phân tích ổn định của HTĐ và phân tích các cấu trúc của PSS theo chuẩn IEEE 421 5 2005,

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm qua, với phát triển mạnh mẽ kinh tế bước cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, nhu cầu sử dụng điện nước ta tăng trưởng không ngừng Các nội dung thiết kế vận hành đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc Trung Nam gắn liền với tính tốn phân tích có tính chất định phương diện ổn định hệ thống Sự suất tương lai nhà máy điện lớn (Thủy điện Sơn La, Lai Châu, Trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ…) nối vào HTĐ đường dây 500 kV, dự án liên kết HTĐ Việt Nam với nước khu vực đòi hỏi phải nghiên cứu sâu sắc tỉ mỉ phương diện ổn định HTĐ trình vận hành Theo quan điểm truyền thống, vấn đề ổn định trì hoạt động đồng Điều kiện cần thiết để HTĐ hoạt động bình thường tất máy phát trì đồng với Về khía cạnh ổn định HTĐ chịu ảnh hưởng đặc tính động học góc rotor quan hệ cơng suất - góc [10], [13] Mối quan tâm việc đánh giá ổn định phản ứng HTĐ chịu nhiễu loạn tức thời Nhiễu lớn nhỏ Các nhiễu nhỏ dạng tương tác máy phát hay thay đổi tải diễn thường xuyên trình vận hành, hệ thống phải tự điều chỉnh để thích ứng với điều kiện Hệ thống phải có khả hoạt động điều kiện cung cấp đủ công suất cho tải Đồng thời hệ thống phải có khả chịu nhiễu lớn ngắn mạch đường dây tải điện, máy phát, tải lớn, liên lạc hệ thống Cũng phức tạp mà nhiều giả thiết thường sử dụng để làm đơn giản toán tập trung vào nhân tố ảnh hưởng đến loại đặc tính ổn định [10] Việc sử dụng kích từ đáp ứng nhanh có ảnh hưởng bất lợi với ổn định nhiễu nhỏ tương ứng với dao động cục tạo cản âm [10] Một nguồn khác gây nên ổn định dạng dao động hệ kết nối HTĐ với nhau, nhóm lớn máy phát gần liên kết đường truyền yếu Với công suất truyền tải lớn, hệ thống tạo dao động liên khu vực tần số thấp [12] Để giải vấn đề sử dụng ổn định hệ thống điện – PSS Theo IEEE, PSS chia hai loại: Bộ ổn định dựa tín hiệu tốc độ ổn định đầu vào kép (tín hiệu tốc độ cơng suất) [9] Trên giới PSS nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu, nhiên nước tác giả hay có tài liệu viết PSS [1], [2], [4], [5] Ở Việt Nam, lắp đặt nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Phú Mỹ; nhà máy thủy điện Thác Bà, Yaly Sơn La… Vì nhiều lý khác có vấn đề kỹ thuật mà nhà máy chức PSS tích hợp hệ thống kích từ cho máy phát điện khơng sử dụng Với lý nêu trên, tác giả mạnh dạn tìm hiểu nghiên cứu, đánh giá ổn định PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005 để làm sáng tỏ vấn đề ổn định góc rơ to máy phát điện với hy vọng PSS ứng dụng rộng rãi thực tế, góp phần nâng cao hiệu hoạt động trạm phát điện có Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Đề tài đặt mục tiêu qua phân tích ổn định HTĐ phân tích cấu trúc PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005, thấy cần thiết PSS việc nâng cao ổn định HTĐ Đồng thời đánh giá hiệu loại PSS vấn đề ổn định góc rơto máy phát điện Mục tiêu cụ thể: Tổng quan ổn định HTĐ, sâu nghiên cứu ổn định góc rơ to, tiếp cận theo hướng ổn định nhiễu nhỏ Lựa chọn hệ thống kích từ AVR dùng nghiên cứu PSS Xây dựng mơ hình tốn học trạm phát điện HTĐ Phân tích cấu trúc điển hình PSS, tính chọn thông số loại PSS Tiến hành mô Matlab so sánh hiệu loại PSS sản xuất theo chuẩn IEEE 421.5-2005 Kết nghiên cứu kiểm chứng thí nghiệm Card R&D DS1104 thời gian thực Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá hệ thống hóa cơng trình nghiên cứu công bố thuộc lĩnh vực liên quan: báo, tạp chí, sách chuyên ngành; nghiên cứu cấu trúc phương pháp lựa chọn thông số PSS - Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu cấu trúc PSS lắp đặt nhà máy điện Việt Nam, phân tích lý giải so sánh Kiểm chứng điều khiển PSS mô Matlab R2010a & Simulink thí nghiệm Card R&D DS1104 hãng dSPACE Những kết đạt Luận văn đánh giá hiệu PSS vấn đề ổn định góc rơto máy phát điện, cụ thể: - Xây dựng bước để thiết lập mơ hình tốn học tuyến tính hóa HTĐ gồm máy phát điện nối với qua đường dây tải điện - Mô thành công ảnh hưởng hai loại PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005 ổn định góc tải - Kiểm chứng kết nghiên cứu thí nghiệm Card R&D DS1104 theo thời gian thực hãng dSPACE phịng thí nghiệm Điện – Điện tử trường đại học KTCN - Là nguồn tư liệu phục vụ cho công tác học tập giảng dạy nhà trường; Làm tài liệu tham khảo cho chuyên gia cán kỹ thuật ngành Điện lực Cấu trúc luận văn Tính cấp thiết đề tài trình bày phần mở đầu luận văn Chương I luận văn trình bày tổng quan vấn đề ổn định HTĐ, sâu nghiên cứu ổn định góc rơto, tiếp cận theo hướng ổn định nhiễu nhỏ Chương II xây dựng mơ hình tốn học trạm phát điện HTĐ Chương III phân tích cấu trúc điển hình PSS, xây dựng mơ hình tốn tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc HTĐ nghiên cứu Các kết mô ổn định góc rơto với PSS theo chuẩn IEEE 421.52005 trình bày chương IV luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu cấu trúc hệ thống điện Hình 1.1 minh họa phần tử HTĐ đại Điện tạo trạm phát điện truyền tải đến hộ tiêu thụ thông qua mạng lưới điện phức tạp bao gồm đường dây truyền tải, MBA, thiết bị đóng cắt…Ta phân mạng lưới điện thành hệ thống sau: - Hệ thống truyền tải - Hệ thống truyền tải trung gian - Hệ thống phân phối GS 220kV 15,75kV 500kV 500kV 220kV 220kV HƯ thèng trun tải 500 Kv Kết nối với HTĐ bên cạnh Hệ thống truyền tải 220Kv GS 500kV 220kV Đ-ờng dây truyền tải trung gian Trạm truyền tải Phụ tải công nghiệp Đ-ờng dây truyền tải trung gian 110kV 220kV Phụ tải công nghiệp 110kV Trạm phân phối Trạm phát điện nhỏ 6/10/22kv Đ-ờng dây trung áp 0,4 kV 380/220V Phụ tải sinh hoạt Phụ tải th-ơng mại Hỡnh 1.1 Cỏc phn tử HTĐ KÕt nèi víi ®-êng dây bên cạnh 500kV 1.2 iu khin h thng điện 1.2.1 Nhiệm vụ điều khiển HTĐ Chức HTĐ biến đổi lượng từ dạng tự nhiên sang dạng điện truyền tải đến điểm tiêu thụ Sự tiện lợi lượng điện dễ truyền tải điều khiển với hiệu suất độ tin cậy cao Trong trình vận hành HTĐ cần đảm bảo yêu cầu sau đây: Hệ thống phải có khả đáp ứng cách liên tục với thay đổi nhu cầu tải CSTD CSPK Không giống dạng lượng khác, điện khơng thể tích trữ với dung lượng lớn Bởi vậy, nhiều thiết bị điều khiển sử dụng để trì cân cơng suất tiêu thụ công suất phát Chất lượng điện phải đảm bảo tiêu chuẩn sau đây: - Tần số hệ thống không đổi - Điện áp nỳt khụng i Tần số Điều độ kế hoạch sản xuất Trao đổi công suất Công suất máy phát Hệ thống điều khiển máy phát Điều tốc điều khiển Hệ thống kích từ điều khiển Khối điều khiển máy khác điều khiển liên quan Hệ thống kích từ điều khiển Dòng điện kích từ Điện áp Tốc độ Điều khiển đ-ờng dây tải điện Tần số Trao đổi công suất Công suất máy phát Hỡnh 1.2 Các thành phần điều khiển liên quan trạm phát điện [11] 1.2.2 Cấu trúc điều khiển HTĐ Hình 1.3 sơ đồ cấu trúc điều khiển HTĐ, phân chia làm hai khối: điều khiển lắp đặt phía nhà máy điện điều khiển lắp đặt phía đường dây truyền tải điện: C¸c bé điều khiển HTĐ Phía truyền tải điện FACTS (nhanh) Phía nhà máy điện Bộ điều khiển khí (chậm) Turbine Điều khiển tần số tải (LFC) (chậm) Kích từ AVR (nhanh) Hình 1.3 Cấu trúc điều khiển HTĐ 1.2.2.1 Điều khiển điện áp Để điều khiển điện áp người ta thực điều khiển việc sản xuất, tiêu thụ CSPK tất cấp HTĐ Các máy phát phương tiện để điều khiển điện áp, việc điều khiển dịng điện kích từ thơng qua AVR trì điện áp đầu cực máy phát điện a) Mơ hình AVR cho hệ kích từ xoay chiều b Mơ hình AVR cho hệ kích từ chiều c) Mơ hình AVR cho hệ kích từ tĩnh 1.2.2.2 Điều khiển tần số Quá trình điều khiển tần số gắn liền với điều khiển tốc độ máy phát điện đồng Tần số hệ thống đảm bảo dựa cân CSTD Trong hệ thống có nhiều tổ máy, nhiều nhà máy điện nên cần có phân phối cơng suất tổ máy với Bộ điều chỉnh tốc độ turbine (governor) máy phát làm chức điều chỉnh tốc độ sơ cấp, điều khiển thứ cấp làm nhiệm vụ phân phối công suất (AGC) [10] 1.3 Ổn định góc tải (góc rotor) 1.3.1 Góc tải (góc rotor) Ổn định góc rơto khả MPĐ đồng HTĐ liên kết giữ đồng hóa sau trải qua kích động xảy HTĐ Nó liên quan đến khả trì/phục hồi cân mô men điện từ mô men máy phát điện đồng HTĐ Sự ổn định xảy có tăng lên góc rơto số MPĐ dẫn đến đồng hóa so với MPĐ khác HTĐ Ổn định góc phân loại thành loại: ổn định góc với nhiễu loạn nhỏ (small - signal stability), ổn định góc độ (transient stability) [12] ~ Góc tải (góc rotor) δ góc vector sức điện động bên E g từ thơng ~ dịng điện kích từ sinh với vector điện áp đầu cực V t V t  Xét HTĐ đơn giản cho hình 1.9a Hình 1.9b sơ đồ thay lý tưởng (đã bỏ qua điện trở điện dẫn phần tử) để xác định mối quan hệ cơng suất với góc Hình 1.9c biểu diễn đồ thị vector pha máy phát hệ thống Ở chế độ xác lập công suất đầu máy phát cho Hình 1.9d Equation Section Xg V V  Xe V V 0 t t S S Đường dây HT G a) Sơ đồ HTĐ I Eg b) Sơ đồ thay lý tưởng E P g IXg Điểm làm việc P max a P  m Vt IXe  VS I c) Sơ đồ vector δ0 900 1800 d) Đặc tính cơng suất - góc Hình 1.4 Đặc tính cơng suất máy phát 1.3.2 Nguyên nhân gây dao động góc tải Khi có tải yêu cầu đến trạm có nhiều tổ máy, phận phân phối công suất (AGC) làm nhiệm vụ phân công suất cho tổ máy để hướng tới cân Tuy nhiên động học máy phát khác nhau, gây nên luồng công suất trao đổi nội trạm phát, máy phát với hệ thống qua đường truyền Những tác động xen kênh khiến cho rotor máy phát dao động xung quanh điểm làm việc Một nguồn khác gây nên dao động góc tải việc sử dụng kích từ đáp ứng nhanh với AVR hệ số khuếch đại lớn có tác dụng cải thiện giới hạn ổn định tĩnh ổn định động, lại làm giảm thành phần mô men damping, gây bất lợi với ổn định tín hiệu nhỏ - Tác hại dao động: Khi góc tải dao động khiến tốc độ rotor khơng cịn tốc độ đồng nữa, góc tải vượt q 900 điện (hình 1.9d), làm cho hoạt động máy phát bị đồng bộ, trường hợp không khống chế kịp thời, bị cộng hưởng với dao động khác gây nên đồng nghiêm trọng máy phát lưới điện chí gây tan rã HTĐ Hình 1.10 sơ đồ tổng quát phân loại ổn định HTĐ [12] Đường nét đậm hướng nghiờn cu ca ti ổn định hệ thống điện ổn định góc tải ổn định tần số ổn định tín hiệu nhỏ ( nhiễu nhỏ) ổn định điện áp ổn định độ (nhiễu lớn) Hỡnh 1.5 Phõn loi ổn định HTĐ 1.3.3 Ổn định tín hiệu nhỏ Ổn định tín hiệu nhỏ định nghĩa khẳ HTĐ để trì ổn định có xuất tác động nhỏ Những tác động nhỏ thay đổi phụ tải hay máy phát hệ thống Nếu mô men hãm khơng đủ, kết làm cho dao động góc rotor thay đổi với biên độ lớn Các máy phát mạng sử dụng điều khiển điện áp tự động khuếch đại lớn tạo nên việc thiếu hãm dao động hệ thống Lý thuyết ổn định tín hiệu nhỏ dùng để nhận dạng phân tích dao động điện (dao động tần số thấp) HTĐ Các dao động làm cho góc rotor máy phát tăng lên giảm so với điểm làm việc nguyên nhân thiếu mô men đồng mô men damping Dao động tần số thấp gồm có dạng sau [10] Các dao động cục bộ: Những dao động thường liên quan đến nhiều máy phát đồng quay với nhà máy điện so với HTĐ lớn hay trung tâm phụ tải Tần số dao động khoảng 0,7–2Hz Những dao động gây phiền toái nhà máy tải cao với hệ thống ường truyền có điện kháng lớn Các dao động liên khu vực: Những dao động thường liên quan đến việc kết hợp nhiều máy phát phần HTĐ phần khác HTĐ thông qua đường truyền yếu Tần số dao động liên khu vực thường nhỏ 0,5 Hz Các dao động toàn cầu: Những dao động liên quan đến nhiều HTĐ lớn kết nối với diện rộng Tần số dao động nhỏ 0,2Hz 1.4 Bộ ổn định HTĐ – PSS PSS thiết bị tăng momen hãm dao động điện máy phát, thiết bị dùng cho máy phát lớn vài thập kỷ qua, cho phép sử dụng để cải tiến hạn chế vận hành cưỡng ổn định [10], [2] Te  K s   K c  (1.1) Tại hãm mơ men điện phân tích thành thành phần đồng hãm: Ks - hệ số đồng Kd - hệ số hãm  - sai lệch góc rơto Từ phương trình (1.1) nhận thấy với giá trị dương Ts, thành phần mômen đồng thay đổi tỉ lệ nghịch với góc rơtor từ điểm cân bằng( ví dụ góc rơto tăng lên kéo theo thay đổi giảm mô men đồng bộ, làm cho thiết bị chậm dần,cho tới góc rơto khơi phục điểm cân bằng,  =0) Tương tự, với giá trị dương Tc ộ phận mômen hãm tỉ lệ nghịch với góc rơtor so với điểm vận hành ổn định Một máy phát trì ổn định miễn có đủ tác động mô men đồrng mô men hãm hoạt động rôto điều kiện vận hành 10 Theo chuẩn IEEE 421.5–2005 [9], PSS chia ra: PSS1A loại có đầu vào sai lệch tốc độ  , sai lệch tần số f , công suất điện Pe ; PSS đầu vào kép, thường sai lệch tốc độ  công suất điện Pe (PSS2A, PSS2B, PSS3B PSS4B) Kh©u läc sTw 1+sTw Kh©u bï lead - lag T(s) Kh©u läc xoắn Khâu giới hạn FILT (s) Hỡnh 1.6 Cu trỳc PSS 1.5 Những phương pháp thiết kế PSS 1.5.1.1 Phương pháp tiếp cận mô men damping 1.5.1.2 Phương pháp tiếp cận đáp ứng tần số 1.5.1.3 Phương pháp tiếp cận giá trị riêng biến trạng thái 1.6 Kết luận chương - Trong chương trình bày tổng quan vấn đề điều khiển HTĐ điều khiển điện áp, điều khiển tần số – Phân tích nguyên nhân gây dao động, ổn định góc tải, ổn định tín hiệu nhỏ Từ đưa vấn đề sử dụng ổn định HTĐ - PSS hoạt động thông qua AVR để dập dao động góc rotor máy phát điện – Phân tích vấn đề nghiên cứu PSS, bao gồm phương pháp tiếp cận mô men damping, đáp ứng tần số hay giá trị riêng ma trận trạng thỏi 16 TS ổn định TS d-¬ng TD d-¬ng TD Te t Hình 0.4 Đáp ứng tự nhiên góc tải δ với nhiễu nhỏ Hình 3.6 sơ đồ vector thành phần mơ men không xét đến AVR xét đến AVR nhanh (TA nhỏ), mạnh (KA lớn) [10], vector mô men AVR có xu hướng gần với - 900 hơn, tần số dao động điển hình khoảng 0,1 – 2Hz, nằm vùng 900 đến - 200 Bởi vậy, ta thường biểu diễn xung quanh - 800 [3], [14] Theo phân tích trên, trường hợp máy phát bị ổn định T1  Vector m« men ch-a kĨ ®Õn AVR TD TS TS +TS(AVR)  TS(AVR) TS +TS(AVR) TD(AVR) Vector m« men tỉng víi AVR Vector m« men cđa AVR Texc Hình 0.5 Sơ đồ khối tuyến tính hệ máy phát nối lưới với kích từ, AVR PSS Hình 3.8 đồ thị vector thành phần mơ men có PSS Sơ đồ thể bù góc pha hợp lý nâng hệ số mơ men damping tổng hệ thống lên Hay nói cách khác trường hợp PSS điều khiển góc pha sức điện động cảm ứng bên máy phát phù hợp với ∆ω có xét đến trễ pha HTKT Từ phát này, trình hệ thống làm việc mà đảm bảo cho vector mô men tổng ln nằm góc phần tư thứ hệ thống giữ ổn định 17  Vector m« men cđa PSS TD(PSS) Vector m« men tỉng víi AVR vµ PSS TD +TD(AVR) +TD(PSS) T1 TD TS Vector mô men ch-a kể đến AVR TS +TS(AVR)+TS(PSS) S T +TS(AVR)  TD(PSS) TS(AVR) Vector m« men tỉng víi AVR TS +TS(AVR) TD(AVR) Vector m« men cđa AVR Texc Hình 0.6 Đồ thị vector thành phần mơ men với AVR & PSS 3.3 Phân tích cấu trúc PSS Về chức nhiệm vụ PSS phân tích Ở quan tâm cấu trúc PSS Hầu hết hãng sản xuất đưa giải pháp riêng mình,tuy nhiên theo chuẩn IEEE 421.5.2005 [9] chúng chia sau: PSS đầu vào đơn PSS đầu vào kép 3.3.1 PSS u vo n PSS1A Khâu lọc thông cao  f Pe 1+sT6 K PSS Kh©u läc xoắn sT w 1+sTw 1+A1s+A2s2 Khâu bù lead - lag 1+sT1 1+sT2 1+sT1 1+sT2 VS VPSSmax VPSS VPSSmin Hình 0.7 Sơ đồ khối PSS1A – loại đầu vào đơn 3.3.2 PSS đầu vào kép 18 3.3.2.1 PSS2A C¸c khâu lọc thông cao sTw1 1+sTw1 sT w2 1+sTw2 + 1+sT6 sTw3 1+sTw3 (1+sT8 ) N +  (1+sT9 )M  + K S1 1+sT1 1+sT2 1+sT3 1+sT4 VPSSmax VPSS VPSSmin K s3 Các khâu lọc thông cao Pe Hệ số khếch đại v-ợt pha Khâu lọc xo¾n sT w4 1+sTw4 K s2 1+sT7 Hình 0.8 Sơ PSS2A (IEEE 421.5.1995) 3.3.2.2 PSS2B Các khâu lọc th«ng cao  sT w1 1+sTw1 sTw2 1+sTw2 1+sT6 +  + (1+sT8 ) N +  (1+sT9 )M VPSSmax K S1 1+sT1 1+sT2 1+sT3 1+sT4 1+sT3 1+sT4 1+sT3 1+sT4 VPSS VPSSmin K s3 Các khâu lọc thông cao Pe Hệ số khếch đại v-ợt pha Khâu lọc xo¾n sT w3 1+sTw3 sTw4 1+sTw4 K s2 1+sT7 Hình 0.9 Sơ đồ khối PSS2B 3.3.2.3 PSS3B P e 1  sT K PSS sT w1  sT w1 + + Δω 1  sT sT  sT w3 K PSS  sT w2  sT w2  A1s  A 2s  A3s  A 4s  A5s  A6s  A7s  A8s Hình 0.10 Sơ đồ khối PSS3B V V PSSmax V S V PSSmin PSS 19 3.3.2.4 PSS4B  K L1 K L11+sTL1 1+sT L2 +sT L 1+sT L +sT L 1+sT L K L2 K L17 +sTL7 1+sT L8 +sT L 1+sT L 10 +sT L 11 1+sT L 12 +  L L-I V PSS max K I1 K I11 +sTI1 1+sT I2 +sT I 1+sT I +sT I 1+sT I +  I + +  V PSS + V PSS  K I2 K I17 +sTI7 1+sT I8 +sT I 1+sT I 10 +sT I 11 1+sT I 12 K H1 K H11+sTH1 1+sT H2 +sT H 1+sT H +sT H 1+sT H K H2 K H17+sTH7 1+sT H8 +sT H 1+sT H 10 +sT H 11 1+sT H 12 H +  H Hình 0.11 Sơ đồ khối PSS4B (Multi-band PSS) PSS4B cho phép làm việc ba dải tần số tách biệt tương ứng với dao động tần số thấp, tần số trung tần số cao Chúng sử dụng tín hiệu đầu vào sai lệch tốc độ ∆ω 3.4 Phân tích thành phần PSS2A/2B 3.4.1 Tín hiệu tốc độ Tốc độ trục đo trực tiếp, thu từ tần số tín hiệu điện áp bù xuất phát từ cực máy biến điện áp biến dòng điện Ở máy phát này, tốc độ lấy từ tín hiệu tần số bù sTw1 1+sTw1 sTw2 1+sTw2 Hình 0.12 Khâu lọc thơng cao 20 3.4.2 Tín hiệu cơng suất điện sTw3 1+sTw3 sTw4 1+sTw4 K S2 1+sT7 Hình 0.13 Khâu lọc thơng cao tích phân rút gọn Công suất điện đầu máy phát nhận từ điện áp thứ cấp biến áp đo lường dòng điện thứ cấp biến dòng đo lường Công suất lọc qua hai khâu lọc thơng cao để tạo tín hiệu sai lệch cơng suất cần thiết Sau tín hiệu tích phân chia cho số quán tính máy phát 2H để tạo tín hiệu tích phân sai lệch cơng suất điện 3.4.3 Tín hiệu cơng suất 3.4.4 Bù pha lựa chọn tín hiệu ổn định 3.4.5 Khâu giới hạn điện áp đầu cực 3.5 Kết luận chương Chương giải vấn đề sau: - Xây dựng mơ hình tốn học tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc hệ máy phát kết nối với HTĐ bị nhiễu loạn nhỏ tác động, dùng cho việc mô PSS sau – Trên đồ thị vector giải thích chất vật lý thành phần mô men chưa có AVR có AVR Kết phân tích cho thấy nhược điểm việc sử dụng AVR độ nhạy cao tạo nên thành phần mô men damping tăng theo chiều âm, khiến hoạt động máy phát không ổn định Bằng việc bổ sung thêm thành phần vector mô men pha với sai lệch tốc độ Δω khắc phục nhược điểm AVR Thành phần vector PSS tạo nên – Giới thiệu cấu trúc PSS theo chuẩn IEEE 421.5.2005, phân tích thành phần cấu trúc PSS2A/2B, tín hiệu tốc độ, tín hiệu cơng suất điện, tín hiệu cơng suất cơ, mạch bù pha, khâu giới hạn điện áp đầu cực Từ chọn PSS1A PSS2A hai loại PSS dùng nghiên cứu 21 Chương ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA PSS ĐỐI VỚI ỔN ĐỊNH GÓC TẢI 4.1 Phần mềm mô Matlab/Simulink Matlab phần mềm phục vụ thiết kế mô quen thuộc kỹ sư điều khiển Phần mềm cung cấp môi trường cần thiết cho mô hệ thống bao gồm tập hợp cơng cụ tính tốn, đồ hoạ 2D, 3D Đây phần mềm lập trình được, đặc điểm làm cho môi truờng Matlab ngày trở lên phong phú Simulink phần mềm hoạt động môi trường Matlab, chuyên dùng cho việc mô hình hố, mơ phân tích hệ thống Có thể sử dụng công cụ cho việc mô tuyến tính, phi tuyến miền liên tục hay gián đoạn Simulink toolboox làm việc tương thích matlab toolboox cung cấp cho người sử dụng thư viện điện tử công suất hệ truyền động phong phú, từ mơ hình vật lý đối tượng sau áp dụng thuật tốn xây dựng để điều khiển mơ hình Điều cho phép việc mơ hình hố gần với thực tế 4.2 Xây dựng sơ đồ mô Matlab/Simulink 4.2.1 Thông số phần tử mô (pu) 22 23 4.2.2 Kết mô 34.405 Without PSS PSS1A PSS2A 34.4048 34.4044 34.4042 34.404 34.4038 34.4036 Thoi gian (s) 10 Hình 0.1 Đáp ứng góc tải -6 x 10 Without PSS PSS1A PSS2A 1.5 Sai lech toc rotor (pu) Goc tai (do) 34.4046 0.5 -0.5 -1 Thoi gian (s) Hình 0.2 Đáp ứng sai lệch tốc độ 10 24 -5 Sai lech CSTD cua may phat (pu) x 10 Without PSS PSS1A PSS2A 1.5 0.5 -0.5 -1 -1.5 -2 Thoi gian (s) 10 Hình 0.3 Đáp ứng sai lệch CSTD Hình 4.8 – 4.10 kết mô với điện áp hệ thống V s  1pu ; công suất S  0,8  j 06pu ; trở kháng đường dây Re  0; X e  0,1pu Thời gian quan sát (0–10s), thời điểm 1s xuất dao động Ta thấy, không sử dụng PSS, góc tải, tốc độ, CSTD đầu máy phát dao động nhiều (trong khoảng thời gian quan sát chưa ổn định) Trường hợp sử dụng PSS1A góc tải dao động nhỏ xung quanh điểm làm việc, sau khoảng 4s góc tải trở điểm làm việc ban đầu (góc 34,40); tốc độ rơto ổn định nhanh, điện áp CSTD máy phát có xáo trộn chút nhanh chóng trở giá trị ban đầu Hiệu ổn định HTĐ xung quanh điểm làm việc cải thiện ta dùng PSS2A Hình 4.8 cho thấy, dùng PSS2A góc tải tăng cao khoảng 34,40490 sau 2,5s góc tải ổn định 34,40430 dùng PSS1A phải sau 4s góc tải ổn định Chất lượng ổn định tốc độ rôto CSTD máy phát tốt so với dùng PSS1A 4.3 Thí nghiệm Card R&D DS1104 thời gian thực 4.3.1 Giới thiệu Card điều khiển R&D DS1104 hãng dSPACE [7], [8] Card R&D DS1104 thiết bị điều khiển số đại sử dụng nhiều lĩnh vực: điều khiển động cơ, điều khiển robot, thực nghiệm máy bay, ô tô,… Card R&D DS1104 cho phép rút ngắn trình thực nghiệm nhờ kết nối trực 25 tiếp với phần mền mô Matlab – Simulink, Card R&D DS1104 hỗ trợ hầu hết khối hàm định nghĩa Matlab – Simulink lĩnh vực kể Card R&D DS1104 cung cấp thư viện Real–time Simulink, theo cổng I/O Card R&D DS1104 biểu diễn khối tương tự khối hỗ trợ Simulink Để hiệu chỉnh tín hiệu xuất nhập ta cần hiệu chỉnh thông số khối tương ứng Do việc truy xuất tín hiệu trở nên đơn giản nhiều so với phương pháp truyền thống Hình ảnh Card R&D DS1104 lắp đặt máy tính hình 4.11 Hình 0.4 Hình ảnh mặt mặt Card điều khiển R&D DS1104 Hình 0.5 Cổng kết nối connector Card điều khiển R&D DS1104 4.3.2 Xây dựng bàn thiết bị thí nghiệm Sơ đồ khối mơ tả mối liên hệ phần mền điều khiển thiết bị ngoại vi hình 4.13 26 Ngơn ngữ lập trình (thuật tốn) thực theo Real Time Mode (RTM) Card R&D DS1104 Thu thập giám sát liệu Liên kết với phần mềm Matlab Ossiloscope DP1104 Connector Hình 0.6 Mối liên hệ phần mềm điều khiển thiết bị ngoại vi 27 Hình 0.7 Sơ đồ bàn thiết bị thí nghiệm 4.3.3 Thiết lập mơi trường làm việc dùng cho thí nghiệm online 4.3.5 Kết thí nghiệm Với chu kỳ trích mẫu 0,0002s Thời gian quan sát từ đến 30s, nhiễu nhỏ xuất từ 0s a) Đáp ứng góc tải b) Đáp ứng sai lệch tốc độ (10-6) 28 c) Đáp ứng sai lệch CSTD (10-5) Hình 0.8 Đáp ứng theo thời gian thực Nhận xét: Kết thí nghiệm tương ứng với kết mô Matlab Chất lượng ổn định góc tải dùng PSS2A tốt (mầu xanh dương), thời gian quan sát từ đến 30s, mô thời gian quan sát từ đến 10s nên rõ 4.4 Kết luận chương Trong chương mô thành công ổn định HTĐ phần mềm Matlab/Simulink Đánh giá hiệu PSS ổn định góc tải hai trường hợp: i) hệ thống khơng sử dụng PSS có sử dụng PSS; ii) hệ thống sử dụng PSS1A PSS2A Kết mô kiểm chứng thí nghiệm Card R&D DS1104 hãng dSPACE Kết mô Matlab/Simulink thí nghiệm thời gian thực cho thấy hệ thống sử dụng PSS1A phải sau 4s góc tải ổn định Trong dùng PSS2A sau 2,5s góc tải ổn định, chất lượng ổn định tốc độ rôto CSTD máy phát tốt dùng PSS2A 29 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn tập trung phân tích ổn định HTĐ bị nhiễu nhỏ tác động, xây dựng mô hình tốn học trạm phát điện HTĐ phân tích cấu trúc PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005 Đồng thời đánh giá hiệu hai loại PSS vấn đề giảm dao động rôto (dao động điện tần số thấp) máy phát điện HTĐ (đã so sánh đánh giá hiệu loại PSS với nhau, khẳng định tính ưu việt PSS2A) Kết cụ thể luận văn là: - Xây dựng bước để thiết lập mơ hình tốn học tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc HTĐ gồm máy phát nối với qua đường dây tải điện - Mô thành công ảnh hưởng hai loại PSS theo chuẩn IEEE 421.5-2005 ổn định góc tải - Kiểm chứng kết nghiên cứu thí nghiệm theo thời gian thực Card R&D DS1104 hãng dSPACE phịng thí nghiệm Điện – Điện tử trường đại học KTCN - Góp phần tăng nguồn tư liệu phục vụ cho công tác học tập giảng dạy nhà trường; Làm tài liệu tham khảo cho chuyên gia cán kỹ thuật ngành Điện lực Kiến nghị Luận văn giúp cho nhà thiết kế kỹ sư vận hành HTĐ hiểu rõ chức năng, nhiệm vụ loại PSS sử dụng nhà máy điện nay, đồng thời giúp họ so sánh hiệu loại PSS với để làm sở cho việc lựa chọn HTKT có cài đặt chức ổn định HTĐ phù hợp với loại máy phát điện, loại dải tần số dao động HTĐ Kết nghiên cứu luận văn dùng việc khảo sát HTĐ gồm máy phát nối với hệ thống qua đường dây tải điện Việc áp dụng tính tốn cho nhiều máy phát hướng nghiên cứu luận văn 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lã Văn Út (2000), Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Đức Ninh (2011), Nghiên cứu thiết kế điều khiển cho thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất PSS, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, chuyên ngành TĐH, ĐH Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên [3] Tài liệu chuyên đề Vận hành máy phát thuỷ điện (2006) Trường đại học điện lực NXB Lao động – Xã hội Hà Nội [4] Nguyễn Hiền Trung, Nguyễn Như Hiển (2008–2009), Nghiên cứu ổn định HTĐ (PSSs), thiết bị FACTS điều khiển phối hợp chúng việc tăng cường ổn định dao động HTĐ, Đề tài NCKH cấp Bộ, mã số B2008–TN02– 04 [5] YATHOTOU VA (2008), Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển kích từ cho máy phát nhà máy thuỷ điện, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành HTĐ, ĐH Bách khoa Hà Nội Tiếng Anh [6] Boldea,I (2006), Synchronnous generators Taylor & Francis Group, LLC [7] dSPACE (2005), RTI and RTI-MP Implementation Guide for release 5.0 [8] dSPACE (2005), ControlDesk Experiment Guide for release 5.0 [9] IEEE Recommmended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies, IEEE Stadard 421.5-2005 [10] E.V Larsen, and D.A Swann, "Applying power system stabilizers, part I; general concepts, part II; performance objectives and turning concepts, part III; practical considerations," IEEE Trans on power apparatus and system, vol PAS-100, 1981, pp 3017-3046 [11] P Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw-Hill Book [12] P Kundur, J Paserba, et al., “Definition and classification of power system stability,” IEEE transactions on power system, vol 19, 1981, no.2 May 2004, pp 1387-1401 [13] [14] Saadat, Hadi (2004), Power System Analysis, International Edition, Singapore James D McCalley, Dynamic Analysis (2001S, 2002S, 2003S, 2009S) Students in the 2002 offering of this course included industry engineers taking the course offcampus using videostreaming [15] Sauer Peter W and Pai M A (1998), Power System Dynamics and Stability, Pretice Hall ... mục tiêu qua phân tích ổn định HTĐ phân tích cấu trúc PSS theo chuẩn IEEE 421. 5- 20 05, thấy cần thiết PSS việc nâng cao ổn định HTĐ Đồng thời đánh giá hiệu loại PSS vấn đề ổn định góc rôto máy... PSS 3.3 Phân tích cấu trúc PSS Về chức nhiệm vụ PSS phân tích Ở quan tâm cấu trúc PSS Hầu hết hãng sản xuất đưa giải pháp riêng mình,tuy nhiên theo chuẩn IEEE 421. 5. 20 05 [9] chúng chia sau: PSS. .. Goc tai (do) 34.4046 0 .5 -0 .5 -1 Thoi gian (s) Hình 0.2 Đáp ứng sai lệch tốc độ 10 24 -5 Sai lech CSTD cua may phat (pu) x 10 Without PSS PSS1A PSS2 A 1 .5 0 .5 -0 .5 -1 -1 .5 -2 Thoi gian (s) 10 Hình