảo sát thông số chế độ hệ thống điện trạng thái xác lập bình thường xác lập sau cố [4], kết cho thấy PSS khơng có tác dụng cải thiện nhiều thông số chế độ trạng thái xác lập Tuy nhiên trình độ PSS có tác dụng hãm dao động điện áp, giảm góc lệch pha giảm thời gian xác lập sau cố [4] Xét cụ thể cho trường hợp với cấu trúc lưới sau: a Cấu trúc lưới nối NMTĐ Sông Tranh với HTĐVN qua TBA 500kV Đà Nẵng Xét trường hợp hệ thống vận hành với UH1=UH2 = 0.95pu, UHT = 0.95pu, xảy cố ngắn mạch pha đường dây 271-220kV Sông Tranh 2-Tam Kỳ giải trừ việc cắt đường dây bị cố sau 120ms Sau tính tốn kết đường đặc tính dao động góc lệch roto δ(t) điện áp u(t) đầu cực máy phát H1-H2, điện áp (TC) 220kV Sông Tranh 2, điện áp 220kV Tam Kỳ chưa có PSS hình có PSS hình a b c Hình 3: Đặc tính δ(t) u(t) chưa có PSS a TC220kV Tam Kỳ, b TC220kV Sông Tranh, c điện áp đầu cực máy phát a b c Hình 4: Đặc tính δ(t) u(t) có PSS TC220kV Tam Kỳ, b TC220kV Sơng Tranh, c điện áp đầu cực máy phát Qua đặc tính QTQĐ góc lệch roto δ(t) cho thấy chưa có PSS góc lệch dao động mạnh sau 85 sec xác lập giá trị 34,1 0, sau đưa PSS tham gia vào trình điều khiển sec đầu δ(t) dao động quanh giá trị 36,4 sau hãm nhanh giá trị xác lập 30,2 sau 65 sec Qua cho thấy PSS có tác dụng giảm dao động giảm góc lệch roto δ(t), PSS có tác dụng nâng cao khả ổn định động cho máy phát điện Qua đặc tính QTQĐ u(t) điện áp đầu cực máy phát, góp 220kV Sơng Tranh 220kV Tam Kỳ cho thấy chưa có PSS điện áp giảm nhanh giá trị xác lập sau 25 sec, có PSS 25 sec đầu điện áp giảm sau lại tăng lên cao giá trị xác lập trước cố giảm dần giá trị xác lập sau 60 sec Kết giá trị xác lập sau cố bảng 1, qua cho thấy có PSS điện áp nút có nâng lên khơng đáng kể, nhìn chung trường hợp giá trị xác lập sau cố điện áp nút thấp giá trị cho phép (