Bằng việc cắt bớt các thành ần bậc phcao không quan tr ng và chọ ỉ gi lữ ại thành phần ch yủ ếu, mô hình phazor động có th ể mô tả chính xác các đặc tính phi tuyến của TCR với tốc đ ộ nh
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - CHU QUANG HUY MƠ HÌNH HĨA CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN CÔNG SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHAZOR ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205312781000000 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………………i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC…………………………………………………………………………iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU…………………………………………………… iv DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………………v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ…………………………………………………….vi ABSTRACT………………………………………………………………………vii LỜI NĨI ĐẦU viii CHƯƠNG I ĐỘNG HỌC HỆ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤTError! Bookmark not defined T 13 T 13 1.1 Bố cục luận văn Error! Bookmark not defined T 13 T 13 T 13 T 13 1.2 Những phần việc luận văn Error! Bookmark not defined T 13 T 13 T 13 T 13 CHƯƠNG II CƠ SỞ TỐN HỌC MƠ PHỎNG HỆ LAI Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.1 Cơ sở tốn học mơ tả hệ thống Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.2 Mô tả toán học hệ thống lai Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.3 Quá trình mô hệ lai Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.3.1 Tính tốn giá trị khởi đầu Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.3.2 Tính tốn quỹ đạo trạng thái liên tục .Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.3.3 Xử lý kiện tính khởi đầu .Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.4 Bộ tạo mã tự động (Automatic Code Generator)Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.5 Các so sánh Error! Bookmark not defined T 13 T 13 2.6 Kết luận .Error! Bookmark not defined T 13 T 13 CHƯƠNG III MƠ HÌNH HĨA CÁC HỆ THỐNG CƠNG SUẤTError! Bookmark not defined T 13 T 13 3.1 Mô tả hệ thống công suất .Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.2 Mô tả hệ tọa độ ba pha ABC .Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.3 Mô tả dải tần sở Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.4 Mô tả hệ DQ0 .Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.5 Mô tả phazor động Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.6 Nhận xét Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.7 Mơ hình phazor động hệ TCSC Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.7.1 Giới thiệu TCSC .Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.7.2 Các đặc tính phân tích mạch điện TCSCError! Bookmark not defined T 13 T 13 3.7.3 Phân tích trạng thái xác lập Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.7.4 Mơ hình phazor động tần số Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.7.5 Mơ hình phazor động cải tiến Error! Bookmark not defined T 13 T 13 3.7.6 Bộ điều khiển TCSC .Error! Bookmark not defined T 13 T 13 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Error! Bookmark not defined T 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN T 13 LỜI CẢM ƠN Quyển luận văn hoàn thành nhờ có quan tâm, bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn TS Trần Trọng Minh, thầy cô mơn Tự Động Hóa XNCN, bạn đồng nghiệp động viên gia đình Qua xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo trường ĐHBK Hà Nội, người truyền đạt, củng cố tri thức quan trọng suốt thời gian học vừa qua, xin cảm ơn thầy mơn Tự Động Hóa XNCN giúp nâng cao kiến thức, mở rộng hiểu biết chuyên ngành học Đặc biệt, bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS Trần Trọng Minh, người tận tình giúp tơi định hướng phương pháp nghiên cứu phù hợp mà dành thời gian đọc thảo sai sót để luận văn sớm hoàn thành Cuối xin chân thành cảm ơn người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp ln động viên khích lệ tơi suốt trình làm luận văn Hà Nội ngày 23 tháng năm 2011 Học viên Chu Quang Huy -i- LỜI NĨI ĐẦU Những thay đổi nhanh chóng hệ thống lượng ngày làm tăng yêu cầu tính linh hoạt, độ tin cậy, khả đáp ứng nhanh xác lĩnh vực sản xuất, truyền tải, phân phối tiêu thụ điện Nhờ phát triển công nghệ lĩnh vực điện tử cơng suất, thiết bị FACTS có khả thay đổi điện áp, góc pha hay điện cảm vị trí định hệ thống Đặc trưng đáp ứng FACTS mang đến khả lớn việc nâng cao tính ổn định cơng suất tách biệt với điều chỉnh dịng cơng suất trạng thái xác lập Trong điều khiển FACTS, SVC có khả bù nhanh công suất phản kháng cho điện áp cung cấp xảy cố ngẫu nhiên làm suy giảm điện áp khoảng thời gian diễn biến đáng kể SVC làm giảm nhấp nhô công suất mát việc tối ưu hóa việc điều chỉnh cơng suất phản kháng TCSC, trái lại, thiết bị FACTS kiểu nối tiếp cho phép thay đổi nhanh liên tục điện cảm đường dây Nó có ứng dụng lớn điều chỉnh dịng chảy công suất đường dây, dập tắt dao động liên vùng, làm giảm cộng hưởng đồng cải thiện đặc tính ổn định tức thời Cho đến bây giờ, SVC TCSC thiết bị FACTS nhằm cải thiện đặc tính hệ thống cơng suất trạng thái xác lập, đặc tính động học ổn định, biên dạng điện áp dịng chảy cơng suất phản kháng Việc đánh giá tính ổn định hệ thống lớn, cần thiết phải mơ hình hóa thiết bị FACTS cách xác hiệu Bởi đặc tính phi tuyến cuộn kháng điều khiển thyristor, mơ hình hóa xác SVC hay TCSC khơng đơn giản Mơ hình xấp xỉ giả tĩnh thường dùng mô độ điện không đủ để bao hàm đầy đủ đặc tính động học đóng cắt Thậm chí mơ đặc tính động học điện từ, mơ hình chi tiết miền thời gian cung cấp đầy đủ thông tin đáp ứng đại lượng gánh nặng tính tốn mơ hình nên khó sử dụng thực tế mô hệ thống công suất quy mô lớn Phazor động phát triển từ mô tả chi tiết miền thời gian sử dụng thủ tục lấy trung bình tổng quát để thành lập mơ hình tuyến tính tín hiệu bé khơng thay đổi theo thời gian từ mơ hình phi tuyến ban đầu Phazor động có lợi so với phương pháp truyền thống –vii- • Thứ nhất, phazor động tính tốn q độ điện từ nhanh với cỡ bước tính lớn hơn, nên khả mơ nhanh so với phương pháp EMTP- phương trình độ điện từ miền thời gian • Thứ hai, phazor động có dải tần số lớn so với phương pháp xấp xỉ QSS giả trạng thái xác lập • Thứ ba, với việc giữ lại hệ số Fourier chủ yếu, phazor động thể tham gia q trình đóng cắt thiết bị điện tử công suất Cho đến hệ thống HVDC FACTS SVC, TCSC, STATCOM UPFC nghiên cứu phazor động Trong luận văn này, nghiên cứu mơ hình phazor động học lai TCSC Mơ hình bao gồm hàm đóng cắt để mơ hình hóa hoạt động thyristor Bằng việc cắt bớt thành phần bậc cao không quan trọng giữ lại thành phần chủ yếu, mơ hình phazor động mơ tả xác đặc tính phi tuyến TCR với tốc độ nhanh độ xác cao Mơ hình sử dụng mô phazor động hệ thống cơng suất hay sử dụng kết hợp mơ đặc tính q độ theo phương pháp truyền thống tạo nên dạng mô lai để nghiên cứu hệ thống phi tuyến phức tạp hệ thống điện lớn Để làm điều đó, luận văn đưa sở tổng quát mang tính hệ thống phazor động nhằm mơ tả đặc tính tức thời phần lớn thành phần Độ xác hiệu tính tốn mơ hình phazor động so sánh với mô tả truyền thống Hơn nữa, định hướng nghiên cứu thuật tốn số học để mơ xác hiệu hệ thống mô tả phazor động Mặc dù qua thời gian làm việc cố gắng, nghiêm túc có số kết ban đầu song hiểu biết hạn chế, luận văn cịn có nhiều thiếu sót Tơi xin chân thành mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn quan tâm để luận văn giúp ích cho nghiên cứu sâu sau Hà nội, ngày 23 tháng năm 2011 Học viên Chu Quang Huy –vii- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Ψ, Ψ Ψℎ số phương pháp tích phân thực với = ()và +1 = (+1 ) Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Trạng thái xác lập dòng điện nhánh TCR i T Error! Bookmark not defined Bảng Trạng thái xác lập điện áp tụ () chu kỳError! Bookmark not defined Bảng 3 Chuỗi kiện Error! Bookmark not defined Bảng Dữ liệu hệ thống lưới điện bù TCSCError! Bookmark not defined T 03U 30T T 03U T 03U T 03 T 03U T 03U T 03U T 03U - iv- CHƯƠNG I ĐỘNG HỌC HỆ ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT CHƯƠNG I ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Các biến đổi bán dẫn cơng suất, xây dựng sở phần tử đóng cắt bán dẫn, ngày đóng vai trị quan trọng hệ thống lượng điện Các lĩnh vực có ứng dụng tiêu biểu Điện tử công suất là: truyền động điện tự động; giao thông đường sắt; nấu luyện thép; gia nhiệt cảm ứng; điện phân nhơm từ quặng mỏ; q trình điện phân cơng nghiệp hố chất; lĩnh vực truyền tải điện chiều, Đặc biệt, Điện tử công suất tham gia ngày sâu vào lĩnh vực điều khiển hệ thống điện, thay cho hệ thống điều khiển truyền thống trước dựa thiết bị đóng cắt khí thay đổi theo nấc tỷ số máy biến áp Các hệ thống Điện tử công suất đưa đến khái niệm hệ thống truyền tải điện linh hoạt (Flexible Alternative Current Transmission Systems – FACTS) Việc ứng dụng FACTS nâng cao độ ổn định, khả điều chỉnh hệ thống truyền tải Việc mở rộng khả ứng dụng Điện tử công suất đặt vấn đề cần nghiên cứu Trong vấn đề khó khăn đặt phối hợp đặc tính động học nhanh biến đổi bán dẫn với động học tương đối chậm hệ thống lượng nói chung Đặc tính động học hệ thống cơng suất phân chia theo số thời gian Hằng số thời gian hiểu khoảng thời gian tính từ lúc có tượng xảy ra, ví dụ có đóng cắt mạch điện, phụ tải thay đổi đột biến, nguồn phát bắt đầu đưa vào lưới điện, dẫn tới số đại lượng thay đổi, tăng lên hay giảm đi, sau vài dao động, trở giá trị ổn định với sai số Như mơ tả hình 1.1, số thời gian hệ thống cơng suất xảy nhanh, từ vài ms tới chậm, từ vài đến hàng ngày Với thời gian tác động hệ thống phân loại theo trình điện từ nhanh trình điện chậm Hệ thống lượng nói chung bao gồm hệ thống điện từ điện với dải rộng số thời gian Các trình điện từ bao gồm tương tác từ trường cuộn cảm điện trường tụ Các trình điện bao gồm tương tác lượng lưu trữ -1- CHƯƠNG I ĐỘNG HỌC HỆ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT máy điện quay trao đổi lượng hệ thống tua bin – máy phát Các đặc tính tức thời điện từ Các đặc tính tức thời điện Các động học thời gian lớn Đặc tính ổn định độ Các đặc tính tức thời Stator cộng hưởng đồng Đóng cắt Chớp nhoáng 10− 10 −5 10 −3 10 −1 10 10 105 Thời gian( giây) Hình 1.1 Khung thời gian đặc tính tức thời hệ thống cơng suất Một cách tổng quát, trình nhanh chậm khác địi hởi cơng cụ phương pháp phân tích khác để mơ tả khảo sát chúng nhằm đưa đặc tính cần quan tâm thời gian xác lập, độ điều chỉnh, khả ổn định trước biến động lớn nhỏ, độ xác đại lượng cần quan tâm theo giá trị đặt mong muốn Ngoài mối quan hệ đại lượng trình xác lập quan trọng để phân bổ dịng cơng suất theo yêu cầu theo kế hoạch định sẵn Nói chung q trình mơ tả hệ thống phương trình đại số vi – tích phân Giải hệ phương trình biết thay đổi tức thời đại lượng cần quan tâm Tuy nhiên với hệ thống phức tạp, số lượng biến tham số nhiều việc giải trực tiếp hệ phương trình mơ tả chúng điều Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ máy tính kỹ thuật tính tốn, mơ công cụ thiết yếu để mô tả nghiên cứu hệ thống động học phức tạp -2- CHƯƠNG I ĐỘNG HỌC HỆ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Các tượng điện từ tức thời gây thay đổi cấu hình hệ thống Như việc đóng cắt chuyển mạch hay thiết bị điện tử công suất, cố lỗi Những tượng mang tính địa phương nội Những đặc tính tức thời điện từ nghiên cứu cách điển hình với phương trình đặc tính tức thời điện từ (EMTP- Electromagnetic Transient Programs) Vì quan tâm đến động học thời gian ngắn, cỡ bước thời gian mô chục ms chí nhỏ Đặc tính tức thời điện đặc tính tức thời chậm gây tương tác lượng lưu trữ máy điện quay lượng điện lưu trữ lưới điện Phân tích lớp đặc tính xác lập gọi mô tả độ ổn định đặc tính xác lập Những nghiên cứu lớp đặc tính thực với phương trình ổn định đặc tính tức thời (TSP- Transient Stability Programs) ví dụ SIMPOW, EUROSTAG Một giả thiết quan trọng cách phân tích truyền tải lượng máy phát thiết bị động lực khác xảy lưới điện trì tần số hệ thống Với giả thiết đó, đặc tính tức thời điện từ khơng cần mơ tả cách xác bỏ qua trình mơ Điều đạt việc dùng phazor trạng thái xác lập thông số mạng điện tần số hệ thống Cách làm coi cách tiếp cận giả trạng thái xác lập Việc bỏ qua đặc tính điện từ nhanh cho phép phương trình mơ tả ổn định đặc tính tức thời sử dụng bước thời gian lớn Trong dải rộng thời gian, phương trình đặc tính tức thời điện từ phương trình đặc tính tức thời điện khơng hợp chương trình mơ Các lý cho việc dùng riêng rẽ phương trình vì: • Các mục tiêu phân tích đặc tính xác lập điện từ phương tình phân tích độ ổn định đặc tính xác lập khác Trong phân tích đặc tính xác lập điện từ người ta kiểm tra tượng xác lập nhanh, giá trị chúng thường suy giảm nhanh mà khơng ảnh hưởng đến q trình động học chậm hệ thống Trong phân tích tính ổn định đặc tính xác lập mục tiêu nghiên cứu tác động nhiễu ảnh hưởng lớn toàn hệ thống cơng suất • Có thể mặt cơng nghệ ta thực phân tích tính ổn định đặc tính độ EMTP Nhưng thời gian cần đến cho việc mô EMTP tăng lên nhiều lý sau: -3-