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

Các dao động và nhiễu lọan này sẽ giới hạn lượng công suất truyền tải của mạng điện và thậm chí gây ra mất đồng bộ trong hệ thống, có thể sẽ dẫn đến những sự cố như làm sụp đổ hệ thống đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM

*****

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI:

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM

*****

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI:

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xây dựng bộ ổn định hệ thống dùng mạng nơron cho các máy phát phục vụ cho nghiên cứu quá độ

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Phương pháp tham khảo tài liệu

- Mô hình mô phỏng

- Kiểm tra đánh giá kết quả đạt được

III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Đề tài thực hiện gồm các nội dung sau:

4 Thiết kế bộ ổn đinh hệ thống điện dùng mạng nơron 32

5 Khảo sát bộ PSS nơron và so sánh với bộ PSS Kundur 42 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Phụ lục

Chương trình mô phỏng tạo khối điều khiển nơron ổn định hệ thống điện

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối có mối quan hệ tương tác lẫn nhau rất phức tạp, tồn tại vô số các nhiễu tác động lên hệ thống Trong một hệ thống điện lớn, rotor của mỗi máy phát điện đồng bộ trong hệ thống đó quay cùng một tốc độ điện trung bình giống nhau Công suất do máy phát phát ra cung cấp đến hệ thống điện tương xứng với công suất cơ của động cơ sơ cấp, đối với trường hợp bỏ qua tốn thất công suất Quá trình vận hành ở trạng thái xác lập, công suất tác dụng ở ngõ ra của máy phát điện luôn cân bằng với công suất

cơ ở ngõ vào Khi hệ thống điện bị nhiễu lọan do sự cố hoặc thay đổi phụ tải nhanh chóng, công suất tác dụng ở ngõ ra của máy phát thay đổi theo Công suất tác dụng ở ngõ ra của máy phát có thể thay đổi nhanh chóng, nhưng công suất cơ liên quan đặt vào máy phát thì chậm thay đổi Do sự khác nhau về đáp ứng tốc độ này dẫn đến tồn tại sự khác nhau về cân bằng công suất Không cân bằng công suất này được gây ra do sự khác nhau về moment được tạo ra do trục quay, sẽ dẫn đến máy phát tăng tốc hoặc giảm tốc, phụ thuộc vào chiều hướng của sự không cân bằng khi tốc độ rotor thay đổi thì góc rotor là góc lệch tương đối giữa một trục đồng

bộ quay với tốc độ không đổi và trục rotor máy phát thay đổi theo

Các dao động và nhiễu lọan này sẽ giới hạn lượng công suất truyền tải của mạng điện và thậm chí gây ra mất đồng bộ trong hệ thống, có thể sẽ dẫn đến những sự cố như làm sụp đổ hệ thống điện và gây thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế

Ứng dụng của bộ ổn định hệ thống điện được dùng để tạo thêm các tín hiệu điều khiển

bổ sung cung cấp vào hệ thống kích từ của máy phát điện để dập tắt các dao động tần số thấp của nhiều máy phát và dao động liên vùng Phương pháp phổ biến nhất để giải quyết vấn đề này là sử dụng bộ ổn định hệ thống điện thông thường, bộ ổn định này được dùng rộng rãi trong các hệ thống điện hiện tại và nó góp phần nâng cao ổn định động của hệ thống điện Bộ

ổn định hệ thống điện thông thường đã được xác định dựa trên một mô hình hệ thống điện tuyến tính xung quanh điểm vận hành ban đầu mà các thông số của nó có thể cung cấp hiệu quả đáng tin cậy Tuy nhiên, do hệ thống điện luôn thay đổi điều kiện họat động và các thông số thay đổi theo tương ứng các họat động trong hệ thống điện Bản chất của hệ thống điện là liên tục thay đổi làm cho công việc thiết kế bộ ổn định hệ thống điện thông thường khó khăn Khi

hệ thống điện thay đổi các điều kiện vận hành thì bộ ổn định hệ thống điện thông thường yêu cầu chúng ta điều chỉnh lại các thông số của chúng

Để cải thiện hiệu quả của bộ ổn định hệ thống điện thông thường, bộ ổn định hệ thống điện mạng nơron được thiết kế dùng hai tín hiệu ở ngõ vào là độ lệch tốc độ và độ lệch công suất đưa vào bộ điều khiển nơron Bộ điều khiển nơron dùng để tạo ra tín hiệu điều khiển bổ sung đưa vào bộ phận kích từ của máy phát điện

Mạng nơron có ưu điểm là tính tóan với tốc độ, tổng hợp, năng lực học cao và ứng dụng thành công để nhận dạng hệ thống phi tuyến Tri thức của mạng nơron được hình thành qua giai đọan học theo các mẫu học Mẫu học càng tốt, càng đa dạng thì tri thức ban đầu của mạng càng gần với thực tế, tri thức của mạng vẫn có thể được bổ sung và hòan thiện trong quá trình làm việc với hệ thống điện

ổn định là tất cả các máy phát điện đồng bộ ở trạng thái đồng bộ với nhau Ở khía cạnh này, ổn định của hệ thống ảnh hưởng bởi tính động học của góc rotor và mối quan hệ góc - công suất

Để đánh giá ổn định xem xét phản ứng của hệ thống điện khi xuất hiện nhiễu lọan quá

độ Nhiễu lọan là lớn hoặc nhỏ Nhiễu lọan nhỏ như phụ tải thay đổi liên tục và hệ thống phải

tự điều chỉnh theo các thông số trên Hệ thống điện có thể phải họat động đúng theo các thay đổi trên và cung cấp công suất đầy đủ cho số lượng lớn phụ tải đó Đáp ứng của hệ thống điện tới nhiễu lọan kéo theo nhiều thiết bị tác động Ví dụ, ngắn mạch trên một phần tử sự cố được rơle bảo vệ cách ly làm sẽ làm biến đổi công suất truyền đi; tốc độ rotor máy phát và điện áp bus: điện áp khác nhau sẽ làm kích thích bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát tác động; tốc

độ của máy phát điện khác nhau sẽ kích thích bộ điều chỉnh tốc độ động cơ sơ cấp; thay đổi đường dây liên lạc các phụ tải có thể khởi động (kích thích) các bộ điều khiển; thay đổi điện áp

và tần số sẽ ảnh hưởng đến các phụ tải theo nhiều cấp độ khác nhau phụ thuộc vào các đường đặc tính riêng biệt của thiết bị

Đặc điểm của điều kiện làm việc của hệ thống điện là sự xuất hiện thường xuyên những tác động nhỏ không chu kỳ, và chính những tác động này làm cho các thông số của hệ biến đổi nhưng rất chậm và không có chu kỳ nên có thể coi như hệ thống ổn định Đó là định nghĩa ổn định tĩnh của hệ thống điện

Vì vậy, khi xét ổn định của hệ thống điện ta sẽ dùng hai phương pháp tương đương nhau: khảo sát các tác động bé hoặc các độ lệch thông số bé ở trạng thái ban đầu và sau đó đối với cả hai trường hợp

Ổn định điện áp:

Định nghĩa: Ổn định điện áp là khả năng của hệ thống điện giữ được điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong giới hạn cho phép trong các điều kiện vận hành bình thường cũng như khi có nhiễu lọan nhỏ xảy ra Ngược lại, ta nói hệ thống điện rơi vào trạng thái mất

ổn định điện áp nếu như khi có nhiễu xảy ra (sự gia tăng phụ tải, hoặc khi có sự thay đổi về điều kiện vận hành hệ thống) gây nên sự giảm nhanh và mất khả năng điều khiển điện áp Nguyên nhân chính gây ra mất ổn định điện áp là do hệ thống không thể đáp ứng được nhu cầu công suất phản kháng của tải

Trong hệ thống điện ổn định điện áp được thể hiện qua mối quan hệ giữa điện áp và công suất phản kháng V-Q Hệ thống ổn định điện áp trong điều kiện vận hành đã cho, nếu như đối với tất cả các nút trong hệ thống biên độ điện áp nút tăng lên khi công suất phản kháng bơm vào nút đó tăng lên Ngược lại, hệ thống mất ổn định điện áp nếu như có ít nhất một nút trong

hệ thống mà điện áp tại nút đó giảm xuống khi công suất phản kháng bơm vào nút tăng lên :

Một số trường hợp thường dẫn đến sụp đổ điện áp:

 Khi mà các máy phát công suất lớn gần trung tâm phụ tải tách khỏi vận hành Điều này làm cho các đường dây truyền tải cao áp bị quá tải và nguồn công suất phản kháng giảm đến mức tối thiểu

 Việc cắt một số đường dây đang mang tải sẽ dẫn đến phụ tải tăng cao ở các đường dây lân cận Điều này làm tăng tổn thất công suất kháng trên đường dây

 Khi đường dây truyền tải cao áp bị cắt ra, điện áp ở gần trung tâm phụ tải sẽ giảm xuống do nhu cầu công suất phản kháng tăng lên Điều này làm cho công suất tiêu thụ của tải giảm xuống và công suất truyền trên đường dây cao áp cũng giảm, do đó giúp hệ thống ổn định trở lại Tuy nhiên, bộ tự động điều chỉnh điện áp của máy phát sẽ nhanh chóng phục hồi lại điện

áp đầu cực máy phát bằng cách tăng dòng kích từ Lúc này công suất phản kháng truyền qua máy biến áp và đường dây tăng lên làm cho sụt áp qua các phần tử này tăng lên

 Việc sụt áp trên đường dây truyền tải cao áp sẽ ảnh hưởng đến hệ thống phân phối Máy biến áp có điều áp dưới tải sẽ phục hồi lại điện áp phân phối và tải trở về giá trị ban đầu trong thời gian 2 đến 4 phút Mỗi lần chuyển đầu phân áp, tải trên đường dây cao áp tăng lên làm tăng tổn thất trên đường dây (XI2 và RI2), điều này làm cho điện áp trên đường dây cao áp tiếp tục giảm mạnh hơn

 Với mỗi nấc chuyển đầu phân áp, công suất phản kháng phát ra từ máy phát truyền tải qua hệ thống sẽ tăng lên, dần dần các máy phát sẽ lần lượt đạt đến giới hạn khả năng phát công suất phản kháng (đặc trưng bởi dòng điện kích từ cực đại) Khi máy phát đầu tiên đạt đến kích từ giới hạn, điện áp đầu cực của nó sẽ giảm xuống Khi điện áp đầu cực máy phát giảm xuống việc giữ cố định công suất tác dụng đầu ra sẽ làm cho dòng điện phần ứng tăng lên dẫn đến giới hạn công suất phản kháng của máy phát phải giảm xuống để giữ dòng điện phần ứng trong giới hạn cho phép Do đó tải kháng sẽ được chuyển sang máy phát khác làm cho nhiều máy phát nhanh chóng bị quá tải

Nguyên nhân gây mất ổn định tĩnh và biện pháp giữ ổn định tĩnh :

Khi thay đổi chế độ làm việc của hệ thống, có thể tiến đến giới hạn của điều kiện ổn định tĩnh và được gọi là sự tiến dần đến mất ổn định của hệ thống Trong nhiều trường hợp, quá trình tiến dần này là quá trình tăng công suất tác dụng và công suất phản kháng của các phụ tải

hệ thống Lúc này góc lệch giữa rôto của một số máy phát đối với bộ phận còn lại của hệ thống

sẽ tăng lên Nếu nguồn dự trữ công suất phản kháng trong hệ thống chưa sử dụng hết thì có thể duy trì được mức điện áp bình thường Ngược lại, khi không còn dự trữ công suất phản kháng thì trong quá trình tiến dần này, điện áp sẽ giảm xuống làm tăng khả năng mất ổn định tĩnh Như vậy trị số dự trữ ổn định tĩnh có thể được kiểm tra bằng trị số các góc lệch của rôto máy phát điện và của điện áp trong hệ thống

Trong thực tế khả năng mất ổn định xảy ra khi phụ tải trong hệ thống tăng lên lúc sự cố xảy ra hoặc do đóng cắt các động cơ đã cắt ra vì ngắn mạch

Để tránh mất ổn định tĩnh, ở chế độ làm việc bình thường, góc lệch rôto của các máy phát phải được hạn chế trong giới hạn nhất định và điện áp ở các nút chủ yếu trong hệ thống không được giảm thấp hơn mức độ quy định Do đó lúc điều chỉnh chế độ làm việc của hệ thống xuất hiện những vấn đề sau:

 Quy định góc lệch giới hạn của rôto máy phát chính là giới hạn công suất truyền tải

 Quy định điện áp giới hạn theo điều kiện ổn định tĩnh ở các nút chủ yếu

Các biện pháp ổn định tĩnh của hệ thống điện :

 Dùng tự động điều chỉnh kích từ

 Hạn chế giảm điện áp ở các nút chủ yếu của hệ thống

 Hạn chế góc lệch rôto các máy phát điện

 Sa thải phụ tải theo tần số

 Dự trữ đủ công suất tác dụng và phản kháng

b) Ổn định động:

Định nghĩa: Ổn định động của hệ thống là khả năng hệ thống có thể chuyển về một chế

độ xác lập khác mà các thông số chế độ tại các nút gần với giá trị bình thường khi hệ thống chịu tác động của những biến đổi lớn tạm thời và đột ngột

Nếu hệ thống có khả năng chịu những biến đối lớn mà không mất ổn định thì cũng sẽ ổn định với những biến đổi nhỏ Do đó, lúc hệ thống đã có dự trữ ổn định động thì cũng sẽ có một

dự trữ ổn định tĩnh nào đó Nhưng cũng có ngoại lệ, trong trường hợp muốn nâng cao ổn định động người ta dùng những biện pháp đặc biệt như tự động cắt một số máy phát và điện kháng lúc sự cố

Như vậy, sự khác nhau giữa mất ổn định tĩnh và ổn định động là do sự khác nhau giữa các mức độ biến đổi (mức độ của nhiễu kích động) Tuy nhiên trong cả hai trường hợp lúc thuận lợi đều dẫn đến cùng một kết quả là giữ được thông số bình thường ở các nút của hệ thống

Khi nghiên cứu ổn định tĩnh ta đã xét tính làm việc ổn định của hệ thống trong điều kiện bình thường, nghĩa là nó chỉ tồn tại những dao động nhỏ Một hệ thống có ổn định tĩnh chưa chắc đã khẳng định được nó có ổn định động Những dao động lớn (còn gọi là đột biến) xảy ra trong hệ thống điện như cắt phụ tải đột ngột, cắt đường dây, máy phát hoặc máy biến áp đang mang tải… đặc biệt nguy hiểm là sự cố ngắn mạch các loại, trong đó ngắn mạch ba pha ít xảy

ra nhưng do tính nguy hiểm đối với ổn định nên phải xét đến khi thiết kế hệ thống điện

Mất ổn định tĩnh hoặc ổn định động thường gây nên tổn thất lớn đối với nền kinh tế quốc dân, vì sẽ dẫn đến ngừng cung cấp địên cho rất nhiều phụ tải Do đó việc tiến hành các biện pháp loại trừ hoặc hạn chế đến mức thấp nhất khả năng mất ổn định luôn luôn có lợi về mặt kinh tế

c) Ổn định trung hạn và dài hạn:

Ổn định trung hạn và dài hạn là vấn đề liên quan đến ổn định hệ thống, cần phải được xem xét, nghiên cứu và tìm lời giải các vấn đề liên quan đến đáp ứng động của hệ thống do các kích động nghiêm trọng Các kích động này làm thay đổi lớn điện áp, tần số, phân bố công suất Đặc tính thời gian của các diễn tiến và các thiết bị được kích hoạt bởi độ lệch điện áp và tần số

sẽ kéo dài khoảng vài giây (đáp ứng của các thiết bị như hệ thống điều khiển và bảo vệ máy phát) đến vài phút (đáp ứng của các thiết bị như hệ thống điều chỉnh động cơ sơ cấp và hệ thống điều chỉnh điện áp trên tải)

Trong phân tích ổn định dài hạn giả sử rằng dao động công suất của các máy phát trong

hệ thống được dập tắt, tần số của hệ thống sẽ được đồng bộ ngay sau đó Vấn đề quan tâm là hiện tượng kéo dài ra hoặc thu ngắn lại kèm theo các kích động lớn và mất cân bằng công suất trong hệ thống Các hiện tượng này bao gồm: Đáp ứng động học của các nồi hơi của các nhà máy nhiệt điện, đáp ứng động học của đường ống áp lực và cửa cống của các nhà máy thuỷ điện, hệ thống điều khiển tự động máy phát, hệ thống điều khiển và bảo vệ đường dây truyền tải, hiện tượng bảo hoà mạch từ, và ảnh hưởng tần số khác định mức đối với hệ thống tải

Đáp ứng trung hạn thể hiện sự chuyển tiếp giữa đáp ứng ngắn hạn và dài hạn Trong khảo sát ổn định trung hạn, vấn đề quan tâm là dao động công suất giữa các máy phát, tính đến ảnh hưởng của một số hiện tượng diễn tiến ngắn hơn, và có thể độ lệch điện áp và tần số lớn

 Ổn định ngắn hạn hoặc quá độ: từ 0s đến 10s

 Ổn định trung hạn: thời gian kéo dài từ 10s đến vài phút

 Ổn định dài hạn: kéo dài từ vài phút đến hơn 10 phút

Tuy nhiên cần chú ý sự khác biệt giữa ổn định trung hạn và dài hạn là trước tiên dựa vào diễn tiến được phân tích và mô hình hệ thống sử dụng, thông thường, người ta quan tâm tới dao động giữa các máy phát và dao động quá độ hơn là thời gian duy trì diễn tiến

Nói chung, các vấn đề ổn định trung hạn và dài hạn có thể do đáp ứng không thỏa mãn của các thiết bị, sự phối hợp kém giữa các thiết bị điều khiển và bảo vệ, và thiếu dự trữ công suất

II_LÝ THUYẾT MẠNG NƠRON

1 Các khái niệm cơ bản của mạng nơron nhân tạo (Artificial Neural Networks – ANN):

Bộ não con người có khỏang 1011 - 1012 nơron Mỗi nơron có thể liên kết với 104 nơron khác thông qua các khớp nối (dendrite) Các nơron nhận tín hiệu điện từ các khớp nối và khi sự tổng hợp của các tín hiệu này vượt quá một ngưỡng cho phép thì nơron sẽ kích họat một tín hiệu điện ở ngõ ra để truyền tới trục nơron (axon) và dẫn đến các nơron khác

Mạng nơron nhân tạo cũng họat động dựa theo cách thức của bộ não con người nhưng ở cấp độ đơn giản hơn

Mạng nơron là sự tái tạo bằng kỹ thuật những chức năng của hệ thần kinh con người Mạng nơron gồm vô số các nơron liên kết với nhau như hình sau

Hai đặc tính cơ bản của mạng nơron là:

 Quá trình tính tóan được tiến hành song song và phân tán trên nhiều nơron gần như đồng thời

 Tính tóan thực chất là quá trình học, chứ không phải theo sơ đồ định sẵn từ trước

Mạng Nơron là mạng mà được xây dựng bằng cách sao chép lại các nguyên lý tổ chức của

hệ Nơron con người Nơron được tổ chức có cấu trúc vào khoảng 200 mô hình khác nhau dưới dạng nhiều lớp Cấu trúc cơ bản của một nơron trong hệ Nơron con người gồm có đó là các đầu vào (input) thân Nơron và đầu ra (output) Thân Nơron là phần tử xử lý có chức năng thu thập tất cả các thông tin từ các đầu vào tính toán và đưa ra các quyết định ở ngõ ra để gửi tín hiệu đến các Nơron khác

Mỗi nơron có nhiều input nhưng chỉ có một output, từ output này mới rẽ nhánh đưa thông tin đến các nơron khác Trong mạng nơron nhân tạo, tín hiệu truyền từ nơron này đến nơron khác là tín hiệu điện áp Có hai loại tín hiệu điện áp đó là điện áp dương và điện áp âm Điện áp dương được xem như là tín hiệu kích động (excitory) để kích động neural gửi tín hiệu đến các nơron khác và điện áp âm được xem như là tín hiệu ức chế (inhibitory) để ức chế nơron gửi tín hiệu đến các nơron khác Khi điện áp là zero thì không có sự liên lạc giữa hai nơron

Cũng giống như hệ nơron con người, mạng nơron nhân tạo bao gồm lớp đầu vào, các lớp

ẩn và lớp nơron đầu ra Trong mạng, đầu ra của nơron này kết nối với đầu vào của nhiều nơron khác hoặc kết nối với đầu vào của nơron chính nó Cường độ các kết nối xác định lượng tín hiệu truyền đến đầu vào Giá trị của cường độ kết nối được gọi là trọng số Trong thời gian hệ tiếp xúc với một vài đối tượng, một số phần tử cảm biến bị tác động, cường độ kết nối của một

số nơron thích hợp trong hệ sẽ được gia tăng nhằm cung cấp thông tin về đối tượng mà hệ tiếp xúc và đưa ra các quyết định ở lớp đầu ra Quá trình này được gọi là quá trình học, sự thay đổi của các trọng số trong quá trình này gọi là luật học

- xr là đầu ra của nơron thứ r hoặc đầu vào từ môi trường bên ngoài

- wi,j là trọng số kết nối giữa nơron thứ i và nơron thứ j

- b là một hằng số được gọi là ngưỡng phân cực (Bias) Ngưỡng là 1 giá trị biên độ

độ lệch, nó ảnh hưởng đến sự kích hoạt của ngõ ra theo công thức

b

W

X

- yilà đầu ra của nơron thứ i

- f là hàm kích hoạt (activation function): hàm xử lý tín hiệu ngõ ra

n

1

j

2 j

  X W (X W) b

ρ

1θw

xρ

1

n

1 j

2 j j

+ Hàm truyền (hàm kích hoạt, hàm hoạt động)

Hàm truyền của nơron được biểu diễn bởi hàm f(x) Nó định nghĩa tín hiệu output của nơron nếu tính hiệu input đã được biết trước Tác dụng của hàm truyền là làm cho các tín hiệu nhập gần với tính hiệu xuất chuẩn

Có các loại hàm hoạt động sau: có nhiều loại hàm truyền nhưng ở đây chỉ giới thiệu một

số hàm thông dụng trong bảng 1.1

Bảng 2.1

Loại hàm Phương trình Hình vẽ Hàm tuyến tính F(x)=x Hình 3.4

0 x1,

Hình 3.5

e)

x(F

x(

Hình 2.2: Hình dáng 1 số hàm truyền thông dụng

+ Tốc độ dạy n (Hệ số dạy): Đây là thông số khá quan trọng trong mạng, giá trị của nó

quyết định đến kết quả của quá trình huấn luyện Nếu n lớn thì quá trình tính toán nhanh nhưng giá trị cực trị toàn cục sẽ không tìm được, ngược lại, nếu n bé thì cực đại toàn cục có thể tìm được nhưng số bước tính toán lại rất nhiều Để quá trình tính toán đạt được hiệu quả người ta thường lấy giá trị của n trong khoảng: 0.1 < n < 1

+ Trọng số: Giá trị kết nối giữa hai nơron trong mạng nơron gọi là trọng số, chúng có thể

điều chỉnh được Khi các tín hiệu được đưa vào nơron để xử lý thì nó được nhân với hệ số ảnh

hưởng của mạng giữa hai lớp, gọi là hệ số trọng số w và sau đó được biến đổi bởi hàm phi

tuyến (hàm truyền)

2 Cấu trúc và phân loại mạng Nơron

Thành phần quan trọng thứ hai của các mạng Neural là mô hình kết nối Mô hình kết nối

của các mạng Neural nhân tạo dựa vào cấu trúc có thể được chia ra làm các loại: Mạng nuôi

tiến và mạng nuôi lùi, mạng một lớp và mạng nhiều lớp

2.1 Mạng nuôi tiến và mạng hồi quy

Mạng nuôi tiến (feedforward network) là mạng được xây dựng bằng cách đầu ra của

neural ở lớp đứng trước chính là đầu vào của các neural ở lớp sau nó

Mạng hồi quy (feedback network) là mạng được xây dựng khi các đầu ra được định

hướng lùi về làm đầu vào cho các neural cùng lớp hoặc các neural ở lớp trước nó Nếu mạng

nuôi lùi mà các đầu ra của các neural ở lớp đầu ra là các đầu vào của các neural ở lớp đầu vào

thì được gọi là mạng Recurrent hay còn gọi là mạng hồi quy vòng kín

Hình 2.3 Cấu trúc mạng truyền thẳng và mạng hồi quy

2.2 Thuật toán huấn luyện thì ta chia mạng Neural thành các loại sau:

Mạng học hỏi có giám sát

Cho tập các dữ liệu vào – ra: {x1,d1}, {x2,d2}, {xr, dr}

Ban đầu các trọng số của mạng được chọn bất kỳ, khi có ngõ vào mạng xr, ngõ ra của

mạng yr được so sánh với ngõ ra mong muốn dr Luật học này dựa vào sai số er = dr – yr hiệu

chỉnh trọng số và ngưỡng phân cực của mạng để đưa ngõ ra về gần với mục tiêu mong muốn

Mạng Neural

w

Sai số

Hình 2.4 Mô hình mạng huấn luyện có giám sát

Đầu ra mong muốn d

đầu ra thực tế y đầu vào x

Thuật toán này dùng để điều chỉnh sự khác nhau giữa các ngõ ra thực tế và ngõ ra mong

muốn tương ứng từng mẫu đưa vào Ví dụ như qui tắc delta do Windrow và Hoff đưa ra vào

năm 1960, thuật toán giải thuật lan truyền ngược (backpropagation) do Rumelhart và Mc

Clellan đưa ra năm 1986, thuật toán vecto học hỏi do Kohonen đưa ra năm 1989

Mạng học hỏi không giám sát

Trọng số và ngưỡng phân cực chỉ được hiệu chỉnh đối với ngõ vào Thuật toán này không

đòi hỏi cần biết trước ngõ ra yêu cầu Trong quá trình huấn luyện các mẫu nhập đưa vào mạng

và thuật toán tự điều chỉnh các trọng số kết nối, các mẫu nhập có đặc điểm tương tự sẽ ở trong

cùng một lớp Ví dụ như thuật toán học hỏi cạnh tranh ATR của Carpenter và Grossberg đưa ra

vào năm 1988

Mạng học hỏi có điều chỉnh

Thuật toán học hỏi có điều chỉnh sử dụng tiêu chuẩn đánh giá các đặc điểm tốt của output

mạng tương ứng và input đưa vào Ví dụ như thuật toán Gen do Holland đưa ra năm 1975

w

đầu ra thực tế y đầu vào x

Hình 2.6 Mô hình huấn luyện có điều chỉnh

Mạng Neural

w

Tín hiệu Hồi tiếp

Đầu ra thực tế y Đầu vào x

Tín hiệu tăng cường

III_BỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN (POWER SYSTEM STABILIZER)

1 Ổn định của hệ thống điện chứa một máy phát làm việc với thanh cái có công suất

vô hạn:

Khảo sát đáp ứng của hệ một máy phát nối với hệ thống vô cùng lớn (SMIB) qua đường dây truyền tải như hình 3.1 để tìm hiểu các khái niệm cơ bản và các ảnh hưởng:

Hình 3.1 Hệ một máy phát nối với hệ thống vô cùng lớn

Sử dụng phép biến đổi tương đương Thevenin ta được:

Hình 3.2 Sơ đồ Thevenin tương đương của hệ một máy phát nối với

1.1 Mô hình thay thế máy phát:

Mô hình máy phát làm việc với hệ thống vô cùng lớn trong đó bỏ qua tất cả các điện trở được mô tả trong hình 3.3:

Trong đó: EEtojXd I.to : vectơ điện áp trong quá trình quá độ

XT  Xd  XE

Xd’: điện kháng quá độ của máy phát

Eto: là điện áp đầu cực máy phát trước khi xảy ra kích thích

T B T

B O to

jX

)sinj(cosEEjX

E0E

T B ' t ' ' ' '

X

)cosEE(EjX

sin.E.EIEjQP

X

E.E

Tuyến tính hóa (2.1) với điều kiện làm việc ban đầu 0 thu được:

)(cosX

E.ET

T

T B

' e

Với : r - độ lệch tốc độ ở đơn vị tương đối

 - góc lệch rôto so với thanh cái vô cùng làm chuẩn (radian điện)

 - Độ lệch góc rotor (electrical rad - Độ điện)

0

 - tốc độ điện rôto (rad/s)

p - toán tử vi phân d/dt với t tính bằng giây (s)

H - Hằng số quán tính (MWs/MVA)

EB

Hình 3.3Mô hình máy phát làm

việc với hệ thống vô cùng lớn

Với : KS - hệ số moment đồng bộ: 0

T B '

X

E.E

r

T 0 H 2 1 0

H 2

K H

2

K dt

Hình 3.4 Sơ đồ khối khảo sát máy phát dùng cho đáp ứng nhiễu nhỏ

.KH

S

0

T s

K K H 2

1

0 0

S D

2

T H 2 ) ( H 2

K ) ( s H 2

K )

(

s             (s - Toán tử laplace)

Do đó phương trình đặc tính cho bởi:

0 H

2

K s H 2

1

s O

Te





Đây là khâu dao động bậc 2 dạng: s2  2n.sn2  0, có :

- Tần số dao động tự nhiên :

H 2

D n

D

H2K

K2

1H

2

K2

1

r 0

Chọn EB làm chuẩn, giản đồ điện áp máy phát trong hệ tọa độ d_ q được vẽ ở hình 2.5:

Hình 3.5 giản đồ điện áp máy phát trong hệ tọa độ d_ q Phương trình động học của mạch kích từ:

fd fd fd

adu

fd fd

fd fd

L

R )

i.

R e (

L

L i L i

L i L

fd

fd d ads ad

fd fd

ads d ads fd

ads d ads ad

ads

L

1 L

1

1 L

L ( i R i

R

ed   a d  q   a d  l q  aq (3.21)

) i

L ( i R i

fd



aq



Phương trình mạch ngoài :

Đối với hệ SMIB, máy phát và mạch ngoài có thể mô tả trong cùng hệ tọa độ d_q của máy phát Điện áp đầu cực máy phát và điện áp EB viết trong hệ toạ độ d_q như sau :

q d

Bq Bd

Từ hình 3.2 ta có:

t E E B

E   



 je ) e

( d q ( EBd jEBq)  ( RE jXE)( id  jiq) (3.25) Cân bằng phần thực và phần ảo Eq (3.25), thu được:

Bd q E d E

Bq d E q E

Với : EBd  EBsin  ; EBq  EBcos 

Từ (3.17), (3.19), (3.21), (3.22), (3.26) và (3.27) ta thu được dòng điện Id và Iq diển tả theo biến trạng thái fd và  là:

D

sinERcosE)LL

L(X

i

B T B

fd ads

ads fd

Tq d

L(R

i

B Td B

fd ads

ads fd

T q

Td Tq 2

Phương trình mô tả hệ thống tuyến tính hóa :

Trong khảo sát ổn định nhiễu nhỏ, các biểu thức (3.28) và (3.29) có thể viết lại :

fd 2 1

ads T

2

fd ads

ads Tq

2

0 Td 0 T B 1

0 T 0 Tq B 1

LL

LD

Rn

LL

LD

Xm

D

cosXsin

REn

D

cosRsinXEm

fd d ads

L

1L

 aq Laqs iq m2Laqs. fd n1Laqs (3.35)

Tuyến tính hóa Eq(3.16) và thay adtừ Eq(3.34) cho ta:

fd

ad fd

L

1L

mL

L1L

1L

 Dạng tuyến tính hóa của Eq(3.20) là:

aq do d ado ad qo q ado

0 fd

' ads 0

' ads 0 aq 2 0 aqs 0 ad 2

L

L)iL(

m)iL(

32 11

fd r

33 32 21

13 12 11

fd

r

ETb

0

00

0b

aa0

00a

aaa

K

H2

K

H2

' ads fd

fd 0

L

L1LR

H 2

1

ads

fd 0 32 L

R

 ; 'ads  adsads fdfd

L L

L L L



Tm và Efd phụ thuộc vào công suất cơ đầu vào và điều chỉnh kích từ Nếu công suất

cơ không đổi thì Tm = 0, và điện áp đầu ra bộ kích từ không đổi thì Efd = 0

 Giản đồ khối của hệ thống:

pT 1

L

L T K a

qo do qs qo a qo do aqs

Trong đó Eq0 là giá trị trước khi có tác động nhiễu sau tổng trở (Ra+jXq)

 q dqo qo

ads aqs qo

aqs aqo  L  i   L  L  i   X  X  i

Thay n1, m1 từ Eq(3.33), suy ra:

qo B 0 Td 0 T qo

B

D

iEcos

XsinR

R[LL

L

qo

' d q Tq qo

T fd ads

X1[LLR

])LL(

L.L.)LL(

L.D

XLL

L1[L

Ra

d ' d Tq fd

ads

fd o

fd ads

fd ads fd

ads

ads Tq

fd ads ads fd

fd o 33

T 1

1

L

L L

' d d Tq adu

fd ads 3

X 1

' T )

X X ( D

X 1

1

R

L L

d d Tq dos

d ' d Tq fd

o

fd ads 3

fd ads

fd ads o T o Tq fd

B fd o 32

L L

L L ) cos R sin X ( D L

E R a

E L L

L L

fd ads

ads adu

'XX(D

E

K B d d Tq o T o

4      (3.54)

1.3 Ảnh hưởng sự thay đổi từ thông kích từ lên ổn định:

Từ sơ đồ khối hình 3.7, khi điện áp kích từ bằng hằng số (Efd 0), sự thay đổi từ thông kích từ do mạch hồi tiếp tín hiệu   qua hệ số K4 Điều này thể hiện hiệu ứng khử từ

Sự thay đổi moment khe hở do sự thay đổi từ thông kích từ gây ra bởi sự thay đổi góc rotor máy phát :

K K K

K K K

 T j

K K K 3

4 3 2

Do đó, thành phần moment khe hở do sự thay đổi  fdsẽ vượt trước   một góc 90o

hay cùng pha với   Vì vậy, fdtạo ra thành phần cản dương

c) Ở tần số dao động đặc trưng khoảng 1Hz (2 rad/s)  fd tạo ra thành phần môment cản dương và thành phần môment đồng bộ âm Ảnh hưởng thực là giảm thành phần môment đồng

bộ và tăng thành phần moment cản

Hình 3.8: Môment cản dương và môment đồng bộ âm theo K2 fd

và tạo ra dao động tắt dần âm

q d

E    E2t e2d e2qTrong khảo sát nhiễu nhỏ có thể viết: (Et0 +  Et)2=(ed0 + ed)2+ (eq0 +  eq)2

Bỏ qua các số hạng bậc 2, phương trình trên viết lại:

Et0. Et= ed0.ed+ eq0 eq  q

to

qo d to

do

E

eeE

0 1 aqs 1 1 1 a 0 t

0

E

enLnLmRE

0 2 aqs 2 I 2 a 0 t

0

L

1 L m L n R E

e n L n L m R E

e

Với mục đích khảo sát và làm sáng tỏ ảnh hưởng của hệ thống kích từ đối với ổn định nhiễu nhỏ, chúng ta sẽ mô hình hệ thống kích từ như hình 3.9 Đây chính là hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển nguồn áp loại ST1A Tuy nhiên đã được đơn giản hóa chỉ có khối khuyếch đại kích từ KA và không có khối khuyếch đại quá độ hay khối hồi tiếp đạo hàm như trong sơ đồ đầy đủ Hệ số TR chính là thời hằng của khối biến đổi tín hiệu điện áp đầu cực máy phát

Hình 3.9 Mô hình hệ thống kích từ khi khảo sát ổn định nhiễu nhỏ

Từ khối 1 hình 3.9, ta có:

t R

pT 1

Thay  Et từ Eq(3.56), thu được:

R fd R 6 R

5

T

1T

KT

Kv

r 31

Bộ biến đổi điện áp đầu cực

R

sT 1

Với : A

adu

fd 0 A

32

L

R K

r 41

5 42 41

T

K a , T

k a , 0

Vì pr và p  không ảnh hưởng trực tiếp bởi bộ kích từ nên : a14a24 0

Mô hình không gian trạng thái đầy đủ bao gồm hệ thống kích từ có dạng :

m 1

1 fd r

44 43 42

34 33 32 21

13 12 11

1 fd

r

T 0 0 0 b

v a

a a 0

a a a 0

0 0 0 a

0 a a a

Hình 3.10 Sơ đồ khối chứa AVR

Với Gex(s) mô tả hàm truyền của AVR và bộ kích từ Đối với kích từ Thyristor, Gex(s)

 r

+

+ _