xây dựng mô hình phi tuyến của các phần tử trong hệ thống điện ứng dụng trong khảo sát quá độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHI TUYẾN CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ỨNG DỤNG TRONG KHẢO SÁT Q ĐỘ S K C 0 9 MÃ SỐ: T62 - 2008 S KC 0 2 Tp Hồ Chí Minh, 2009 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 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: XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHI TUYẾN CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ỨNG DỤNG TRONG KHẢO SÁT QUÁ ĐỘ MÃ SỐ: T62 - 2008 Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Hoàng Minh Thành viên NC: KS Nguyễn Thò Mi Sa THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 8/ 2009 KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 A PHẦN GIỚI THIỆU KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Việc nghiên cứu xử lý q trình q độ hệ thống điện (HTĐ) có giá trị quan trọng để nâng cao độ tin cậy tính ổn định chế độ vận hành mạng Tất khó khăn việc điều khiển HTĐ liên quan đến tính phức tạp chế độ điều khiển, thiếu vắng mơ hình tốn học chặt chẽ mơ hình phần tử hệ thống điện Việc sử dụng mơ hình truyền thống gồm thành phần tuyến tính tỏ khơng hiệu khơng thuận lợi, đặc biệt xét đến ảnh hưởng thành phần phi tuyến trạng thái q độ tần số cao Vì vậy, việc đề mơ mơ hình tốn phần tử lưới điện cần thiết Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu, đề mơ mơ hình phi tuyến phần tử lưới điện nhằm nâng cao độ xác nghiên cứu tính tốn II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Máy biến áp - Máy cắt III TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC Các tài liệu nghiên cứu mặt lý thuyết mơ hình phi tuyến máy biến áp máy cắt Chưa xây dựng mơ hình phi tuyến phần tử Matlab KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 MỤC LỤC A PHẦN GIỚI THIỆU - Tính cấp thiết đề tài - Đối tượng nghiên cứu - Tình hình nghiên cứu ngồi nước - Những vấn đề tồn - Mục lục B PHẦN NỘI DUNG - Mục đích nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG Tổng quan q trình q độ I Khái niệm II Phương pháp giải tốn q độ CHƯƠNG Tổng quan phần tử hệ thống điện I Giới thiệu chung II Mơ hình máy biến áp 12 III Mơ hình máy cắt 24 CHƯƠNG Thơng số mơ hình phần tử hệ thống điện q độ 26 I Giới thiệu chung 26 II Các thơng số mơ máy biến áp 26 III Các thơng số mơ máy cắt 33 CHƯƠNG 4: Mơ hình phi tuyến 38 I Mơ hình máy cắt 38 KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 II Mơ hình máy biến áp 42 C PHẦN KẾT LUẬN 47 Tài liệu tham khảo 49 KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 B PHẦN NỘI DUNG KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu sở lý thuyết xây dựng mơ hình phi tuyến phần tử hệ thống điện phục vụ cho nghiên cứu q độ II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: - Phương pháp tham khảo tài liệu - Mơ hình mơ - Kiểm tra đánh giá kết đạt III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH Q ĐỘ KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 I.KHÁI NIỆM CHUNG: Ngồi kích động nhỏ thường xun có tính chất ngẫu nhiên, hệ thống điện có kích động lớn diễn đột ngột làm cân cơng suất, phá hoại tính ổn định hệ thống Những kích động lớn phải kể đến cố ngắn mạch, sét đánh làm ngắt đột ngột đường dây, thao tác cắt máy biến áp cung cấp có tải đưa sữa chữa… Các tượng q hệ thống điện có tần sơ từ Hz đến vài MHz Sự tương phản tạo dao động điện máy điện quay (nghiên cứu tính ổn định q độ) q độ điện từ Q độ điện từ xảy thang thời gian từ s tới vài chu kỳ, chúng kết hợp sóng lan truyền đường dây, cáp, dao độn phần tử tập trung sơ đồ mạch điện máy phát, máy biến áp thiết bị khác Do biến thiên đột ngột dòng cơng suất phân bố lưới, cơng suất máy phát thay đổi đột ngột, chí giảm xuống đến (chẳng hạn, ngắn mạch pha đường dây nối máy phát với hệ thống) Khi trạng thái cân moment quay máy phát bị phá vỡ, xuất gia tốc làm thay đổi mạnh góc lệch roto Q trình q độ diễn ổn định hay khơng ổn định phụ thuộc vào mức độ kích động Tính ổn định hệ thống trường hợp gọi ổn định động, hay gọi ổn định q độ (Transient Stability) Về chất, ổn định động thể đặc tính q trình q độ chuyển từ trạng thái hệ thống từ điểm cân sang điểm cân khác Để nghiên cứu ổn định động cần phải phân tích mơ tả q trình q độ cách dựa vào hệ phương trình vi phân mơ tả q trình q độ, có mơ hình ứng dụng khác mơ tả hệ thống: mơ hình đơn giản bỏ qua ảnh hưởng q trình q độ bên phận tự động điều chỉnh mơ hình đầy đủ xét đến cấu trúc cụ thể thiết bị Mỗi trường hợp áp dụng phương pháp phân tích riêng để phân tích ổn định động Sự lựa chọn hợp lý phương pháp nghiên cứu cho phép đánh giá đơn giản đặc trưng q trình q độ * Ảnh hưởng q trình q độ đến hệ thống điện Q trình q độ thường diễn sau cố thao tác đóng cắt phần tử mang cơng suất (những kích động lớn) Trong vài trường hợp diễn q trình q độ với thơng số hệ thống biến thiên mạnh, sau tăng trưởng vơ hạn giảm KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 Phƣơng trình Schwarz: dg d ln g   a g dt dt g Với  vi   b  1  Pg  g: Điện dẫn hồ quang v: Điện áp hồ quang i: dòng điện hồ quang  : thời gian hồ quang khơng đổi P: số làm mát a: thơng số ảnh hưởng đến điện dẫn phụ thuộc  b: thơng số ảnh hưởng đến điện dẫn phụ thuộc P KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 36 (3.22) Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 CHƯƠNG VI : MƠ HÌNH CÁC PHẦN TỬ KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 37 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 I MƠ HÌNH MÁY CẮT: Mơ hình Mayr: Dựa phương trình Mayr ta dùng khối cơng cụ DEE (Diffenrental Equation Editor) để xây dựng nên mơ hình máy cắt hồ quang Mayr ứng dụng để khảo sát ngắn mạch phương trình sau: dx(1) u (2)  e x (1) u (1)    1  dt tau  P  y  e x (1) u (1) (4.1) Tương ứng với d ln g u (2)  gu    1  dt   P  i  gu Với (4.2) u(1): giá tri đầu vào khối DEE điện áp hồ quang :u u(2): giá tri đầu vào khối DEE miêu tả trạng thái máy cắt Khi máy cắt đóng u(2)= 0, máy cắt mở u(2) = x0: giá trị ban đầu điện dẫn hồ quang : g(0) x(1): giá trị ln nghiệm phương trình ln(g) y: giá trị đầu khối DEE giá trị dòng điện hồ quang i Thơng số P mơ hình phụ thuộc vào thời gian  KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 38 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 Mơ hình Cassie: Tương tự mơ hình Mayr, dựa phương trình Cassie ta xây dựng nên mơ hình máy cắt hồ quang Cassie ứng dụng để khảo sát ngắn mạch với thơng số mơ sau: Thơng số UC phụ thuộc vào thời gian  hồ quang Mơ hình Habedank: Kết hợp phương trình Cassie Mayr ta xây dựng nên mơ hình có độ xác cao để khảo sát q độ hệ thống Các thơng số mơ hình Habedank sau: KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 39 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 Tương tự hai mơ hình thơng số U P xác định từ thí nghiệm KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 40 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 Các thơng số phụ thuộc vào thời gian  Thực nghiệm mơ hình: Ta tiến hành mơ đóng cắt hệ thống dùng mơ hình máy cắt lý thưởng mơ hình Habedank kết hợp hai phương trình Cassie Mayr 4.1 Sơ đồ hệ thống đóng cắt với máy cắt lý tưởng 4.2 Đáp ứng điện áp dòng điện ngõ với máy cắt lý tưởng KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 41 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 4.3 Sơ đồ hệ thống đóng cắt với máy cắt lý tưởng máy cắt hồ quang Áp máy cắt hồ quang Áp máy cắt lý tưởng 4.4 Đáp ứng điện áp dòng điện ngõ với máy cắt lý tưởng máy cắt hồ quang II MƠ HÌNH MÁY BIẾN ÁP: KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 42 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 Dựa phương trình nêu ta xác định thơng số mach tương đương máy biến áp hai cn dây Việc xây dựng cho sơ đồ máy biến áp ba cuộn dây tương tự 4.5 Sơ đồ tương đương pha máy biến áp Tiến hành mơ so sánh dòng đáp ứng mơ hình máy biến áp lý tưởng mơ hình máy biến xây dựng 4.6 Sơ đồ mơ máy biến áp lý tưởng KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 43 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 4.7 Đáp ứng ngõ máy biến áp lý tưởng 4.8 Sơ đồ mơ máy biến áp KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 44 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 4.9 Đáp ứng ngõ máy biến áp xây dựng KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 45 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 C KẾT LUẬN KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 46 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 I TĨM TẮT CƠNG TRÌNH Thơng qua thời gian thự đề tài ― XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHI TUYẾN CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ỨNG DỤNG TRONG KHẢO SÁT Q ĐỘ‖, nhóm nghiên cứu đã thực hiê ̣n nội dung nghiên cứu sau: - Tìm hiểu mơ hình phần tử hệ thống điện - Tìm hiểu xây dựng mơ hình máy cắt dựa phương trình hồ quang điện - Đề xuất thay mơ hình máy cắt hồ quang phân tích q độ đóng cắt Nó có ưu điểm cho kết mơ xác cao - Đề xuất mơ hình máy biến áp có ưu điểm mạch điện tương đương xét đến cấu trúc máy, điện dung vòng dây cao áp, thấp áp cao áp thấp áp - Mơ hệ thống điều khiển đề xuất mơi trường Matlab Simulink II TỰ NHẬN XÉT Do thời gian có hạn nên nhóm nghiên cứu chưa xây dựng tất mơ hình phần tử số lượng mơ hình chưa đa dạng để phục vụ cho điều kiện mơ khác Song nhóm nghiên cứu thu kết sau: Giá trị lý luận: Nhóm nghiên cứu nêu sở lý thuyết, mơ hình tốn học máy biến áp máy cắt Qua nhóm nghiên cứu tính tốn xây dựng mơ hình phi tuyến máy biến áp máy cắt phục vụ cho việc mơ phỏng, nghiên cứu tính tốn q độ hệ thống điện Kết đề tài áp dụng để mơ phỏng, tính tốn nghiên cứu q trình q độ hệ thống điện Giá trị thực tế: Kêt đề tài tài liệu cho sinh viên nghiên cứu q độ hệ thống điện Ngồi nguồn tài liệu tham khảo cho giáo viên nhà nghiên cứu quan tâm III HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trong tương lai, đề tài phát triển theo hướng sau: - Xây dựng mơ hình máy cắt phù hợp cho điều kiện đóng cắt khác KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 47 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường - T62 -2008 Ước lượng trực tiếp thơng số máy biến áp cách xác dựa thơng số thực tế xác cấu trúc máy xây dựng mơ hình hồn thiện KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 48 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T62 -2008 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lâm Du Sơn, Mơ hình hóa phần tử phi tuyến nghiên cứu q trình q độ điện từ hệ thống điện, Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh – 1998 [2] J A Martinez, R Walling, B A Mork, J Martin-Arnedo, Parameter Determination for Modeling System Transients—Part III: Transformers, IEEE Transactions On Power Delivery - 2005 [3] J A Martinez, J Mahseredjian, and B Khodabakhchian, Parameter Determination for Modeling System Transients—Part VI: Circuit Breakers, IEEE Transactions On Power Delivery - 2005 [4] P.H.Schavemaker, Arc Model Blockset, Delft University of Technology – 2002 [5] Niklas Gustavsson, Evaluation and Simulation of Black-box Arc Models for High Voltage Circuit-breaker - 2004 KS Nguyễn Hồng Minh KS Nguyễn Thị Mi Sa Trang 49 S K L 0 [...]... mô hình các phần tử trong hệ thống điện nói chung và máy biến áp nói riêng luôn được đặt ra trong bài toán phân tích hoạt động của hệ thống trong các trạng thái làm việc bất thường Các mô hình này đòi hỏi phải đáp ứng các yêu cầu về các tính chất của các phần tử thay đổi phụ thuộc vào tần số Trong thực tế vận hành của hệ thống điện không chỉ có các phần tử hữu tuyến tác động mà cong có các thành phần. .. thành phần phi tuyến tác động và giá trị của chúng thay đổi tùy thuộc theo tần số Đây chính là một điểm khó khăn cho việc mô hình hệ thống một cách chính xác Ơ mỗi trạng thái quá độ tính chất của các phần tử trong hệ thống điện nói chung thay đổi tùy thuộc vào tần số do đặc tính của các phần tử phi tuyến Để có thể phân tích hệ thống một cách chính xác người ta tiến hành mô hình hóa các phần tử ở các tần... trọng bởi trong quá trình mô phỏng hệ thống điện các thông số và đặc tính của từng loại máy biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ thống cũng như trạng thái hệ thống trong quá trình hoạt động Việc xây dựng mô hình máy biến áp đã được đặt ra từ rất lâu và được quan tâm đặc biệt bởi yêu cầu tính toán và thiết kế trong hệ thống điện trong bài toán giải tích hệ thống mạng điện Nhiều mô hình máy... trên hệ thống Trên thực tế ta đã biết trong quá trình vận hành hệ thống điện luôn xảy ra các hiện tượng bất thường trên hệ thống phá vỡ trạng thái cân bằng của hệ thống đòi hỏi phải được phân tích đánh giá cẩn thận Các mô hình đã nêu chỉ đáp ứng được cho việc tính toán hệ thống điện ở chế độ xác lập nên không thể khái quát được các trạng thái của thiết bị và hệ thống điện Chính vì vậy việc phát triển mô. .. vào đặc tính của CB Mô hình này dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của hồ quang điện với hệ thống - Mô hình 3: Đây là mô hình tối ưu nhất, CB được trình bày dưới dạng một điện trở biến thiên Mô hình có thể biểu diễn ảnh hưởng của hồ quang với hệ thống và ảnh hưởng của hệ thống lên hồ quang Mô hình dùng để nghiên cứu các sự cố ngắn mạch và khi đóng cắt dòng điện cảm ứng có giá trị rất nhỏ II MÔ HÌNH MÁY BIẾN... Nhiều mô hình chi tiết kết hợp các đặc tính phi tuyến của lõi có thể đạt được bằng cách sử dụng nguyên tắc tính đối ngẫu hình học Topo dựa trên mô hình từ Các mô hình này thích hợp với mô phỏng quá độ chậm và quá độ tần số thấp - Các mô hình đã nêu không đề cập đến sự phụ thuộc vào tần số do đó không thể dùng để biểu diễn cho máy biến áp ở tần só cao Mô hình phụ thuộc tần số có thể chia làm hai loại : mô. .. thông thường tại các trạng thái : quá độ tần số thấp và quá độ tần số cao II CÁC THÔNG SỐ KHI MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP: Việc mô hình hóa máy biến áp theo tần số gặp nhiều khó khăn bởi sự phụ thuộc của các thành phần phi tuyến theo tần số Ngoài ra ta còn cần phải chú ý đến các đặc tính vật lý khác của máy biến áp trong quá trình mô hình hóa như : hình dáng hình học của lõi và của cuộn dây, quan hệ từ cảm giữa... phía thứ cấp môt dòng điện rất nhở ở phía thứ cấp tỉ lệ thuận với dòng điện ở phía sơ cấp Người ta gọi đây là biến dòng điện hay biến thế dòng hay biến dòng (CT) Cả hai loại máy biến áp kể trên đều được sử dụng trong việc đo đạc và điều khiển hệ thống điện 2.2 Các mô hình máy biến áp: Máy biến áp là một thành phần rất quan trọng trong hệ thống điện Việc mô hình hóa máy biến áp trong hệ thống điện là rất... khí và hệ thống điện cần biểu diễn một cách chi tiết hóa của máy phát và hệ thống điện Nhiều mô hình máy phát đồng bộ 3 pha được cải tiến và bổ sung vào giữa thập niên 70 Tất cả những mô hình này được dựa trên phép biến đổi Park để giải quyết các phương trình điện dựa liên kết phần cơ khí và điện sử dụng phương pháp giải biện luận để giải quyết giao diện hệ thống điện- cơ trong đó bao gồm cả hệ thống. .. việc của nhà máy + Đối với hệ thống điện: tần số giảm làm điện áp giảm và phá hoại sự phân bố công suất trong hệ thống - Điện áp giảm thấp có thể gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp tại các nút phụ tải II NHỮNG GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN QUÁ ĐỘ: Dưới đây là những phương pháp cơ bản được sử dụng trong hầu hết các phần mềm mô phỏng quá độ điện từ Đây là những thuật toán dùng để giải quyết các bài toán quá