MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SHKOPETI. (SIMULATION MODEL OF THE HYDRO POWER PLANT SHKOPETI)

Tóm tắt Các ngành năng lượng là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của nền kinh tế Anbani. Trên 90% tổng lượng điện được sản xuất bởi các nhà máy thủy điện, chủ yếu là do năm nhà máy điện quan trọng ở miền Bắc Albania. Một số các nhà máy điện đã được phục hồi với sự hỗ trợ tài chính của Ngân hàng Thế giới và các nhà tài trợ khác. Đặc điểm tình hình mạng lưới truyền tải điện của Anbani là gián đoạn thường xuyên mỗi ngày cho đến ngày này. Một kế hoạch hoạt động an toàn và đáng tin cậy trong tương lai rất quan trọng là tiền đề để có mô hình mô phỏng này, có thể mô tả các hành vi tĩnh và động của toàn bộ mạng lưới bao gồm bất kỳ yếu tố nào

MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SHKOPETI (SIMULATION MODEL OF THE HYDRO POWER PLANT SHKOPETI) Tóm tắt Các ngành lượng lĩnh vực quan trọng kinh tế An-ba-ni Trên 90% tổng lượng điện sản xuất nhà máy thủy điện, chủ yếu năm nhà máy điện quan trọng miền Bắc Albania Một số nhà máy điện phục hồi với hỗ trợ tài Ngân hàng Thế giới nhà tài trợ khác Đặc điểm tình hình mạng lưới truyền tải điện An-ba-ni gián đoạn thường xuyên Một kế hoạch hoạt động an toàn đáng tin cậy tương lai quan trọng tiền đề để có mô hình mô này, mô tả hành vi tĩnh động toàn mạng lưới bao gồm yếu tố Đóng góp trình bày bước quan trọng cho việc tạo mô hình thực tế theo định hướng nhà máy thủy điện Shkopeti Vì việc đo lường nhà máy thuỷ điện thực để có tín hiệu thời gian phản hồi thu tất phận chức quan trọng Các điểm đặt cho công suất tác dụng điểm đặt cho điện áp máy phát điện thay đổi bước suốt trình nhà máy điện hoạt động chế độ kết nối Sự vận hành chuyển tiếp nhà máy điện đo ghi lại máy tính dựa hệ thống LabVIEW với 16 kênh Trên sở tài liệu kỹ thuật sẵn có báo cáo chạy nghiệm thu mô hình tổng hợp bao gồm mô hình khác nhà máy điện phát triển Sử dụng phần mềm MATLAB / Simulink để xác định tất thông số cần thiết mô hình toán học Mô hình toàn nhà máy thủy điện bao gồm mô hình riêng biệt phần thủy lực (đường hầm dẫn nước, bể điều áp, đường ống áp lực), điều chỉnh tuabin, tuabin Kaplan, điều chỉnh điện áp ổn định hệ thống, mô hình mạng máy phát điện Các kết mô cho thấy tương ứng tốt giá trị đo mô Các mô hình tạo thực phần mô hình mạng lưới điện động An-ba-ni tìm cho ví dụ với phần mềm DIgSILENT Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Từ khoá: Nhà máy thuỷ điện, mô hình hóa, đồng hóa, mô phỏng, hệ thống điện Giới thiệu tiểu sử Tác giả Fred Prillwitz Ông sinh năm 1960 Teutschenthal, Đức Ông nhận tiến sĩ từ Đại học Rostock vào năm 1992 Ông làm luận án tiến sĩ "điều kiện vận hành mạng lưới tàu với tần số biến thiên" Bây ông thuộc đội ngũ cán khoa học Viện Điện-Điện tử trường Đại học Rostock Lĩnh vực ông bao gồm mô hình động mô hệ thống điện kỹ thuật điện cao Giới thiệu Dự án tiếp tục mô tả phần gọi hiệp ước ổn định cho Nam Đông Âu hỗ trợ ban trao đổi hàn lâm Đức Vấn đề ngành điện An-ba-ni hạn chế khả phát điện [1] Albania phải nhập 25% tổng số điện Sự gia tăng mức tiêu thụ điện, đặc biệt hộ gia đình (nấu ăn, làm mát sưởi ấm không gian,) dẫn đến mức độ cao kỹ thuật phi tổn hao kỹ thuật Đồng thời an ninh độ tin cậy nguồn cung cấp giảm Hàng ngày gián đoạn nguồn cung cấp điện thường xuyên Tình trạng tiếp tục tương lai nhà máy điện đường truyền xây dựng Các sở cũ phải tái tạo Các công ty nhà nước KESH chịu trách nhiệm việc phát truyền tải điện Để chuẩn bị kỹ thuật tất công trình xây dựng hồi phục ,điều quan trọng, có mô hình thực tế hệ thống điện Với mô hình hành vi tĩnh động động hệ thống mô hoàn cảnh khác Chỉ cách đáp ứng định đo lường thực tế để thực Trên 90% tổng lượng điện sản xuất nhà máy thủy điện Năm nhà máy thuỷ điện (Bảng 1) thuộc thác sông Drin Mát phía Bắc Albania Bảng 1: Nhà máy thủy điện An-ba-ni Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Những nhà máy thủy điện đóng vai trò chủ đạo mô hình động hệ thống điện An-ba-ni Sau mô hình mô tổng thể sử dụng nhân viên đào tạo họ mà chuyên gia cho điều tra [3]: - Khả Black Start sau Black Out - Hành vi hoạt động cô lập - Khả dự trữ lượng sơ cấp thứ cấp - Phân tích ổn định toàn hệ thống Các tác giả điều tra đặc tính động nhà máy thủy điện Shkopeti Sử dụng tài liệu mô hình mô nhà máy điện phát triển Sau thử nghiệm phù hợp với tham số mô hình ước tính Kết mô hình toán học phát triển cho thấy gần giống hành vi tương tự nhà máy điện thực Các mô hình đồng hóa tương tự thực Thụy Sĩ [4], Serbia [6] Macedonia [7] Hình 1: Albania với nhà máy điện Shkopeti Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Nhà máy thủy điện Shkopeti Các nhà máy thủy điện Shkopeti nằm phía Bắc Albania sông Mát, khoảng 25 km phía thượng nguồn từ cửa sông Mat vào biển Adriatic, xem hình hình Nó loại thủy điện đưa vào hoạt động năm 1963 với giúp đỡ Liên Xô cũ Cùng với nhà máy thuỷ điện Ulza hệ thống sông Hình 2: Hình ảnh nhà máy thủy điện Shkopeti Trong năm hoạt động nhà máy điện trì Trong thập kỷ 90 phục hồi chức nhà máy điện Shkopeti bắt đầu Nó phần gọi " dự án Phục hồi chức sông drin " (DRCRP), tài trợ nhà tài trợ quốc tế khác cho vay Chủ đề DRCRP để phục hồi chức đại hóa thiết bị khí điện hai nhà máy điện sông drin hai nhà máy điện sông Mat [2] Mục đích để tăng: - Hiệu quả, - Sản lượng sản xuất, - Tuổi đời - Sự sẵn sàng Kết nhà máy thủy điện Shkopeti thiết bị khí thuỷ điện chuyển giao công ty Áo Andritz thiết bị điện phục hồi công ty Croatia Koncar Các liệu nhà máy thủy điện Shkopeti hiển thị đây: Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH -Số đơn vị: -Loại tua bin: Kaplan -Công suất / đơn vị: 12 MW -Tốc độ thiết kế: 300 min-1 -Lưu lượng thiết kế / đơn vị: 35 m3 / s -Mạng lưới cao: 40 m -Tỷ trọng đập: 53 m, dài 90 m -Điện áp thiết kế: 10 kV Hình 3:Sơ đồ nhà máy thủy điện Shkopeti Đo lường Đề án nhà máy thủy điện Shkopeti thể hình Các phép đo thực hệ thống tuabin máy phát điện Các đơn vị khác coi tương tự Khoanh tròn tín hiệu đo Nhưng có tín hiệu điều khiển khác đo Danh sách tín hiệu tổng thể hiển thị bảng Các tín hiệu đo ghi lại máy tính dựa hệ thống LabVIEW với 16 kênh Tỷ lệ lấy mẫu 50ms Các phép đo phải thực trình chuyển đổi từ điểm làm việc ổn định đến điểm khác Những thay đổi điểm làm việc thiết lập cách thay đổi thủ công điểm đặt cho công suất tác dụng Tất thí nghiệm thực hoạt Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH động nối liền với Những thay đổi bước điểm đặt hiểu bước đầu vào cho hệ thống không rõ xác định Các quy trình: - Bắt đầu phận đồng hóa, - Tắt ngừng phận cần đo để nhận thông tin bổ sung Không thể cho phép chạy phận mà nghiên cứu hoạt động riêng biệt Cũng phương án để thực bước đầu vào đến điều khiển điện áp Tín hiệu công suất phản kháng từ máy phát không cho phép Bảng 2: Tín hiệu đo lường Mô hình nhà máy điện Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Tất tài liệu kỹ thuật có sẵn báo cáo nghiệm thu nhà máy điện nghiên cứu Sau điều tra tổng thể mô hình động nhà máy điện phát triển Hình 4: sơ đồ khối tổng quát HPP Shkopeti Sơ đồ khối mô hình hoàn chỉnh với mô hình trình bày hình Mô hình tạo cách sử dụng phần mềm Matlab / Simulink "trên đơn vị" mô hình Ký hiệu "trên đơn vị" cho phép giao diện mô hình Các tín hiệu khoanh sơ đồ khối nói chung tất mô hình đo Các vị trí điểm tín hiệu đo đóng vai trò quan trọng cách chia mô hình tổng hợp thành mô hình việc xác định khả riêng mô hình Bất nơi có thể, thông số mô hình (hằng số thời gian, độ khuyếch đại đặc điểm) lấy từ tài liệu, chúng biết đến chắn không sửa đổi Đồng hóa Đồng hóa chia vài bước Các sở để đồng hóa bảng với đo lường trạng thái ổn định điểm làm việc ổn định khác Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Với khả để xác định đặc tính thời gian độc lập phát độ lệch Đồng hóa thực theo thứ tự sau: - Xấp xỉ hàm vị trí van dẫn công suất tác dụng , - Xấp xỉ hàm vị trí chạy điện trở vị trí van dẫn , - Xác định điều chỉnh tuabin, - Xấp xỉ hàm tuabin cắt vị trí van hướng dẫn resp., vị trí chạy , - Xác định phần thuỷ lực, - Đồng hóa đặc tính thiệt hại với máy phát điện mạng lưới, - Đồng hóa ổn định hệ thống điện, - Đồng hóa điểm đặt điện áp máy phát điện với điều áp, - Thử nghiệm mô hình hoàn chỉnh với , tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu Để xác định phương pháp lỗi vuông sử dụng, xem hình Hình 5: Phương pháp nhận dạng Ít vuông Sự khác biệt bình phương đo lường mô giảm thiểu biến thiên tham số mô hình Khi xác định nhiều tham số vào thời điểm trọng số tham số thay đổi Vì thuật toán lập trình Matlab Các tham số bắt đầu lấy từ tài liệu, ước tính, kinh nghiệm Mô hình Shkopeti loại nhà máy thủy điện áp suất thấp Bởi với khoảng cách tương đối dài (khoảng 300 m) từ đập đến nhà máy nhà máy điện xây dựng với đường hầm dẫn nước, bể điều áp đường ống áp lực Điều thực tế điển Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH hình cho nhà máy thủy điện Các mô hình phần thủy lực thể hình Các quán tính nước đưa vào xem xét số thời gian (hầm dẫn nước), (bể điều áp) (đường ống áp lực) Hình 6: Mẫu phần thủy lực Tính đàn hồi nước đường ống áp lực đơn giản mô theo thời gian * Những tổn thất ma sát đại diện yếu tố (hầm dẫn nước) (đường ống áp lực) Tuabin Kaplan điều khiển vị trí van dẫn cánh gạt (tuabin mở) vị trí chạy (góc định vị cánh quạt) Các vị trí định nghĩa động servo tương ứng cung cấp điều chỉnh tuabin Mặt cắt vật lý tuabin cho thấy mặt cắt dòng nước chảy vào tuabin Chức van dẫn , chạy mặt cắt xác định từ đo lường ổn định, xem hình Đó phương trình Torricelli, công thức 1: (1) sở cho việc xác định đặc tính Trang MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Hình 7: Đặc điểm chéo tuabin mục Cuối lượng thủy lực tính toán với công thức 2: (2) Đồng thời lượng thủy lực phyd đại diện cho tín hiệu đầu vào tổn hao mô hình con, xem hình Mô hình bao gồm tất tổn hao tuabin, tổn thất ma sát vòng bi tổn thất điện máy phát điện Những tổn thất chức năng, công thức 3, xác định từ giá trị ổn định lượng thủy lực phyd công suất tác dụng máy phát điện Tín hiệu đầu tổn hao mô hình công suất tuabin Tại điểm làm việc ổn định công suất tuabin công suất tác dụng máy phát điện (3) Trang 10 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Hình Sự thất thoát mô hình Các điều chỉnh tuốc bin nhà máy điện loại Bộ điều chỉnh bao gồm hai phần, điện điện thuỷ lực, xem hình TRái tim phần điện điều khiển PID Bộ điều khiển quy định vị trí mở vane dẫn chạy Thông qua hệ thống động phụ trợ servo phần điện thủy lực van dẫn chạy di chuyển đến vị trí cần thiết Các tín hiệu đầu vào phần điện đo hoàn chỉnh Tần số lưới điện cần thiết nhà máy điện tham gia vào điều chỉnh sơ cấp Trong trường hợp phận tần số không hoạt động σP không điều chỉnh không Các điểm đặt cho cộng suất tác dụng không trực tiếp kết nối với điều khiển PID Có máy tạo song cưa nối liền với để tránh điểm đặt đột ngột Chức tín hiệu đầu điều khiển PID điểm đặt cho vị trí vane dẫn xác định từ phép đo ổn định , xem hình 10 Trang 11 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Hình 9: Mô hình điều chỉnh tuabin Hình 10: Đặc điểm vị trí van dẫn Trong cách chức điểm đặt cho van dẫn chạy xác định từ giá trị ổn định, xem hình 11 Trang 12 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Hình 11 Đặc tuyến vị trí chạy Hình 12 Mô hình điều áp Mô hình máy phát điện dựa mô hình phi tuyến tính tự thứ năm máy tính đồng [5] Mô hình đủ điều kiện để mô chế độ hoạt động kết nối máy phát điện Các tín hiệu đầu vào kích thích áp , tần số , công suất tuabin điện áp , góp mạng kết nối Điện áp góc pha kết từ phép tính lưu lượng tải mô hình mạng Các quán tính tuabin phát điện bao gồm mô hình máy phát điện Các tín hiệu đầu công suất tác dụng công suất phản kháng Các thông số máy phát lấy từ tài liệu nhà máy điện Các điều áp kiểu từ Koncar Nó xây dựng điều khiển PI-với bù công suất tác dụng bù công suất phản kháng, xem hình 12 Đầu Trang 13 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH điều khiển PI cung cấp nguồn DC, hoạt động khuếch đại DC-máy mô máy kích thích với bão hòa Việc bù công suất tác dụng không hoạt động độ khuyếch đại không chỉnh vể không Các điểm đặt cho điện áp máy phát điện tín hiệu đầu vào Thật không may tín hiệu đo Trong thí nghiệm điểm đặt không thay đổi, giá trị tính công thức (4) Trong trường hợp khác điểm đặt đổi bước, hành vi thời gian phải xác định Nói chung điểm đặt thay đổi lệnh tăng / giảm với tốc độ kiểm soát liên tục Các tín hiệu đầu vào điều áp có điện áp máy phát điện , điểm đặt điện áp nói đến , công suất tác dụng phản kháng tín hiệu từ ổn định công suất hệ thống Chỉ có tín hiệu đầu điện áp kích thích đến phát điện Các tín hiệu đầu vào ổn định công suất hệ thống tần số công suất tác dụng Chỉ có tín hiệu đầu phụ thuộc vào độ chênh lệch tần số công suất tác dụng Các tham số mô hình, xem hình 13, lấy từ tài liệu Hình 13: Mô hình ổn định hệ thống điện Mô Mọi mô hình kết nối với mô hình hoàn chỉnh nhà máy điện theo hình Trong số so sánh sau tín hiệu đo lường mô trình bày Các tín hiệu đo vẽ màu xanh lam mô tín hiệu vẽ màu đỏ Trang 14 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Hình 14 cho thấy thử nghiệm điểm đặt cho công suất tác dụng bước tăng khoảng 10% Quy trình 10 phút Sau bước công suất có thời gian chờ đợi cho ổn định điểm làm việc Điện áp máy phát điện công suất phản kháng gần số thời điểm Như thấy tương ứng tín hiệu mô đo tương đối tốt Trong Hình 15 kết hiển thị sau bước thay đổi tương đối lớn điểm đặt công suất tác dụng Sau giữ trạng thái ổn định t = 90 s, điểm đặt cho điện áp máy phát điện thay đổi bước Một tương ứng tốt đo lường mô đạt Hình 14: Đo (màu xanh) mô (màu đỏ) tín hiệu việc thay đổi SetPoint quyền lực hoạt động Trang 15 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Hình 15: tín hiệu sau bước sức mạnh 11 MW Kết luận Ngày nay, từ tình hình lượng mơ hồ Albania thành lập Việc sản xuất điện thấp, tổn hao để cao sở có cũ Vì nhiều phục hồi, làm mở rộng hệ thống điện lực cần thiết năm Nó hữu ích để có mô hình mạng tổng thể động dựa điều kiện ngày Dựa phép đo nhà máy thủy điện Shkopeti tài liệu cung cấp mô hình động nhà máy điện thiết kế xác định Các mô hình công suất thực nhà máy thực gần Mô hình thực phần mô hình động lưới điện An-ba-ni Bởi vấn đề kỹ thuật đo tất tín hiệu, có lý tưởng cần thiết cho trình đồng hóa Có tín hiệu phải xác định Các mô hình tạo có giá trị cho chế độ hoạt động liên kết với Đối với điều tra đề nghị để điều tra hoạt động bị cô lập Các hành vi tương ứng mô hình nhà máy điện khác hai chế độ hoạt động Do tình Trang 16 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH hình lưới điện An-ba-ni cách sử dụng hai mô hình cần thiết Trang 17