Đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy phát bằng phương pháp mô phỏng

Nguyn Vũ Phng Tho Page i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên cu ca tôi. Các s liu, kt qu nêu trong luận văn là trung thực vƠ cha từng đợc ai công b trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. H Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012 Tác gi lun văn Nguyn Vũ Phng Tho Nguyn Vũ Phng Tho Page ii Lời cm n Sau mt thi gian học tập và nghiên cu ti trng, tôi đã hoàn thành đ tài luận văn tt nghip cao học ca mình. Để có đợc thành qu này, tôi đã nhận đợc rất nhiu sự h trợ vƠ giúp đỡ từ thầy cô, gia đình, c quan vƠ bn bè. Thông qua lun văn nƠy tôi xin chơn thƠnh cám n: PGS.TS Quyn Huy Ánh, ngi thầy mẫu mực, tận tụy, đnh hng, ch bo, truyn đt những kin thc chuyên môn và kinh nghim nghiên cu trong quá trình tôi thực hin luận văn này. Quí Thy/Cô phn bin, đã đa ra những quan điểm, đánh giá b sung vào lĩnh vực tôi đang nghiên cu, giúp tôi hiểu rng hn v hng nghiên cu đ tài, và tự đánh giá li công vic đã thực hin ca mình. Ban Giám hiu, lãnh đo Khoa Đin-Đin tử, Quí Thy/Cô Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Thành Ph H Chí Minh đã truyn đt kin thc chuyên môn, kinh nghim, giúp tôi tự tin tìm hiểu kin thc chuyên ngành, to mọi điu kin tt nhất cho tôi hoàn thành khoá học. Xin chân thành cm n gia đình, bn bè đã đng viên, giúp đỡ cho tôi trong sut quá trình nghiên cu và học tập. Xin chân thành cm n! Tp. H Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012 Tác gi lun văn Nguyn Vũ Phng Tho Nguyn Vũ Phng Tho Page iii Mc Lc Trang Trang tựa Quyt đnh giao đ tài Lý lch khoa học Li cam đoan i Li cm n ii Mục Lục iii Tóm tắt luận văn .vi Danh sách các chữ vit tắt viii Danh sách các hình ix Danh sách các bng xi Chng 1: Tng quan 1 1.1. Đặt vấn đ 1 1.2. Mục tiêu ca Luận văn 2 1.3. Ni dung vƠ phng pháp nghiên cu 2 1.3.1. Ni dung nghiên cu 2 1.3.2. Phng pháp nghiên cu 3 1.4. Phm vi và gii hn nghiên cu 3 1.5. Tính mi và giá tr thực tin ca đ tài 3 Chng 2: LÝ THUYT V N ĐNH H THNG ĐIN 4 2.1. Các khái nim c bn: 4 2.1.1 Khái nim v n đnh 4 2.1.2 Phân loi 4 2.1.2.1 n đnh tĩnh 4 2.1.2.2 n đnh đng 5 2.2. Các tiêu chuẩn kho sát n đnh tĩnh 6 2.2.1. Tiêu chuẩn năng lợng 6 Nguyn Vũ Phng Tho Page iv 2.2.2 Phng pháp dao đng bé 6 2.3. Các tiêu chuẩn kho sát n đnh đng 8 2.3.1. Tiêu chuẩn din tích 8 2.3.2. Tiêu chuẩn năng lợng 11 Chng 3: B N ĐNH H THNG ĐIN 14 3.1. n đnh ca 1 h thng đin cha máy phát làm vic vi thanh cái có công suất vô hn 14 3.2. nh hng đng học ca mch kích từ 17 3.3. nh hng sự thay đi từ thông kích ti sự n đnh 23 3.4. nh hng ca h thng kích từ 25 3.5. Thit k b n đnh h thng đin (PSS) 28 3.5.1. Chc năng b n đnh PSS 28 3.5.2. Thit k b PSS nron nhận dng 32 3.5.2.1. Mô t h thng đin 33 3.5.2.2. Xây dựng b n đnh h thng đin nron 35 3.5.2.3. Lu đ gii thuật chung ca mng nron 38 Chng 4: KHO SÁT & SO SÁNH B PSS NRON VI PSS KUNDUR 45 4.1. Mục đích mô phng 45 4.2. Các kt qu mô phng 45 4.2.1. Trng hợp 1: Sự c ngắn mch thoáng qua giữa đng dơy L1 45 4.2.2. Trng hợp 2: Sự c ngắn mch thoáng qua trên L1 cách B1 80km 48 4.2.3. Trng hợp 3: Sự c ngắn mch thoáng qua trên L1 cách B1 50km 50 4.2.4.Trng hợp 4: Sự c ngắn mch thoáng qua cách B2 50km ……………… 53 4.2.5. Trng hợp 5: Sự c ngắn mch thoáng qua cách B2 30km vƠ tăng ti KV 1 thêm 10%. 55 4.2.6. Trng hợp 6: Sự c ngắn mch thoáng qua cách B1 70km và gim ti KV2 5% 57 4.2.7. Trng hợp 7: Sự c ngắn mch thoáng qua trên L1 cách B2 20km và phụ ti KV1 tăng thêm 5%. 59 Nguyn Vũ Phng Tho Page v 4.2.8. Trng hợp 8: Sự c ngắn mch thoáng qua trên L1  giữa đng dơy, phụ ti KV1 tăng thêm 10%, phụ ti KV2 gim bt 5% ………………………… 61 4.3. Kt luận 64 Chng 5: Kt luận vƠ hng phát triển ca đ tài 65 5.1. Kt luận 65 5.1.1. Các kt qu đã đt đợc trong đ tài 65 5.1.2. Hn ch 65 5.2. Hng phát triển ca đ tài 66 Tài liu tham kho 67 Phụ lục 69 Nguyn Vũ Phng Tho Page vi Tóm tắt luận văn H thng đin là những h thng phi tuyn phc tp, các điểm vận hành có thể thay đi trên din rng, những dao đng tần s thấp liên tục xuất hin dẫn đn sự liên kt giữa các h thng yu dần đi. Trong máy phát đin, luôn tn ti những dao đng xung quanh điểm vận hành cân bằng, theo sau bất kỳ loi nhiu lon, thí dụ nh thay đi các phụ ti đt ngt, thay đi các thông s ca đng dơy truyn ti, dao đng công suất  ngõ ra ca tuc bin. n đnh h thng đin bao gm n đnh góc lch rotor, n đnh tần s và n đnh đin áp liên quan mật thit vi nhau [2]. B n đnh PSS Kundur [1]vi tín hiu ngõ vào là đ lch tc đ đã đợc sử dụng rng rãi nhằm cung cấp tín hiu n đnh b sung vào h thng kích từ máy phát để xóa b dao đng đin c vƠ nơng cao sự n đnh toàn cục ca h thng; cung cấp mt moment cn dng trong pha để xóa b nh hng ca moment cn ơm ca h thng. Vi các thông s c đnh, b PSS Kundur không thể cung cấp đng đặc tính ti u cho tất c các điểm vận hành khác nhau; vì h thng có thể thay đi theo thi gian và các thông s ca b PSS Kundur phi đợc phục hi li để nó có thể tip tục cung cấp các đng đặc tính mong mun. ng dụng các b PSS này trong mt h thng nhiu máy phát gơy ra nhiu sự phc tp khi tng hợp các thông s ca b PSS; các thông s nƠy đợc ti u hóa bằng cách sử dụng mt mô hình đng tuyn tính đt đợc do tuyn tính hóa mô hình phi tuyn xoay quanh mt điu kin vận hành c đnh ban đầu, thng không cung cấp kt qu tha đáng trên din rng ca điu kin vận hành [1, 2, 3, 4]. B FTDNN-PSS đợc đ xuất vi hai ngõ vào là đ lch tc đ (dw) vƠ đ lch công suất tăng tc (dPa) có các thông s đợc cập nhật và tự điu chnh để mô phng h thng trong các trng hợp sự c ngắn mch ba pha, tăng gim phụ ti trên din rng, vừa tăng gim phụ ti hai khu vực có xét đn ngắn mch ba pha trên đng dơy. B FTDNN- PSS hai ngõ vào là đ lch tc đ và công suất gia tc, có đ hi tụ nhanh nhằm nhận dng b PSS Kundur trong các điu kin vận hành khác nhau. Các nhân t có nh hng đn tc đ hi tụ trong luật học lan truyn ngợc ca mng nron, từ đó có thể ng dụng tt nhất và phát huy ht hiu qu ca mng Nguyn Vũ Phng Tho Page vii nron trong ng dụng vƠ điu khiển. Sự thay đi thông s ca b FTDNN- PSS đợc điu chnh phù hợp vào điu kin phụ ti và các thông s khác nhau ca h thng nhiu máy phát. Kt qu mô phng cho các loi nhiu lon khác nhau vƠ các điu kin vận hành khác nhau chng t tính hiu qu và mnh m ca b FTDNN-PSS. B FTDNN-PSS có kh năng thích nghi phi tuyn s có năng suất tt hn vƠ tắt dần nhanh hn đi vi các nhiu lon ln và nh thậm chí các thay đi trong các điu kin vận hành h thng. Sự tắt dần nhanh và tt hn nghĩa là các máy phát có thể vận hành gần ti kh năng phát ti đa ca chúng. Vì vậy, đm bo rằng các máy phát duy trì n đnh sau các sự c nh sự ngắn mch ba pha. Nguyn Vũ Phng Tho Page viii Danh sách các chữ vit tắt GOV : B kích từ (Governor). SMIB : H thng mt máy phát có bus vô hn (single-machine infinite-bus). AVR : B tự đng điu chnh đin áp (AutomaticVoltage Regulator). PSS : B n đnh đin áp (Power System Stabilizer). ANN : Mng nron nhơn to (Artificial neural network) GA : Gii thuật di truyn (Generic Algorithm). AFLPSS : B PSS có c s m (Artifical Fuzzy Logic PSS). MSE : Sai s bình phng trung bình (Mean square error). FTDNN-PSS: B PSS dựa trên c s mng nron truyn thẳng có delay ngõ vào (Focused Time Delay Neural Network PSS). Newff : To mng nron truyn thẳng vi gii thuật lan truyn ngợc sai s BTF : Hàm huấn luyn mng nron truyn thẳng vi gii thuật lan truyn ngợc sai s mặc đnh là trainlm- Backpropagation network training function (default = 'trainlm'). Nguyn Vũ Phng Tho Page ix Danh sách các hình Hình Trang Hình 2.1a: Trng hợp h n đnh. 10 Hình 2.1.b: Trng hợp ranh gii n đnh 10 Hình 2.1.c. Trng hợp h mất n đnh 10 Hình 2.2. Cắt mt trong hai đng dơy vận hành song song 10 Hình 2.3. Trng hợp h n đnh 11 Hình 2.4. Ngắn mch đầu mt trong hai đng dơy vận hành song song 12 Hình 2.5. Trng hợp ranh gii n đnh 12 Hình 3.1. H mt máy phát ni vi h thng vô cùng ln 14 Hình 3.2. S đ Thevenin tng đng ca h mt máy phát ni vi h thng vô cùng ln 14 Hình 3.3. Mô hình máy phát làm vic vi h thng vô cùng ln 15 Hình 3.4. S đ khi kho sát máy phát dùng cho đáp ng nhiu nh 16 Hình 3.5. Gin đ đin áp máy phát trong h tọa đ dq 18 Hình 3.6. Gin đ từ thông móc vòng Stator và Rotor máy phát 18 Hình 3.7. Gin đ khi ca b AVR . 22 Hình 3.8. Môment cn dng vƠ moment đng b ơm theo fd2 K  . 24 Hình 3.9. Mô hình h thng kích từ khi kho sát n đnh nhiu nh. 26 Hình 3.10. S đ khi ca b AVR. 27 Hình 3.11. S đ khi ca b AVR vi PSS. 29 Hình 3.12. H thng kích từ Thyrister vi AVR và PSS . 30 Hình 3.13. Mô hình h thng đin gm bn máy phát chia làm hai khu vực. 33 Hình 3.14.Mô hình h thng đin gm bn máy phát chia làm hai khu vực trong Simulink Matlab 35 Hình 3.15. Mô hình h thng đin sử dụng b PSS Kundur to file mat 37 Nguyn Vũ Phng Tho Page x Hình 3.16. Lu đ gii thuật chung thực hin thu thập dữ liu để huấn luyn mng n ron 38 Hình 3.17. S đ khi b nron FTDNN-PSS 41 Hình 3.18. Mng nron 4 lp có 3 delay ngõ vào vi gii thuật lan truyn ngợc 42 Hình 3.19. Lu đ gii thuật huấn luyn mng đa lp vi thuật toán BP 43 Hình 4.1. Các thông s mô phng và cách chọn lựa mô hình PSS thực hin mô phng ………………………………………………………………… 45 Hình 4.2. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong sự c ngắn mch thoáng qua  giữa đng dơy L1 47 Hình 4.3. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong sự c ngắn mch thoáng qua cách B1 80 km 50 Hình 4.4. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong sự c ngắn mch thoáng qua cách B1 50 km 52 Hình 4.5. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong sự c ngắn mch thoáng qua cách B2 50 km. 54 Hình 4.6. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong TH sự c ngắn mch thoáng qua cách B2 30km vƠ tăng ti KV 1 thêm 10% 56 Hình 4.7. So sánh kt qu mô phng TH sự c ngắn mch thoáng qua cách B1 70km và gim ti KV2 thêm 5%. 58 Hình 4.8. So sánh kt qu mô phng TH sự c ngắn mch thoáng qua cách B2 20km và phụ ti KV1 tăng thêm 5%. 61 Hình 4.9. So sánh kt qu mô phng TH sự c ngắn mch thoáng qua trên L1  giữa đng dơy, phụ ti KV1 tăng thêm 10%, phụ ti KV2 gim bt 5%. 63 [...]... máy phát làm vi c v i h th ng công suất vô cùng l n thì đi n áp đầu cực máy phát không thay đ i m i điểm làm vi c, biên đ đi n áp c a EB luôn giữ là hằng s khi máy phát b kích thích nh nh ng khi tr ng thái xác lập c a h th ng thay đ i, biên đ đi n áp EB có thể thay đ i theo Sau đơy là phân tích n đ nh nhi u nh h th ng Hình 3.2 v i mô hình máy phát d ng chi ti t  Mô hình thay th máy phát: Mô hình máy. .. vƠ đi n áp kích từ gi sử giữ không đ i (kích từ bằng tay) Phát triển mô hình không gian tr ng thái c a h th ng bằng cách t i gi n các ph d i d ng thích hợp vƠ sau đó k t hợp v i các ph ng trình mô t máy phát ng trình m ch ngoài Các thông s th i gian đ ợc đo bằng giơy, góc đo bằng đ đi n và các thông s còn l i đo bằng đ n v t Ph ng đ i ng trình mô t máy phát: s r  1 (Tm  Te  K D  r ) 2H s  ... n định của hệ thống điện chứa một máỔ phát làm việc với thanh cái có 3.1 công suất vô h n: Kh o sát đáp ng c a h m t máy phát n i v i h th ng vô cùng l n (SMIB) [1] qua đ nh h ng dơy truy n t i nh Hình 3.1 để tìm hiểu các khái ni m c b n và các ng: Hình 3.1 H m t máy phát n i v i h th ng vô cùng l n Sử dụng phép bi n đ i t ng đ ng Thevenin thu đ ợc: Hình 3.2 S đ Thevenin t ng đ ng c a h m t máy phát. .. làm vi c cơn bằng sau khi sự c P = Pm: công suất turbine (công suất đ a vƠo rotor máy phát) Pe: công suất đi n từ, n u b qua đi n tr Pe  XS: đi n kháng t Thừa s th nhất ng đ E.U X ng từ máy phát đ n thanh cái v bên ph i đ ợc gọi lƠ đ ng năng t đ i t c đ góc c a máy phát, phần còn l i gọi là th năng t ng ng v i sự thay ng ng v i sự thay đ i góc làm vi c máy phát so v i điểm làm vi c cơn bằng n đ nh... delay ngõ vào cho m t h th ng nhi u máy phát  Mô ph ng vƠ đánh giá sự n đ nh toàn cục c a h th ng nhi u máy phát sau khi sử dụng b FTDNN-PSS đi u khiển tín hi u đi n áp kích từ máy phát d thay đ i đi u ki n phụ t i vƠ các tr ng hợp sự c có thể x y ra trên đ i sự ng dơy truy n t i  Cho thấy k t qu vi c ng dụng b FTDNN-PSS vào mô hình h th ng nhi u máy phát góp phần c i thi n, nơng cao sự n đ nh toàn... máy phát làm vi c v i h th ng vô cùng l n trong đó b qua tất c các đi n tr đ ợc mô t trong Hình 3.3: Nguy n Vũ Ph ng Th o Page 14 Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh Hình 3.3 Mô hình máy phát làm vi c v i h th ng vô cùng l n Trong đó: E   E to  jX  I to : vect đi n áp trong quá trình quá đ d (3.1) X T  X  X E d (3.2) Xd’: đi n kháng quá đ c a máy phát Eto: lƠ đi n áp đầu cực máy phát. .. c u, xơy dựng ph ng pháp đi u khiển dựa trên các ph ng pháp đi u khiển c điển, hi n đ i và thông minh ng dụng phần m m Matlab để xơy dựng mô hình và mô ph ng vi c nhận  d ng vƠ đi u khiển n đ nh các máy phát thông qua b n đ nh FTDNN-PSS [2, 7]  Thi t k b đi u khiển, lập ch ng trình đi u khiển trên Matlab  Phơn tích, đánh giá dựa trên k t qu mô ph ng 1.4 Ph m vi và gi i h n nghiên cứu: Luận văn tập... (3.30) ng trình m ch ngoài: Đ i v i h SMIB, máy phát và m ch ngoài có thể mô t trong cùng h tọa đ d_q c a máy phát Đi n áp đầu cực máy phát vƠ đi n áp EB vi t trong h to đ d_q nh sau: E t  e d  je q (3.31) E B  E Bd  jE Bq (3.32) Từ Hình 3.2 có: E t  E B  ( R E  jX E ) I t (3.33) (e d  je q )  ( E Bd  jE Bq )  ( R E  jX E )(i d  ji q ) (3.34) Cân bằng phần thực và phần o Eq (3.34), thu đ... góc c a máy phát nh tăng (mất) công suất c đ t ng t trên máy phát; tăng/gi m t i đ t ng t; mất kích từ đ t ng t Sau đơy s xét các tr ng hợp này: Tr ờng h p tăng công suất c đ t ng t trên máy phát:  Gi sử t i th i điểm ban đầu vận hành điểm công suất c Pm0, công suất c đ a vƠo turbine tăng từ Pm0 lên Pm1 (Hình 2.1a) T i a do Pm1 > Pe nên rotor bắt đầu tăng t c và   0 T i điểm b, tuy có cơn bằng công... h m t máy làm vi c v i h th ng công suất vô cùng l n, hƠm năng l ợng quá đ sau khi có m t tác đ ng nhi u cho b i: V ( ,  )  1 M 2  P(   s )  Pe (cos   cos  s )  VKE ( )  VPE ( ) (2.15) 2 V i: M: hằng s quán tính c a máy phát  : góc giữa s c đi n đ ng máy phát vƠ đi n áp thanh cái Nguy n Vũ Ph ng Th o Page 12 Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh  s : góc đi n áp máy phát t . đi theo thi gian thực bằng mng nron truyn thẳng có delay ngõ vào cho mt h thng nhiu máy phát.  Mô phng vƠ đánh giá sự n đnh toàn cục ca h thng nhiu máy phát sau khi sử dụng. Hình 3.13. Mô hình h thng đin gm bn máy phát chia làm hai khu vực. 33 Hình 3.14 .Mô hình h thng đin gm bn máy phát chia làm hai khu vực trong Simulink Matlab 35 Hình 3.15. Mô hình h. Hình 3.1. H mt máy phát ni vi h thng vô cùng ln 14 Hình 3.2. S đ Thevenin tng đng ca h mt máy phát ni vi h thng vô cùng ln 14 Hình 3.3. Mô hình máy phát làm vic vi