i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http //www lrc tnu edu vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Đỗ Thị Phương Nhung ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA BỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG Đ[.]
i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Đỗ Thị Phương Nhung ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA BỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN (PSS) CÓ CẤU TRÚC THEO CHUẨN IEEE 421.5-2005 TRONG VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH GĨC RƠ TO MÁY PHÁT ĐIỆN Chun ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Hiền Trung Thái Nguyên – 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng dựa hướng dẫn tập thể nhà khoa học tài liệu tham khảo trích dẫn Kết nghiên cứu trung thực Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Học viên Đỗ Thị Phương Nhung Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những kết đạt Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu cấu trúc hệ thống điện 1.2 Điều khiển hệ thống điện 1.2.1 Nhiệm vụ điều khiển HTĐ 1.2.2 Cấu trúc điều khiển HTĐ 1.3 Ổn định góc tải (góc rotor) 13 1.3.1 Góc tải (góc rotor) 13 1.3.2 Ổn định tín hiệu nhỏ 15 1.4 Bộ ổn định HTĐ – PSS 17 1.5 Những phương pháp thiết kế PSS 19 1.6 Kết luận chương 23 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 24 2.1 Mơ hình máy phát điện đồng 26 2.1.1 Phương trình biểu diễn hệ trục toạ độ dq0 27 2.1.2 Phương trình với mạch từ tuyến tính 30 2.2 Mơ hình máy phát điện kinh điển 31 2.2 Mơ hình kích từ điều chỉnh điện áp 35 2.4 Mơ hình turbine điều chỉnh tốc độ 38 2.4.1 Mơ hình turbine 38 2.4.2 Mơ hình điều tốc 40 2.5 Mơ hình hệ máy phát kết nối với HTĐ 41 2.5.1 Phương trình ràng buộc điện áp hệ đơn vị tương đối 41 2.5.2 Mơ hình multi–time–scale hệ máy phát kết nối với HTĐ (mơ hình bậc 8) .41 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 2.5.3 Mơ hình bỏ qua độ stator hệ máy phát kết nối với HTĐ (mơ hình bậc 6) 44 2.5.4 Mơ hình two-axis hệ máy phát kết nối với HTĐ (mô hình bậc 4) .46 2.5.5 Mơ hình flux–decay hệ máy phát kết nối với HTĐ (mô hình bậc 3) 47 2.5.6 Mơ men damping .49 2.6 Kết luận chương 49 Chương PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA PSS 50 3.1 Xây dựng mơ hình tín hiệu nhỏ hệ máy phát kết nối với HTĐ 50 3.2 Phân tích ảnh hưởng PSS ổn định tín hiệu nhỏ 55 3.3 Phân tích cấu trúc PSS 60 3.3.1 PSS đầu vào đơn – PSS1A .60 3.3.2 PSS đầu vào kép .61 3.4 Phân tích thành phần PSS2A/2B 64 3.4.1 Tín hiệu tốc độ 64 3.4.2 Tín hiệu công suất điện 65 3.4.3 Tín hiệu công suất .65 3.4.4 Bù pha lựa chọn tín hiệu ổn định 66 3.4.5 Khâu giới hạn điện áp đầu cực 67 3.5 Kết luận chương 67 Chương ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA PSS ĐỐI VỚI ỔN ĐỊNH GÓC TẢI 68 4.1 Phần mềm mô Matlab/Simulink 68 4.2 Xây dựng sơ đồ mô Matlab/Simulink 68 4.2.1 Thông số phần tử mô (pu) .69 4.2.2 Kết mô 77 4.3 Thí nghiệm Card R&D DS1104 thời gian thực 78 4.3.1 Giới thiệu Card điều khiển R&D DS1104 hãng dSPACE [7], [8] 78 4.3.2 Xây dựng bàn thiết bị thí nghiệm .79 4.3.3 Thiết lập môi trường làm việc dùng cho thí nghiệm online .81 4.3.5 Kết thí nghiệm 87 4.4 Kết luận chương 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Biểu diễn Ghi tiếng anh PSS Bộ ổn định HTĐ Power System Stabilizer AVR Tự động điều chỉnh điện áp Automatic Voltage Regulator LFO Dao động tần số thấp Low Frequency Oscillation LFC Điều khiển tần số–tải Load–frequency Control AGC Automatic Generation Control FACTS Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh Flexible AC Transmission hoạt Systems HVDC Truyền tải điện chiều cao áp High Voltage Direct Current SVC Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh Static Var Compensator HTKT Hệ thống kích từ Excitation Systems CSTD Công suất tác dụng Active Power CSPK Công suất phản kháng Reactive Power HTĐ Hệ thống điện Power System MBA Máy biến áp Transformer AC Xoay chiều DC Một chiều p.u Đơn vị tương đối Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Per unit http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Hình 1.1 Các phần tử HTĐ - Hình 1.2 Các thành phần điều khiển liên quan trạm phát điện [11] - Hình 1.3 Cấu trúc điều khiển HTĐ - Hình 1.4 Mơ hình kích từ khơng chổi than AC - 10 Hình 1.5 Mạch kích từ xoay chiều 10 Hình 1.6 Mơ hình kích từ chiều DC1A - 11 Hình 1.7 Mơ hình kích từ ST1A 12 Hình 1.8 Điều khiển tần số phân phối CSTD HTĐ 13 Hình 1.9 Đặc tính công suất máy phát 14 Hình 1.10 Phân loại ổn định HTĐ 15 Hình 1.11 Dao động cục 16 Hình 1.12 Dao động liên khu vực - 16 Hình 1.13 Sơ đồ khối điều khiển HTKT có PSS - 17 Hình 1.14 Cấu trúc PSS - 19 Hình 2.1 Sơ đồ khối máy phát điện đồng HTĐ - 25 Hình 2.2 Sơ đồ máy điện đồng hai cực từ - 26 Hình 2.3 Mơ hình hệ thống máy phát điện kinh điển nối lưới 32 Hình 2.4 Sơ đồ khối máy phát điện kinh điển - 34 Hình 2.5 Sơ đồ mạch máy kích từ chiều độc lập 35 Hình 2.6 Sơ đồ mạch máy kích từ chiều tự kích thích 36 Hình 2.7 Mơ hình HTKT IEEE loại 38 Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống điều tốc khí - thủy lực - 40 Hình 2.9 Sơ đồ khối hệ thống điều tốc điện tử - thủy lực 40 Hình 2.10 Mơ hình hệ thống turbine điều tốc đơn giản 41 Hình 2.11 Sơ đồ động học siêu độ máy phát [15] 44 Hình 2.12 Mơ hình hai trục (two-axis) hệ máy phát [15] - 46 Hình 2.13 Mơ hình động học flux-decay máy phát điện [15] 48 Hình 3.1 Sơ đồ khối điều chỉnh kích từ máy phát nối lưới 50 Hình 3.2 Mơ hình HTKT IEEE loại với tín hiệu nhỏ 54 Hình 3.3 HTKT thyristor ST1A với AVR - 54 Hình 3.4 Sơ đồ khối tuyến tính máy phát bao gồm kích từ & AVR 55 Hình 3.5 Đáp ứng tự nhiên góc tải δ với nhiễu nhỏ 56 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii Hình 3.6 Đồ thị vector thành phần mơ men với AVR - 57 Hình 3.7 Sơ đồ khối tuyến tính hệ máy phát nối lưới với kích từ, AVR PSS - 57 Hình 3.8 Đồ thị vector thành phần mơ men với AVR & PSS 60 Hình 3.9 Sơ đồ khối PSS1A – loại đầu vào đơn - 61 Hình 3.10 Sơ đồ khối PSS2A (IEEE 421.5.1995) 63 Hình 3.11 Sơ đồ khối PSS2B - 63 Hình 3.12 Sơ đồ khối PSS3B - 63 Hình 3.13 Sơ đồ khối PSS4B (Multi-band PSS) - 64 Hình 3.14 Khâu lọc thơng cao - 65 Hình 3.15 Khâu lọc thơng cao tích phân rút gọn 65 Hình 3.16 Các cấu hình khâu lọc công suất 66 Hình 3.17 Khâu khuếch đại bù pha - 66 Hình 4.1 Hệ thống kích từ ST1A sơ đồ mô 70 Hình 4.2 Sơ đồ lấy kết mô 71 Hình 4.3 Sơ đồ khối PSS1A mô Matlab - 72 Hình 4.4 Sơ đồ khối PSS2A mơ Matlab - 72 Hình 4.5 Sơ đồ mơ hệ thống khơng có PSS 74 Hình 4.6 Sơ đồ mơ hệ thống với PSS1A 75 Hình 4.7 Sơ đồ mô hệ thống với PSS2A 76 Hình 4.8 Đáp ứng góc tải - 77 Hình 4.9 Đáp ứng sai lệch tốc độ - 77 Hình 4.10 Đáp ứng sai lệch CSTD - 78 Hình 4.11 Hình ảnh mặt mặt Card điều khiển R&D DS1104 79 Hình 4.12 Cổng kết nối connector Card điều khiển R&D DS1104 - 79 Hình 4.13 Mối liên hệ phần mềm điều khiển thiết bị ngoại vi - 80 Hình 4.14 Sơ đồ bàn thiết bị thí nghiệm - 81 Hình 4.15 Màn hình khởi động Matlab lựa chọn file mơ 82 Hình 4.16 Thiết lập cho môi trường Solver chạy thời gian thực - 83 Hình 4.17 Thiết lập cho môi trường Optimazation chạy thời gian thực - 83 Hình 4.18 Thiết lập cho mơi trường Real–Time Workshop chạy thời gian thực 84 Hình 4.19 Màn hình hiển thị q trình Build thành cơng - 85 Hình 4.20 Chọn file sdf chạy thời gian thực 86 Hình 4.21 Các thao tác lấy kết thí nghiệm 87 Hình 4.22 Đáp ứng theo thời gian thực 88 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm qua, với phát triển mạnh mẽ kinh tế bước cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, nhu cầu sử dụng điện nước ta tăng trưởng không ngừng Các nội dung thiết kế vận hành đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc Trung Nam gắn liền với tính tốn phân tích có tính chất định phương diện ổn định hệ thống Sự suất tương lai nhà máy điện lớn (Thủy điện Sơn La, Lai Châu, Trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ…) nối vào HTĐ đường dây 500 kV, dự án liên kết HTĐ Việt Nam với nước khu vực đòi hỏi phải nghiên cứu sâu sắc tỉ mỉ phương diện ổn định HTĐ trình vận hành Theo quan điểm truyền thống, vấn đề ổn định trì hoạt động đồng Điều kiện cần thiết để HTĐ hoạt động bình thường tất máy phát trì đồng với Về khía cạnh ổn định HTĐ chịu ảnh hưởng đặc tính động học góc rotor quan hệ cơng suất - góc [10], [13] Mối quan tâm việc đánh giá ổn định phản ứng HTĐ chịu nhiễu loạn tức thời Nhiễu lớn nhỏ Các nhiễu nhỏ dạng tương tác máy phát hay thay đổi tải diễn thường xuyên trình vận hành, hệ thống phải tự điều chỉnh để thích ứng với điều kiện Hệ thống phải có khả hoạt động điều kiện cung cấp đủ công suất cho tải Đồng thời hệ thống phải có khả chịu nhiễu lớn ngắn mạch đường dây tải điện, máy phát, tải lớn, liên lạc hệ thống Cũng phức tạp mà nhiều giả thiết thường sử dụng để làm đơn giản toán tập trung vào nhân tố ảnh hưởng đến loại đặc tính ổn định [10] Việc sử dụng kích từ đáp ứng nhanh có ảnh hưởng bất lợi với ổn định nhiễu nhỏ tương ứng với dao động cục tạo cản âm [10] Một nguồn khác gây nên ổn định dạng dao động hệ kết nối HTĐ với nhau, nhóm lớn máy phát gần liên kết đường truyền yếu Với công suất truyền tải lớn, hệ thống tạo dao động liên khu vực tần số thấp [12] Để giải vấn đề sử dụng ổn định hệ thống điện – PSS Theo IEEE, PSS chia hai loại: Bộ ổn định dựa tín hiệu tốc độ ổn định đầu vào kép (tín hiệu tốc độ cơng suất) [9] Trên giới PSS Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu, nhiên nước tác giả hay có tài liệu viết PSS [1], [2], [4], [5] Ở Việt Nam, lắp đặt nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Phú Mỹ; nhà máy thủy điện Thác Bà, Yaly Sơn La… Vì nhiều lý khác có vấn đề kỹ thuật mà nhà máy chức PSS tích hợp hệ thống kích từ cho máy phát điện khơng sử dụng Với lý nêu trên, tác giả mạnh dạn tìm hiểu nghiên cứu, đánh giá ổn định PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005 để làm sáng tỏ vấn đề ổn định góc rơ to máy phát điện với hy vọng PSS ứng dụng rộng rãi thực tế, góp phần nâng cao hiệu hoạt động trạm phát điện có Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Đề tài đặt mục tiêu qua phân tích ổn định HTĐ phân tích cấu trúc PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005, thấy cần thiết PSS việc nâng cao ổn định HTĐ Đồng thời đánh giá hiệu loại PSS vấn đề ổn định góc rơto máy phát điện Mục tiêu cụ thể: Tổng quan ổn định HTĐ, sâu nghiên cứu ổn định góc rơ to, tiếp cận theo hướng ổn định nhiễu nhỏ Lựa chọn hệ thống kích từ AVR dùng nghiên cứu PSS Xây dựng mơ hình tốn học trạm phát điện HTĐ Phân tích cấu trúc điển hình PSS, tính chọn thông số loại PSS Tiến hành mô Matlab so sánh hiệu loại PSS sản xuất theo chuẩn IEEE 421.5-2005 Kết nghiên cứu kiểm chứng thí nghiệm Card R&D DS1104 thời gian thực Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá hệ thống hóa cơng trình nghiên cứu công bố thuộc lĩnh vực liên quan: báo, tạp chí, sách chuyên ngành; nghiên cứu cấu trúc phương pháp lựa chọn thông số PSS Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu cấu trúc PSS lắp đặt nhà máy điện Việt Nam, phân tích lý giải so sánh Kiểm chứng điều khiển PSS mơ Matlab R2010a & Simulink thí nghiệm Card R&D DS1104 hãng dSPACE Những kết đạt Luận văn đánh giá hiệu PSS vấn đề ổn định góc rơto máy phát điện, cụ thể: - Xây dựng bước để thiết lập mơ hình tốn học tuyến tính hóa HTĐ gồm máy phát điện nối với qua đường dây tải điện - Mô thành công ảnh hưởng hai loại PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005 ổn định góc tải - Kiểm chứng kết nghiên cứu thí nghiệm Card R&D DS1104 theo thời gian thực hãng dSPACE phịng thí nghiệm Điện – Điện tử trường đại học KTCN - Là nguồn tư liệu phục vụ cho công tác học tập giảng dạy nhà trường; Làm tài liệu tham khảo cho chuyên gia cán kỹ thuật ngành Điện lực Cấu trúc luận văn Tính cấp thiết đề tài trình bày phần mở đầu luận văn Chương I luận văn trình bày tổng quan vấn đề ổn định HTĐ, sâu nghiên cứu ổn định góc rơto, tiếp cận theo hướng ổn định nhiễu nhỏ Chương II xây dựng mô hình tốn học trạm phát điện HTĐ Chương III phân tích cấu trúc điển hình PSS, xây dựng mơ hình tốn tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc HTĐ nghiên cứu Các kết mô ổn định góc rơto với PSS theo chuẩn IEEE 421.52005 trình bày chương IV luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 77 4.2.2 Kết mô 34.405 Without PSS PSS1A PSS2A 34.4048 Goc tai (do) 34.4046 34.4044 34.4042 34.404 34.4038 34.4036 Thoi gian (s) 10 Hình 4.8 Đáp ứng góc tải -6 x 10 Without PSS PSS1A PSS2A Sai lech toc rotor (pu) 1.5 0.5 -0.5 -1 Thoi gian (s) Hình 4.9 Đáp ứng sai lệch tốc độ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 78 -5 Sai lech CSTD cua may phat (pu) x 10 Without PSS PSS1A PSS2A 1.5 0.5 -0.5 -1 -1.5 -2 Thoi gian (s) 10 Hình 4.10 Đáp ứng sai lệch CSTD Hình 4.8 – 4.10 kết mô với điện áp hệ thống V s 1pu ; công suất S 0,8 j 06pu ; trở kháng đường dây Re 0; X e 0,1pu Thời gian quan sát (0–10s), thời điểm 1s xuất dao động Ta thấy, khơng sử dụng PSS, góc tải, tốc độ, CSTD đầu máy phát dao động nhiều (trong khoảng thời gian quan sát chưa ổn định) Trường hợp sử dụng PSS1A góc tải dao động nhỏ xung quanh điểm làm việc, sau khoảng 4s góc tải trở điểm làm việc ban đầu (góc 34,40); tốc độ rôto ổn định nhanh, điện áp CSTD máy phát có xáo trộn chút nhanh chóng trở giá trị ban đầu Hiệu ổn định HTĐ xung quanh điểm làm việc cải thiện ta dùng PSS2A Hình 4.8 cho thấy, dùng PSS2A góc tải tăng cao khoảng 34,40490 sau 2,5s góc tải ổn định 34,40430 dùng PSS1A phải sau 4s góc tải ổn định Chất lượng ổn định tốc độ rôto CSTD máy phát tốt so với dùng PSS1A 4.3 Thí nghiệm Card R&D DS1104 thời gian thực 4.3.1 Giới thiệu Card điều khiển R&D DS1104 hãng dSPACE [7], [8] Card R&D DS1104 thiết bị điều khiển số đại sử dụng nhiều lĩnh vực: điều khiển động cơ, điều khiển robot, thực nghiệm máy bay, ô tô,… Card R&D DS1104 cho phép rút ngắn trình thực nghiệm nhờ kết nối trực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 79 tiếp với phần mền mô Matlab – Simulink, Card R&D DS1104 hỗ trợ hầu hết khối hàm định nghĩa Matlab – Simulink lĩnh vực kể Card R&D DS1104 cung cấp thư viện Real–time Simulink, theo cổng I/O Card R&D DS1104 biểu diễn khối tương tự khối hỗ trợ Simulink Để hiệu chỉnh tín hiệu xuất nhập ta cần hiệu chỉnh thông số khối tương ứng Do việc truy xuất tín hiệu trở nên đơn giản nhiều so với phương pháp truyền thống Hình ảnh Card R&D DS1104 lắp đặt máy tính hình 4.11 Hình 4.11 Hình ảnh mặt mặt Card điều khiển R&D DS1104 Hình 4.12 Cổng kết nối connector Card điều khiển R&D DS1104 4.3.2 Xây dựng bàn thiết bị thí nghiệm Sơ đồ khối mơ tả mối liên hệ phần mền điều khiển thiết bị ngoại vi hình 4.13 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 80 Ngơn ngữ lập trình (thuật tốn) thực theo Real Time Mode (RTM) Card R&D DS1104 Thu thập giám sát liệu Liên kết với phần mềm Matlab Ossiloscope DP1104 Connector Hình 4.13 Mối liên hệ phần mềm điều khiển thiết bị ngoại vi Phần điều khiển bao gồm: – Máy tính PC có cấu hình Pentium IV trở lên, có cài đặt phần mềm Matlab 7.0.4 phần mềm Control Desk Version 5.0 Control Desk dSPACE phần mềm thực nghiệm, cung cấp tất chức công để mô trình điều khiển, giúp ta xây dựng giao diện, hiển thị lên hình Người dùng mơ phương trình mơ tả tốn học máy điện hệ thống thông qua Simulink Matlab ControlDesk liên hệ với Matlab để nhận liệu, xây dựng giao diện chuyển toàn liệu vào chương trình mơ - Card R&D DS1104 gá lắp Mainboard máy tính qua khe PCI lập trình điều khiển, giám sát thơng qua máy tính - Bàn ghép nối đối tượng điều khiển Hình 4-14 sơ đồ thực tế bàn thiết bị thí nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 81 Hình 4.14 Sơ đồ bàn thiết bị thí nghiệm 4.3.3 Thiết lập mơi trường làm việc dùng cho thí nghiệm online Mơi trường làm việc Matlab-Simulink dùng cho thí nghiệm online Card DS1104 cần thực số thủ tục sau: Khởi động Matlab Simulink Kích hoạt file chương trình cần thực nghiệm, có mdl Trước Run file mdl cần chạy file khởi tạo tham số cho mơ hình (nếu có) dạng file m Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 82 Hình 4.15 Màn hình khởi động Matlab lựa chọn file mô Build mô hình Simulink Trong menu Simulation → Configuration Parameters… → Solver chọn định dạng sau (hình 4.16): Start time: 0,0 Stop time: inf Solver type: Fixed–step Fixed–step size (fundamental sample time): 0,0002 Tasking mode for periodic sample times: Single Tasking Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 83 Hình 4.16 Thiết lập cho môi trường Solver chạy thời gian thực Thiết lập môi trường Optimization: Đánh dấu vào mục Implement logic signals as boolean data Conditional input branch execution hình 4.17 Hình 4.17 Thiết lập cho mơi trường Optimazation chạy thời gian thực Tiếp theo thiết lập mơi trường Real-Time Workshop có giao diện hình 4.18, cho phù hợp với Card R&D DS1104 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 84 Trong mục System targret file chọn rti1104.tlc Hình 4.18 Thiết lập cho môi trường Real–Time Workshop chạy thời gian thực Trong q trình Build Matlab chuyển đổi mơ hình Simulink sang dạng file có sdf (file mô tả hệ thống), trc, _usr.c, _usr.mk, map, ppc lưu trữ vi xử lý Card R&D DS1104 Sau Build xong xuất dịng chữ Make Process Succeeded (hình 4.19) File sdf tự động chuyển tới môi trường Control Desk, file gồm thông tin biến sử dụng mơ hình Simulink Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 85 Hình 4.19 Màn hình hiển thị trình Build thành cơng Khởi động chương trình Control Desk Chọn file chuyển sang dạng sdf: Bằng cách vào File Open Variable File… hình 4.20 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 86 Hình 4.20 Chọn file sdf chạy thời gian thực Trên sở mô Matlab/Simulink ta sử dụng phần chương trình điều khiển xây dựng được, kết hợp với khối giao diện dSPACE ControlDesk hình 4.21 để lấy kết thí nghiệm a) Chèn Layout Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên b) Thiết lập PlotterArray http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 87 c) Thiết lập CaptureSettings d) Chọn Scope & Variable Hình 4.21 Các thao tác lấy kết thí nghiệm - Đầu tiên chèn Layout (hình 4.21a) - Trong mục Data Acquisition chọn: PlotterArray Thiết lập vị trí hình vẽ cần quan sát (hình 4.21b) Nhấp chuột vào CaptureSettings thiết lập thơng tin cần quan sát (hình 4.21c) - Trên biểu tượng góc bên phải Test mode chọn PPC-lay_kq1_r14HostService - Trong mục Model Root góc bên trái chọn Scope Matlab cần quan sát Sau chọn biến (Variable) cần biểu diễn (hình 4.21d) 4.3.5 Kết thí nghiệm Với chu kỳ trích mẫu 0,0002s Thời gian quan sát từ đến 30s, nhiễu nhỏ xuất từ 0s Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 88 a) Đáp ứng góc tải b) Đáp ứng sai lệch tốc độ (10-6) c) Đáp ứng sai lệch CSTD (10-5) Hình 4.22 Đáp ứng theo thời gian thực Nhận xét: Kết thí nghiệm tương ứng với kết mơ Matlab Chất lượng ổn định góc tải dùng PSS2A tốt (mầu xanh dương), thời gian quan sát từ đến 30s, mô thời gian quan sát từ đến 10s nên rõ 4.4 Kết luận chương Trong chương mô thành công ổn định HTĐ phần mềm Matlab/Simulink Đánh giá hiệu PSS ổn định góc tải hai trường hợp: i) hệ thống không sử dụng PSS có sử dụng PSS; ii) hệ thống sử dụng PSS1A PSS2A Kết mô kiểm chứng thí nghiệm Card R&D DS1104 hãng dSPACE Kết mơ Matlab/Simulink thí nghiệm thời gian thực cho thấy hệ thống sử dụng PSS1A phải sau 4s góc tải ổn định Trong dùng PSS2A sau 2,5s góc tải ổn định, chất lượng ổn định tốc độ rôto CSTD máy phát tốt dùng PSS2A Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn tập trung phân tích ổn định HTĐ bị nhiễu nhỏ tác động, xây dựng mơ hình tốn học trạm phát điện HTĐ phân tích cấu trúc PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005 Đồng thời đánh giá hiệu hai loại PSS vấn đề giảm dao động rôto (dao động điện tần số thấp) máy phát điện HTĐ (đã so sánh đánh giá hiệu loại PSS với nhau, khẳng định tính ưu việt PSS2A) Kết cụ thể luận văn là: - Xây dựng bước để thiết lập mơ hình tốn học tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc HTĐ gồm máy phát nối với qua đường dây tải điện - Mô thành công ảnh hưởng hai loại PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005 ổn định góc tải - Kiểm chứng kết nghiên cứu thí nghiệm theo thời gian thực Card R&D DS1104 hãng dSPACE phịng thí nghiệm Điện – Điện tử trường đại học KTCN - Góp phần tăng nguồn tư liệu phục vụ cho cơng tác học tập giảng dạy nhà trường; Làm tài liệu tham khảo cho chuyên gia cán kỹ thuật ngành Điện lực Kiến nghị Luận văn giúp cho nhà thiết kế kỹ sư vận hành HTĐ hiểu rõ chức năng, nhiệm vụ loại PSS sử dụng nhà máy điện nay, đồng thời giúp họ so sánh hiệu loại PSS với để làm sở cho việc lựa chọn HTKT có cài đặt chức ổn định HTĐ phù hợp với loại máy phát điện, loại dải tần số dao động HTĐ Kết nghiên cứu luận văn dùng việc khảo sát HTĐ gồm máy phát nối với hệ thống qua đường dây tải điện Việc áp dụng tính tốn cho nhiều máy phát hướng nghiên cứu luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lã Văn Út (2000), Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Đức Ninh (2011), Nghiên cứu thiết kế điều khiển cho thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất PSS, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, chuyên ngành TĐH, ĐH Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên [3] Tài liệu chuyên đề Vận hành máy phát thuỷ điện (2006) Trường đại học điện lực NXB Lao động – Xã hội Hà Nội [4] Nguyễn Hiền Trung, Nguyễn Như Hiển (2008–2009), Nghiên cứu ổn định HTĐ (PSSs), thiết bị FACTS điều khiển phối hợp chúng việc tăng cường ổn định dao động HTĐ, Đề tài NCKH cấp Bộ, mã số B2008–TN02– 04 [5] YATHOTOU VA (2008), Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển kích từ cho máy phát nhà máy thuỷ điện, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành HTĐ, ĐH Bách khoa Hà Nội Tiếng Anh [6] Boldea,I (2006), Synchronnous generators Taylor & Francis Group, LLC [7] dSPACE (2005), RTI and RTI-MP Implementation Guide for release 5.0 [8] dSPACE (2005), ControlDesk Experiment Guide for release 5.0 [9] IEEE Recommmended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies, IEEE Stadard 421.5-2005 [10] E.V Larsen, and D.A Swann, "Applying power system stabilizers, part I; general concepts, part II; performance objectives and turning concepts, part III; practical considerations," IEEE Trans on power apparatus and system, vol PAS-100, 1981, pp 3017-3046 [11] P Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw-Hill Book [12] P Kundur, J Paserba, et al., “Definition and classification of power system stability,” IEEE transactions on power system, vol 19, 1981, no.2 May 2004, pp 1387-1401 [13] [14] Saadat, Hadi (2004), Power System Analysis, International Edition, Singapore James D McCalley, Dynamic Analysis (2001S, 2002S, 2003S, 2009S) Students in the 2002 offering of this course included industry engineers taking the course offcampus using videostreaming Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 91 [15] Sauer Peter W and Pai M A (1998), Power System Dynamics and Stability, Pretice Hall Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/