ỔN ĐỊNH điện áp TRONG hệ THỐNG điện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP 1.1 HỆ THỐNG ĐIỆN Hệ thống điện Việt Nam gồm nhà máy điện, lưới điện, hộ tiêu thụ liên kết với thành hệ thống để thực trình s ản xuất, truyền tải, phân phối tiêu thụ điện lãnh thổ Việt Nam Nhà máy điện: nơi sản xuất chuyển điện từ dạng lượng khác  Nhà máy nhiệt điện: Phả Lại, ng Bí  Nhà máy thủy điện: Hòa Bình, Sơn La  Nhà máy điện hạt nhân: Ninh Thuận, Ninh Thuận (đang xây dựng) Lưới điện: làm nhiệm vụ truyền tải phân phối điện nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ  Lưới hệ thống: nối nhà máy điện với v ới ph ụ t ải khu v ực Ở Việt Nam lưới hệ thống A0 quản lý, vận hành điện áp 500 kV  Lưới truyền tải: lưới từ trạm trung gian khu vực đến cao áp cung cấp điện cho trạm trung gian địa phương Thường từ 110-220 kV A1, A2, A3 quản lý  Lưới phân phối: trạm trung gian địa phương đến trạm phụ tải (trạm phân phối) Lưới phân phối trung áp (6-35kV) s điện lực tỉnh quản lý phân phối hạ áp (220-380V) Hộ tiêu thụ: đặc điểm yêu cầu loại khách hàng sử dụng điện nên phụ tải chia  Hộ loại 1: hộ tiêu thụ quan trọng ngừng cung cấp ện nguy hi ểm đến sức khỏe người, gây thiệt hại kinh tế, an ninh, quốc phòng  Hộ loại 2: ngừng cung cấp gây thiệt hại v ề kinh tế trình sản xuất gián đoạn Hộ loại 3: hộ lại Page 1.2 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP Hệ thống kích hoạt máy phát trì điện máy phát điều khiển dòng điện cơng suất phản kháng Sự kích từ phát điện hệ th ống lâu cung cấp vòng chỗi than máy phát điện dc gắn trục máy rotor đồng Nhưng hệ thống kích từ đại thường sử dụng máy phát xoay chiều có chỉnh lưu định kỳ gọi kích từ khơng chỗi than Như biết, thay đổi nhu cầu điện thực ảnh hưởng tần số bản, thay đổi công suất phản kháng lại chủ yếu cường độ điện áp Sự tương tác điều khiển điện áp tần số nhỏ phân tích riêng biệt Các nguồn lượng phản ứng máy phát điện, lò phản ứng Các phản ứng máy phát điện điều khiển kích từ trường Các phương pháp bổ sung khác để cải tiến cấu hình điện áp hệ thống truy ền tải ện máy biến áp tải, tụ điện chuyển mạch, điều chỉnh điện áp , thiết bị điều khiển tĩnh Các phương tiện điều khiển công suất phát điện điều ển kích hoạt máy phát cách sử dụng điều chỉnh điện áp (AVR), th ảo luận chương Vai trò (AVR) làm cường độ điện áp đầu cuối máy phát điện đồng mức cụ thể Biểu đồ sơ đồ AVR đơn giản thể hình 2-1 Tăng tải công suất phản kháng máy phát điện kèm với giảm ện áp đầu cuối Độ lớn điện áp cảm nhận thông qua biến áp pha Điện áp hiệu chỉnh so sánh với tín hiệu ểm đặt dc Tín hiệu sai số khuyếch đại điều khiển trường kích từ tăng điện vị trí kích từ Do đó, dòng điện máy phát gia tăng, dẫn đến gia tăng công suất phát Việc tạo điện phản ứng tăng lên trạng thái cân mới, nâng điện áp đầu cuối lên giá trị mong muốn Chúng ta xem xét mơ hình đơn giản thành phần tham gia vào hệ thống AVR Duy trì điện áp bình thường biện pháp để đảm bảo chất lượng điện hệ thống điện Điện áp giảm thấp mức gây nên độ trượt lớn động không đồng bộ, dẫn đến qúa công suất phản kháng nguồn điện Điện áp giảm thấp làm giảm hi ệu phát sáng đèn chiếu sáng, làm giảm khả truy ền tải đ ường dây ảnh hưởng đến độ định máy phát làm việc song song Điện áp tăng cao làm cách điện thiết bị điện (làm tăng dòng rò) th ậm chí đánh cách điện làm hư hỏng thiết bị Điện áp điểm nút hệ thống điện trì giá trị định trước nhờ có phương thức vận hành hợp lí, chẳng hạn tận dụng công suất phản kháng máy phát, máy bù đồng bộ, ngăn ngừa tải t ại phần tử hệ thống điện, tăng giảm tải hợp lí đường dây truyền tải, chọn tỷ số biến thích hợp máy biến áp Page Điện áp trì nhờ thiết bị tự động điều chỉnh kích từ máy phát điện máy bù đồng bộ, thiết bị thay đổi tỷ số bi ến đổi máy biến áp, thiết bị tự động thay đổi dung lượng tụ bù tĩnh Page Cần phải điều chỉnh điện áp vì: Điều chỉnh điện áp hệ thống điện nhiệm vụ đặc biệt quan trọng vận hành hệ thống điện Mục tiêu điều chỉnh điện áp nhằm đảm bảo:  Chất lượng điện cung cấp cho thiết bị điện điện áp đặt thiết bị nằm giới hạn cho phép Cả thiết bị lưới thiết bị dùng điện khách hàng thiết kế để vận hành m ột dải điện áp định  Sự ổn định hệ thống điện trường hợp bất thường cố Hiệu kinh tế vận hành Giảm tối thiểu tổn thất điện năng, tổn thất điện áp Page CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HĨA HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 MƠ HÌNH HĨA BỘ KHUẾCH ĐẠI - Khuyếch đại hệ thống kích từ khuyếch đại từ tính, khuyếch đại xoay khuyếch đại điện tử đại Bộ khuyếch đại miêu tả độ lợi KA số thời gian, ta có hàm truyền: Kích từ M     Ổn định Bộ chỉnh lưu         Bộ khuếch đại Hình 2-1: Mơ hình điển hình AVR đơn giản Hằng số  A , hàm truyền là: VR  s  KA  Ve  s    A s 11Equation Section (Next) Chapter Section 1323\* MERGEFORMAT (.) 212Equation Các giá trị điển hình K A nằm khoảng từ 10 đến 400 Hằng số khuyếch đại nhỏ, khoảng từ 0.02 đến 0.1 giây thường bỏ qua 2.2 MƠ HÌNH HĨA KÍCH TỪ Có nhiều loại kích từ khác nhau, hệ thống kích từ hi ện đ ại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông qua chỉnh lưu trạng thái rắn SCR Điện áp đầu hàm phi tuyến điện áp từ trường chế độ bão hòa mạch từ Như vậy, khơng có mối quan hệ đơn giản bảo vệ thi ết bị đầu cuối điện áp từ trường Nhiều mơ hình với mức độ phức tạp khác phát triển có sẵn Một mơ hình hợp lý mơ hình tuyến tính, có tính đến thời gian bỏ qua bão hòa phi tuyến tính khác Trong d ạng đơn giản nhất, chức truyền kích từ đại bi ểu di ễn số thời gian  E khuếch đại K E , Page VR  s  KE  Ve  s    E s 424\* MERGEFORMAT (.) Hằng số thời gian khuếch đại nhỏ 2.3 MÔ HÌNH HĨA MÁY PHÁT Máy tạo đồng thời hàm đường cong từ hóa, điện áp đầu cuối phụ thuộc tải máy phát Trong mơ hình tuyến tính, chức truyền liên quan đến điện áp đầu cuối máy phát điện với điện áp trường biểu diễn độ lợi K G tăng số thời gian  G , chức truyền là: Vt  s  KG  VF  s    G s 525\* MERGEFORMAT (.) Các số phụ thuộc vào tải, K G thay đổi từ 0.7 đến 1,  G thời gian từ 1.0 đến 2.0 giây từ tải đầy đến tải không tải 2.4 MƠ HÌNH HĨA CẢM BIẾN Điện áp nhận biết thông qua biến áp tiềm và, dạng, điều chỉnh cầu chỉnh lưu Bộ cảm biến mô chức truyền đơn đặt hàng đầu tiên, đưa bởi: VS  s  KR  Vt  s    R s 626\* MERGEFORMAT (.)  R nhỏ, giả sử khoảng từ 0,01 đến 0,06 giây Sử dụng mơ hình kết sơ đồ khối AVR thể Hình 2-2 Vref(s) Ve(s) VS K A VR(s)   As Bộ khuếch đại Cảm biến K E VF(s) 1 E s Kích từ K G Vt(s) 1Gs Máy phát KR 1 Rs Hình 2-2: Sơ đồ khối điều chỉnh điện áp tự động đơn giản hóa Hàm truyền vòng hở khối điều khiển Hình 2-2 là: Page KG  s  H  s   K AK E KG K R    As     E s     G s     R s  727\* MERGEFORMAT (.) Và hàm truyền vòng kín có liên hệ điện áp đầu cực máy phát với điện áp tham chiếu Vref  s  là: Vt  s  K AK E KG K R    R s   Vref    A s     E s     G s     R s   K A K E KG K R 828\* MERGEFORMAT (.) Vt  s   T  s  Vref  s  Đối với bước nhận hồi ổn tiếp: Vref  s   Vtss  lims Vt  s   s �0 929\* MERGEFORMAT (.) s , sử dụng định lý giá trị cuối cùng, phản KA 1 KA 10210\* MERGEFORMAT (.) VD 2.1: Hệ thống AVR máy phát có thơng số sau: Độ lợi Bộ khuyếch Hằng số thời gian KA TA = 0.1 Kích từ KE = TE = 0.4 Máy phát KG = TG = 1.0 Cảm biến KR = TR = 0.05 đại (a) Sử dụng mảng Routh-Hurwitz tìm vùng giá trị KA để điều khiển hệ thống ổn định (b)Sử dụng chức rlocus phần mềm MATLAB để tìm đồ thị quỹ đạo nghiệm số (c) Đặt độ lợi khuyếch đại KA = 10 (i) Tìm đáp ứng đơn vị cho trạng thái ổn định (ii) Sử dụng phần mềm MATLAB tìm đáp ứng đơn vị rõ đặc tính miền thời gian Page (d)Xây dựng sơ đồ khối tìm đáp ứng đơn vị - Thay tham số hệ thống sơ đồ khối AVR hình 2.2 ta có kết thể sơ đồ khối hình 2.3: Page Vref(s) Ve(s) K A VR(s)  0.1s Bộ khuếch đại VS Cảm biến K G Vt(s) 1 s K E VF(s)  0.4s Máy phát Kích từ KR  0.05s Hình 2.3 Sơ đồ khối AVR cho ví dụ 2.1 - Hàm truyền vòng hở hệ thống( AVR) thể hình 2.3 là: (a) Phương trình đặc tuyến cho bởi: - Từ ta có phương trình đa thức đặc tuyến: - Routh-Hurwitz cho đa thức sau: S4 307.5 500+500KA S3 33.5 775 S 284.365 500+500KA S1 58.9KA-716.1 0 S0 500+500KA - Từ hàng s1 thấy rằng, để điều khiển thống ổn định, KA phải nhỏ 12.16, đồng thời hàng s0 thấy KA phải lớn -1 Do đó, với giá trị dương KA, để điều khiển hệ thống ổn định, độ lợi khuyếch đại bắt buộc phải nhỏ giá trị 12.16 KA < 12.16 ˗ Cho K = 12.16, từ dòng s2 ta có phương trình phụ là: Page 10 Cảm biến KR = TR = 0.05 - Từ thông số cho ta tìm ma trận sau: �1 � 0 � �1 � �A � �1 �K E 1 � �1 0 � � �  0.4 E E � � A� � � � KG 1 � �0 �0   G G � � � � �  K R 1 � �0 0 � � R R � � � �K A � �10 � 100 � � � � � � 0.1 A � � � � � � B  �0 � �0 � � � � � �0 � �0 � �0 � � � �0 � � � � �0 � � �0 � 1 0.4 1 0 1 1 0.05 � � � �1 0 � � � 2.5 2.5 0 � � � �  � �0 �  0 � � � � �0 20 20 � 1 � � 0.05 � �0 � � � �0 � � � �0 � � � � � �0 � F  �0 � � � � � � � � � �0 � � �1 � � � � 20 � � � R � 0.05 � � � � 4.1.2 Mô kết trường hợp - Mô hệ thống điều chỉnh điện áp sử dụng điều khiển: Page 22 Hình 4.2 Mơ hình mơ hệ thống điều khiển điện áp Page 23 Hình 4.3 Sơ đồ mơ phần hệ thống - Phần điều khiển ta sử dụng lệnh sau: function [u,Vref] = fcn(x) coder.extrinsic('place') TA = 0.1 TE = 0.4; TG = 1; TR = 0.05; KA = 10; KE = 1; KG = 1; KR = 1; A = [-1/TA 0 0;KE/TE -1/TE 0;0 KG/TG -1/TG 0;0 -KR/TR -1/TR] B = [KA/TA; 0; 0; 0] F = [0; 0; 0; 1/TR] F1 = [0; 0; 0; 1]; J = [-32.1;-33;-32;-31] K = zeros(1,4) K = place(A,B,J) u=-K*x end Page 24 - Từ kết tính tốn mơ ta có mơ sau: Hình 4.4 Dạng tín hiệu VR Hình 4.5 Dạng tín hiệu VF Page 25 Hình 4.6 Dạng tín hiệu Vt Page 26 Hình 4.7 Dạng tín hiệu Ve Hình 4.8 Dạng tín hiệu U Nhận xét: - Dựa vào hình trên, ta thấy Vref = (Pu), thời điểm t = (s), gia tăng tải công suất phản kháng máy phát làm ảnh hưởng kèm độ sụt áp độ lớn điện áp đầu cuối Với nhiệm vụ điều khiển cho độ lệch điện áp 0, ta có sai số xác lập nhỏ, thời gian khởi động độ vọt lố nhỏ 4.1.3 Mô kết trường hợp - Khi thay đổi Vref = (Pu) - Ta có kết sau: Page 27 Hình 4.9 Dạng tín hiệu VR Hình 4.10 Dạng tín hiệu VF Page 28 Hình 4.11 Dạng tín hiệu Vt Hình 4.12 Dạng tín hiệu Ve Page 29 - So sánh kết hai trường hợp: Độ vọt lố Thời gian xác lập TH1 TH2 TH1 TH2 VR 54% 55,25% 0.6s 0.65s VF 6% 6,25% 0.65s 0.7s Vt 0% 0% 0.6s 0.65s Ve 0% 0% 0.6s 0.6s 4.2 PHƯƠNG PHÁP BỘ QUAN SÁT VÀ LOẠI BỎ NHIỄU 4.2.1 Mơ hình mơ hệ thống - Ta có phương trình vi phân sau: K VR � U A   As �VR   VF Vt U KA 1  E s  VR K E 1 Gs VF K G K Vt  G VF G G KR Ve �V V ref � t 1 Rs �Ve   As  K VF  E VR E E KG Vt � V F 1Gs �Vt   1 K VR  A U A A KE VF � V R 1 E s �VF   VR Ve 1  Rs Vref (1  R s) K R Vt K 1 �Vref  V ref  Ve  R Vt R R R - Ta có phương trình biến trạng thái: x&(t )  Ax(t )  Bu (t ) Page 30 - Ta tìm ma trận A B từ phương trình biến trạng thái: �1 � A � KE 1 � � E E A� � KG �0 G � � �0 � KA � � �  � �A � B  �0 � � � �0 � � �0 � � 0 1 G KR R � � � � � � � � � 1 � � R � �0 �0 � F  �0 � �1 � R � � � � � � � � � VR � � � V � X  t   �F � � Vt � � � Ve � � Page 31 - Từ thơng số cho ta tìm ma trận sau: �1 � 0 � �1 � �A � �1 �K E 1 � �1 0 � � �  0.4 E E � � A� � � � KG 1 � �0 �0 G G � � � � �  K R 1 � �0 �0 � R R � � � �K A � �10 � 100 � � � � � � 0.1 A � � � � � � B  �0 � �0 � � � � � �0 � �0 � �0 � � � �0 � � � � �0 � � �0 � 1 0.4 1 �0 � � � �0 � � � �0 � � � � � �0 � F  �0 � � � � � � � � � �0 � � �1 � � � � 20 � � � � R � � 0.05 � � 4.2.2 Mô kết quả: Page 32 0 1 1 0.05 � � � �1 0 � � � 2.5 2.5 0 � � � � � �0 �  0 � � � � �0 20 20 � 1 � � 0.05 � Hình 4.13 Mơ hình mơ hệ hệ thống Hình 4.14 Tín hiệu mơ VR Page 33 Hình 4.15 Tín hiệu mơ VF Hình 4.16 Tín hiệu mơ Vt Page 34 Hình 4.17 Tín hiệu mơ VE Page 35 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Trong luận văn sử phương pháp dời cực không tối ưu phương pháp quan sát loại bỏ nhiễu giúp điều khiển điện áp ổn định với thời gian xác lập nhỏ Hai phương pháp mô qua hệ thống điện sử dụng điều khiển để ổn định điện áp Kết mô cho ta thấy việc sử dụng điều khiển sử dụng phương pháp dời cực phương pháp quan sát nhiễu áp dụng vào hệ thống điện thực tế Page 36 ...CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP 1.1 HỆ THỐNG ĐIỆN Hệ thống điện Việt Nam gồm nhà máy điện, lưới điện, hộ tiêu thụ liên kết với thành hệ thống để thực trình s ản xuất,... ột dải điện áp định  Sự ổn định hệ thống điện trường hợp bất thường cố Hiệu kinh tế vận hành Giảm tối thiểu tổn thất điện năng, tổn thất điện áp Page CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 MƠ... cho KA = 12.16 hệ thống tương đối ổn định (c) Hàm truyền vòng kín hệ thống hình 2.3 là: (i) áp ứng trạng thái ổn định là: - Cho độ lợi khuyếch đại KA = 10, áp ứng trạng thái ổn định là: Page