Nguyên cứu ứng dụng PSS để ổn định công suất cho hệ thống máy phát điện nhà máy lọc dầu dung quất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG ĐOÀN NGUYỄN QUỐC HÙNG NGUYÊN CỨU ỨNG DỤNG PSS ĐỂ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Quảng Ngãi, năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG ĐOÀN NGUYỄN QUỐC HÙNG NGUYÊN CỨU ỨNG DỤNG PSS ĐỂ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành: Kỹ Thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HOÀNG MAI Quảng Ngãi, năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Đề tài “Nguyên cứu ứng dụng PSS để ổn định công suất cho hệ thống máy phát điện Nhà máy lọc dầu Dung Quất” cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân tơi Các kết tính tốn, số liệu luận văn thực tế, đảm bảo theo yêu cầu đề tài chưa nghiên cứu, công bố cơng trình nghiên cứu khác nhà máy lọc dầu Dung Quất Ngƣời thực Đoàn Nguyễn Quốc Hùng TÓM TẮT Đề tài luận văn: NGUYÊN CỨU ỨNG DỤNG PSS ĐỂ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Học viên: Đoàn Nguyễn Quốc Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Khóa: 34 Trường Đại học Bách khoa - ĐHBK Tóm tắt: Đề tài trình bày cấu trúc hệ thống điện NMLD Dung Quất, tổng quan vấn đề liên quan dao động hệ thống điện, cấu trúc PSS cải thiện dao động hệ thống ổn định công suất PSS Trên sở liệu thông số thiết bị vận hành nhà máy, đề tài thực xây dựng mơ hình mơ hệ thống phát điện nhà máy lọc dầu Dung Quất chế độ nối lưới Mô dao động hệ thống điện trường hợp cố lưới thực qua đánh giá hiệu PSS1A PSS4B cải thiện dao động hệ thống Kết mô cho thấy PSS thể hiệu việc nâng cao khả ổn định hệ thống nhiễu loạn nhỏ cố hệ thống Từ khóa: Điều khiển máy phát, điều khiển cơng suất, điều khiển kích từ STUDY TO APPLY PSS IN POWER SYSTEM OF DUNG QUAT REFINERY TO STABILIZE POWER OSCILLATION Student: Doan Nguyen Quoc Hung Course: 34 Specialization: Control and Automation Engineering Da Nang University of Technology - DUT Abstract: The subject represent s structure of power system of Dung Quat Refinery system, overview power system oscillation and stability, the structure of the PSS and improvement of the oscillation in power system by PSSs Based on the parameters of equipment and operation of the power system, the project has conducted modeling Dung Quat power system in the EVN connection mode Simulation of system oscillation in case of grid malfunction is implemented to evaluate the effectiveness of PSS1A and PSS4B for system oscillation improvement Simulation results show that PSSs are effective in improving system stability in small disturbances as well as system failures Key words: Generator control, PSS controller, AVR control MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii LỜI CẢM ƠN .ix MỞ ĐẦU 1 Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .1 Nội dung nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp, nguyên lý, biện pháp nghiên cứu ngh a khoa học thực tiễn đề tài Chƣơng I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NMLD DUNG QUẤT 1.1 Tổng quan hệ thống điện Nhà Máy Lọc Dầu Dung Quất (NMLD) .4 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.2 1.3 1.4 1.5 Nguồn điện: Hệ thống phân phối: Tải tiêu thụ: Độ tin cậy vận hành hệ thống: Nhu cầu lượng nâng cấp, mở rộng nhà máy: Giới thiệu Tua-bin phân xưởng phát điện NMLD Giới thiệu máy phát điện STG NMLD Giới thiệu kích từ Máy phát điện STG Giới thiệu hệ thống điều chỉnh tốc độ Tua-bin Woodward 505E .11 1.6 Giới thiệu vòng điều khiển công suất điện áp máy phát 15 1.7 Các nghiên cứu liên quan nước 17 Chƣơng II: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 23 2.1 Khái niệm định ngh a 23 2.2 Các hình thức bất ổn định: .23 2.3 Phân loại ổn định: 24 2.4 Phương trình dao động: .31 2.5 Mơ hình máy phát nối lưới vô hạn (single-machine infinite-bus SMIB): 32 2.6 Giới thiệu thiết bị PSS 34 2.6.1 Giới thiệu tổng quan thiết bị PSS 34 2.6.2 2.6.3 Sơ cấu tạo thiết bị PSS .35 Cấu trức loại PSS: 35 2.6.4 Chỉnh định thông số PSS 39 3.1 Xây dựng mơ hình cụm Tuabin 40 3.1.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình Tuabin hơi: 40 3.1.2 Các số liệu xây dựng mơ hình: .41 3.1.3 Xây dựng mơ hình mơ hình hệ điều khiển tuabine chế độ nối lưới: .46 3.2 Mơ hình máy phát đồng thư viện SimPowerSystems-Matlab 47 3.2.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình: 47 3.2.2 Xây dựng mơ hình máy phát điện đồng bộ: 48 3.3 Mơ hình hệ thống kích từ: 49 3.3.1 Cơ sở mơ hình hệ thống kích từ máy phát: 49 3.4 Xây dựng mơ hình vịng điều khiển cơng suất máy phát: 51 3.4.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng vịng điều khiển cơng suất máy phát: 51 3.4.2 Mơ hình vịng điều khiển cơng suất máy phát 54 3.5 Xây dựng mơ hình vịng điều khiển cơng suất máy phát: 54 3.6 Xác định thông số áp dụng cho PSS 56 3.6.1 3.6.2 Bộ ổn định dựa tốc độ PSS1A 56 Bộ ổn định đa tầng PSS4B 56 3.7 Tổng hợp mơ hình hệ thống điện NMLD kết nối với lưới điện EVN 58 3.7.1 Phân tích hệ thống: 58 3.7.2 Tổng hợp mơ hình hệ thống 58 3.8 Thực mô đánh giá chất lượng mơ hình hệ thống 62 3.8.1 Mơ điều khiển công suất tác dụng: 63 3.8.2 Mô điều khiển công suất phản kháng: .64 4.1 Kết mô áp dụng PSS 66 4.1.1 Đóng tải lớn (30MW) phía nguồn cấp (Trường hợp 1): 67 4.1.2 Ngắn mạch thoáng qua xuất tuyến cấp nguồn (Trường hợp 2) .70 4.2 Phân tích dao động hệ thống cố 73 KẾT LUẬN 74 Các kết đạc được: 74 Các mặc hạn chế: .75 Hướng áp dụng phát triển đề tài: 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐT NV : Đề tài nhiệm vụ NMLD : Nhà máy lọc dầu SS : Trạm biến áp EVN : Hệ thống điện lưới Quốc gia HTĐ : Hệ thống điện STG : Máy phát truyền động nước NSX : Nhà sản xuất MBA : Máy biến áp PSS : Power system stabilizer DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các phương thức điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống .15 Bảng 3.1 Các thông số Máy phát điện đồng 48 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ sợi Hệ thống điện NMLD Dung Quất Hình 1.2 Hình ảnh thực tế Tua-bin NMLD Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý tuabin có trích Hình 1.4 Hình ảnh tổng quát tổ hợp Tua-bin Máy phát NMLD Hình 1.5 Hình ảnh thực tế máy phát STG Hình 1.6 Sơ độ hệ thống kích từ khơng chổi than 10 Hình 1.7 Hình ảnh thực tế kích từ khơng chổi than (trích tài liệu đào tạo) 10 Hình 1.8 Sơ đồ ngun lý tuabin có trích nhập 11 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý điều khiển điều khiển Wooward 505E 14 Hình 1.10 Sơ đồ ngun lý vịng điều khiển công suất 16 Hình 1.11 Hệ thống thử nghiệm [10] 17 Hình 1.12 Đáp ứng điện áp đầu PSS [10] 17 Hình 1.13 Sai lệch góc roto [10] 17 Hình 1.14 Đáp ứng điện áp đầu cực máy phát [10] 18 Hình 1.15 Hệ thống thử nghiệm [11] 18 Hình 1.16 Dao động góc rotor máy phát G2 [14] 19 Hình 1.17a Dao động công suất đường dây [11] 19 Hình 1.17b Dao động điện áp góp đường dây [11] .19 Hình 1.18 Hệ thống thử nghiệm [12] 20 Hình 1.19 Các kết áp dụng PSS thông thường PSS đa tần [12] 20 Hình 1.20 Hệ thống thử nghiệm [13] 21 Hình 1.21 Các kết mơ [13] 21 Hình 2.1 Phân loại ổn định [1] 24 Hình 2.2 Sơ đồ mạch thay máy phát kết nối 25 Hình 2.3 Sơ đồ pha cơng suất truyền tải hai máy 26 Hình 2.4 Đặc tính góc-cơng suất truyền tải hai máy .26 Hình 2.5 Ổn định tín hiệu nhỏ với điện áp trường khơng đổi [1] 29 Hình 2.6 Ổn định tín hiệu nhỏ với điện áp trường điều khiển [1] 29 Hình 2.7 Phản ứng góc rotor với kích động độ [1] 30 Hình 2.8 Mơ hình đơn giản SMIB 32 Hình 2.9 Đặc tính góc- cơng suất hệ thống 33 Hình 2.10 Sơ đồ khối thiết bị PSS 35 Hình 2.11 Bộ ổn định công suất đầu vào PSS1A [4] 36 Hình 2.12 Bộ ổn định cơng suất đầu vào PSS2A (trích tài liệu IEE 421.5-2016) 38 Hình 2.13 Bộ ổn định cơng suất đa tần PSS4B [4] 38 Hình 3.1 Hình bình chứa 40 Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển tuabin chế độ nối lưới 42 Hình 3.3 Sơ đồ điều khiển tốc độ điện-thủy lực mơ hình tốn học tương ứng [2] .43 Hình 3.4 Sơ đồ cấu hình tuabin mơ hình tốn học tương ứng [2] 44 Hình 3.5 Mơ hình tuabin điều khiển NSX (trích tài liệu thiết kế) .45 Hình 3.6 Xây dựng mơ hình tuabin điều khiển .46 Hình 3.7a Thơng số mơ hình tuabin điều tốc (trích tài liệu thiết kế) 46 Hình 3.7b Thơng số điều khiển tốc độ WW 505E (trích tài liệu thiết kế) 47 Hình 3.8 Sơ đồ trở kháng máy phát đồng [3] 48 Hình 3.9 Mơ hình hệ thống kích từ IEEE Type [4] 49 Hình 3.10 Đường cong bảo hịa kích từ IEEE Type (trích tài liệu thiết kế) 50 Hình 3.11 Mơ hình hệ thống kích từ .51 Hình 3.12 Thơng số hệ thống kích từ (trích tài liệu thiết kế) 51 Hình 3.13 Sơ đồ vịng điều khiển điều khiển công suất điện áp máy phát 53 Hình 3.14 Sơ đồ hàm truyền điều khiển máy phát DEIF 54 Hình 3.15 Tổng hợp mơ hình điều khiển tuabin máy phát 55 Hình 3.16 Mơ hình ổn định công suất dựa tốc độ PSS1A 56 Hình 3.17 Khái niệm giản lược Bộ PSS4B 57 Hình 3.18 Mơ hình PSS áp dụng vào hệ thống điều khiển máy phát .57 Hình 3.19 Thơng số mơ hình MBA 59 Hình 3.20 Thơng số mơ hình đường dây 59 Hình 3.21 Sơ đồ sợi HTĐ NMLD Dung Quất 60 Hình 3.22 Mơ hình HTD BSR kết nối với lưới điện EVN 61 Hình 3.23 Đáp ứng hệ thống mơ nâng cơng suất tác dụng .63 Hình 3.24 Đáp ứng hệ thống mô nâng công suất phản kháng 64 Hình 4.1 Đáp ứng hệ thống không áp dụng PSS .67 Hình 4.2 Đáp ứng hệ thống áp dụng PSS đa tần 68 Hình 4.3 Đáp ứng hệ thống áp dụng PSS dựa tốc độ 69 Hình 4.4 Đáp ứng hệ thống khơng áp dụng PSS .70 Hình 4.5 Đáp ứng hệ thống áp dụng PSS đa tần 71 Hình 4.6 Đáp ứng hệ thống áp dụng PSS dựa tốc độ .72 72 Hình 4.6 Đáp ứng hệ thống áp dụng PSS dựa tốc độ 73 4.2 Phân tích dao động hệ thống cố Không áp dụng PSS: - - Hệ thống ổn định hai trường hợp cố Các dao động loại bỏ thời gian khoảng 5s Sụt giảm điện áp cố (1) không đáng kể (