MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL - 6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN . LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM SỸ NGUN MƠ PHỎNG HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL - 6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐINH THÀNH VIỆT Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn PHẠM SỸ NGUN TRANG TĨM TẮT TIẾNG ANH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN SIMULATING THE UNITROL_6800 EXCITATION SYSTEM CONTROLS THE HAM THUAN HYDROELECTRIC GENERATOR Học viên: Phạm Sỹ Nguyên, Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202, Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Trong luận văn nghiên cứu giải thuật di truyền (GA) tối ưu hóa điều khiển kích từ mô chức tự động điều khiển điện áp (AVR) kết hợp với ổn định hệ thống điện PSS4B hệ thống kích từ điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận Luận văn sử dụng công cụ giải thuật di truyền (GA) phần mềm Matlab để tối ưu điều khiển kích từ, Tính tốn thơng số hệ thống sử dụng phần mềm Matlab Simulink xây dựng mơ hình mơ hệ thống kích từ Unitrol_6800 Qua kết đạt phân tích đánh giá để từ đưa đề xuất sử dụng thông số tối ưu cho hệ thống kích từ hiện hữu Từ khóa: Hệ thống kích từ; Mơ hình hệ thống kích từ; Bộ ổn định hệ thống điện; Công cụ giải thuật di truyền (GA) Matlab; Hệ thống kích từ Unitrol-6800 Abstract - in this thesis studied genetic algorithm (GA) optimization of the excitation and dynamics control (AVR) function in conjunction with the power system stability (PSS4B) of Ham Thuan Hydropower Generator Control System The thesis utilized the GA genetic algorithm tool in Matlab software to optimize the excitation controller, calculate the system parameters and use the Matlab software Simulink built the simulation model of the excitation system Unitrol_6800 Through the results obtained analysis and evaluation, from which to propose to use the optimal set of parameters for the existing click system Key words: Excitation system, model of the excitation system, power system stability, The genetic algorithm (GA) tool in Matlab software, excitation system Unitrol_6800 MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN .3 1.1 GIỚI THIỆU CÔNG TY CỔ PHẦN THỦY ĐIỆN ĐA NHIM – HÀM THUẬN – ĐA MI .3 1.2 TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 1.2.1 Thông số tuyến lượng 1.2.1.1 Hồ chứa 1.2.1.2 Đập 1.2.1.3 Đập tràn 1.2.1.4 Đập phụ 1.2.1.5 Cửa lấy nước 1.2.1.6 Đường hầm tháp điều áp .6 1.2.1.7 Đường ống áp lực .6 1.2.1.8 Thiết bị hạ lưu 1.2.2 Các sơ đồ nối điện nhà máy 1.2.2.1 Sơ đồ nối điện 220 kV 1.2.2.2 Sơ đồ nối điện 110 kV 1.2.2.3 Sơ đồ nối điện 22 kV 1.2.2.4 Sơ đồ nối điện 400Vac .8 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 10 2.1 TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 10 2.1.1 Chức hệ thống kích từ [8] 10 2.1.2 Các thành phần hệ thống kích từ [8] 10 2.1.3 Phân loại hệ thống kích từ [8] .11 2.1.3.1 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện chiều 11 2.1.3.2 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều 13 2.1.3.3 Hệ thống kích từ tĩnh 13 2.1.4 Các hạn chế bảo vệ [8] 14 2.1.4.1 Bộ giới hạn kích thích 14 2.1.4.2 Bộ giới hạn kích thích .15 2.1.4.3 Bộ giới hạn bảo vệ V/Hz 15 2.1.4.4 Mạch diệt từ 16 2.1.4.5 Bảo vệ điện áp Rotor .16 2.1.5 Bộ ổn định hệ thống điện 16 2.2 TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 16 2.2.1 Tổng quan hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận .16 2.2.2 Thơng số hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận .17 2.2.3 Chức thành phần hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận .18 2.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống kích từ [10] 18 2.2.3.2 Các thiết bị điều khiển hệ thống kích từ .20 2.2.4 Chức điều khiển hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận 23 2.2.4.1 Chức kích từ ban đầu .23 2.2.4.2 Chức điều khiển điện .24 2.2.4.3 Chức tự động điều khiển điện áp (AVR) .24 2.2.4.4 Chức điều khiển điện áp tay (FCR) 31 2.2.5 Các chức giám sát hệ thống kích từ .32 2.2.6 Các chức bảo vệ hệ thống kích từ 32 2.2.6.1 Bảo vệ điện áp chiều (DC) .32 2.2.6.2 Bảo vệ điện áp xoay chiều (AC) 33 2.2.6.3 Bảo vệ chạm đất Rotor 34 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 34 CHƯƠNG TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT HÀM THUẬN BẰNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 35 3.1 TÌM HIỂU GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GA) VÀ CÔNG CỤ GA TRONG PHẦN MỀM MATLAB 35 3.1.1 Giới thiệu giải thuật di truyền (GA) .35 3.1.2 Ứng dụng giải thuật di truyền (GA) Matlab 35 3.1.2.1 Giải thuật di truyền dùng dòng lệnh Command Line .36 3.1.2.2 Giải thuật di truyền dùng công cụ Genetic Algorithm Tool 36 3.2 ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GA) TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 38 3.2.1 Mơ hình hệ thống kích từ tĩnh ST1A (IEEE 421.5-2005) [14] 38 3.2.2 Tính tốn thơng số mơ hình hệ thống kích từ 39 3.2.2.1 Mơ hình hệ thống kích từ tĩnh Unitrol_6800 [12] 39 3.2.2.2 Tính tốn thơng số mơ hình hệ thống kích Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận 41 3.2.3 Tối ưu điều khiển kích từ Unitrol_6800 máy phát Thủy điện Hàm Thuận giải thuật di truyền (GA) 45 3.2.4 Kiểm định lại tham số điều khiển hệ thống kích từ Unitrol_6800 máy phát Thủy điện Hàm Thuận từ chạy giải thuật di truyền (GA) 51 3.3 ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK MƠ PHỎNG HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 52 3.3.1 Đặt vấn đề .52 3.3.2 Xây dựng mơ hình mơ .53 3.3.2.1 Mơ hình máy phát điện 54 3.3.2.2 Mơ hình máy biến 54 3.3.2.3 Mơ hình điều tốc tua bin thủy điện 55 3.3.2.4 Mơ hình điều khiển kích từ .56 3.3.2.5 Mơ hình ổn định hệ thống điện PSS4B .57 3.3.2.6 Mơ hình tải tạo cố ngắn mạch 58 3.3.3 Kết mô 59 3.3.3.1 Kết chạy mơ hệ thống kích từ hữu hệ thống kích từ tìm từ giải thuật di truyền (GA) 59 3.3.3.2 Kết chạy mơ hệ thống kích từ có ổn định hệ thống điện PSS4B 60 3.3.3.3 Nhận xét kết mô 62 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .66 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DCL Dao cách ly MBT MNDBT Máy biến Mực nước dâng bình thường MNC Mực nước chết TC11 Thanh 11 TC19 Thanh 19 TC21 Thanh 21 TC22 Thanh 22 TC41 Thanh 41 Thanh 43 TC43 AC800PEC Main Controller Device Thiết bị điều khiển AI Analog Input Tín hiệu vào tương tự AO Analog Output Tín hiệu tương tự AUTO Automatic Voltage Regulator Mode AVR Automatic Voltage Regulator Tự động điều chỉnh điện áp BFCR Backup Field Current Regulator BU Backup Chanel Điều khiển dịng kích từ dự phịng Kênh dự phịng CB Circuit Breaker Máy cắt CCI Converter Control Interface CCM Communication Control Measurement Device CCP Converter Control Panel CCU Converter Control Unit Bộ điều khiển chỉnh lưu CIO Combined Input Output Device Thiết bị kết nối CSI Control Signal Interface EG Cubicle: Converter Giao diện tín hiệu chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu Chế độ điều chỉnh điện áp tự động Giao diện điều khiển chỉnh lưu Thiết bị giao tiếp đo lường điều khiển Bảng điều khiển chỉnh lưu Thiết bị đầu cuối điều khiển ECT Excitation Control Terminal FCB Field Circuit Breaker Máy cắt kích từ FCR Field Current Regulator Điều khiển dịng kích từ FFL Field Flashing Mồi kích từ GCU Gate Control Unit GDI Gate Driver Intreface Bộ điều khiển kích xung Giao diện điều khiển kích GFR Ground Fault Relay GIS Gas Insulation Switchgear I/O Input/Output MANUAL Field Current Regulator Mode MAN MANUAL Mode OEL Overexcitation Limiter Chế độ tay Giới hạn kích từ PSU Power Supply Unit Bộ nguồn PSS Power System Stabilizer Ổn định hệ thống điện SCI Snubber Control Interface UEL Underexcitation Limiter Giới hạn kích thích V/Hz Volt per Hertz Giới hạn V/Hz hệ thống kích từ xung Rơ le bảo vệ chạm đất Thiết bị đóng cắt kiểu kín cách điện khí SF6 Vào/ra Chế độ điều khiển dịng kích từ Giao diện điều khiển giảm dao động DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Tên hình Trang Sơ đồ khối hệ thống kích từ máy phát điện Sơ đồ nguyên lý hệ thống kích từ chiều Sơ đồ nguyên lý hệ thống kích từ dùng máy phát phụ Sơ đồ nguyên lý hệ thống kích từ tĩnh Sự phối hợp phần tử thiếu, kích từ giới hạn ổn định Sơ đồ khối hệ thống kích từ Unitrol_6800 Cấu hình phần cứng hệ thống kích từ Unitrol_6800 Nguyên lý kết nối thông tin từ kênh điều khiển đến (CCI) Nguyên lý kích từ ban đầu khơng dùng nguồn phụ chiều Sơ đồ nguyên lý điều khiển AVR Sơ đồ nguyên lý chức thông số đặt AVR Nguyên lý điểm đặt tổng Nguyên lý hàm truyền điều khiển PID Đặc tính điều khiển PID lead_ lag Ngun lý đặc tính cơng suất giới hạn AVR Ngun lý giới hạn dịng điện kích từ cực tiểu Nguyên lý giới hạn dòng điện Stator Nguyên lý điều khiển công suất Q = Ngun lý giới hạn dịng điện kích từ cực đại Nguyên lý điều khiển kích từ tay (FCR) Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ điện áp DC (Crowbar) Sơ đồ nguyên lý mạch lọc điện áp xoay chiều (AC) Mơ hình hệ thống kích từ tĩnh ST1A (IEEE 421.5-2005) Mơ hình hệ thống kích từ Unitrol_6800 theo tiêu chuẩn (IEEE 421.5-2005) 11 12 13 14 15 18 21 22 23 25 25 26 27 27 28 29 29 30 30 32 33 34 38 Mơ hình hệ thống kích từ tĩnh Unitrol_6800 máy phát đồng Mơ hình hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận Chương trình chạy giải thuật (GA) tìm tham số điều khiển kích từ Unitrol_6800 Matlab Giản đồ đáp ứng độ hệ thống kích từ Unitrol_6800 sau chạy giải thuật (GA) Khoảng cách trung bình cá thể hệ 40 39 46 48 49 49 Số hiệu 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 Tên hình Trang Biểu đồ phả hệ cá thể mã hóa bảng màu Biểu đồ mức độ thích nghi cá thể giá trị hàm mục tiêu Biểu đồ điểm thích nghi cá thể Biểu đồ lựa chọn cha mẹ Biểu đồ cấp độ dừng tiêu chuẩn Hàm truyền vẽ đáp ứng hệ thống kích từ hữu sau tối ưu giải thuật di truyền (GA) Giản đồ đáp ứng hệ thống kích từ hữu sau tối ưu giải thuật di truyền (GA) Mơ hình mơ hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận Thơng số mơ hình máy phát Thủy điện Hàm Thuận Matlab Simulink Thơng số mơ hình máy biến Matlab Simulink Thơng số mơ hình điều tốc Matlab Simulink 50 50 50 50 50 56 3.25 Thơng số mơ hình kích từ hữu Matlab Simulink Thơng số mơ hình kích từ sau tối ưu giải thuật di truyền Matlab Simulink Mơ hình kích từ Matlab Simulink Các thơng số mơ hình ổn định PSS4B Matlab Simulink Giản đồ điện áp máy phát với tham số hữu, từ giải thuật di truyền (GA) cố đóng thêm tải Giản đồ công suất máy phát với tham số hữu, từ giải thuật di truyền (GA) cố đóng thêm tải Giản đồ điện áp kích từ với tham số hữu, từ giải thuật di truyền (GA) cố đóng thêm tải 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 Giản đồ tốc độ Rotor máy phát cố đóng thêm tải Giản đồ góc Rotor máy phát cố đóng thêm tải Giản đồ công suất máy phát cố đóng thêm tải Giản đồ điện áp kích từ máy phát cố đóng thêm tải Giản đồ dịng điện kích từ máy phát cố đóng thêm tải Giản đồ điện áp đầu cực máy phát cố đóng thêm tải 60 60 61 61 61 62 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 51 52 53 54 55 55 57 57 58 59 59 60