Đây là khối chuyển đổi từ hệ quy chiếu dq0 sang hệ quy chiếu abc
Từ biểu thức 3.13 ta có các phương trình = =] + =] = − =]+ =] = + < 4 = −12 − 1 √3 + < i´ = −12 + 1 √3 + <
Mô phỏng bằng các biểu thức trong simulink khối chuyển đổi hệ quy chiếu
Hình 3.12 Sơđồ mô phỏng khối chuyển đổi từ dqr sang abc Khối rút gọn:
Với các thông sốđầu vào =] = cos_2ℎ/2^3 =] = sin_2ℎ/2^3
; ; < Các thông sốđầu ra ; 4; 7 3.10. Mô phỏng khối xuất dữ liệu từ máy phát ra P; Q, I, V. Hình 3.13 Sơđồ mô phỏng khối xuất dữ liệu từ máy phát Khối rút gọn : Với các thông số ngõ ra Điện áp µ(2) = ¶µ + µ Dòng điện (2) = ¶ _;t§+ _;t§ Công suất ;t§ = µ . ·y¸ + µ . ·y¸ = µ . + µ .
Sơđồ khối tổng quát mô phỏng SIMULINK máy phát đồng bộ
Tổng hợp từ các sơ đồ mô phỏng chi tiết trên ta có sơ đồ mô phỏng tổng quát máy điện đồng bộ như sau:
Hình 3.14 Sơđồ khối tổng quát máy phát đồng bộ
Với các thông sốđầu vào dùng để mô phỏng máy phát:
− Thay đổi điện áp kích từ
− Thay đổi môment cơ khí tác động lên trục rotor
− Thay đổi điện áp lưới tác dụng lên stator máy phát Các thông sốđầu ra cần khảo sát
− Điện áp và dòng điện (hiệu dụng) của stator máy phát điện
− Công suất hữu công và vô công
− Góc công suất
− Môment điện tức thời
− Dòng điện tức thời pha a của stator máy phát
Giữ nguyên tần sốđiện, và nhập các thông số của máy phát điện 330 MW của nhà máy Ô Môn.
Chương 4
VIẾT CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUẢ CHẠY MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA
4.1. Viết chương trình nhập thông số máy phát điện đồng bộ 3 pha.
Để nhập thông số cho chương trình mô phỏng trên, 1 file NHAPTS_MF được
viết để có thể nhập các thông số từ các máy phát điện đồng bộ 3 pha khác nhau cho mục đích khảo sát và không cần thiết phải thay đổi nhiều trong mô hình mô phỏng.
Nội dung trong file “NHAPTS_MF” cụ thể với các thông số được lấy từ máy
phát điện đồng bộ 3 pha được lắp đặt tại nhà máy điện Ô Môn, xem Phụ lục 1.
4.2. Viết chương trình chạy mô phỏng và tính toán các thông số máy phát trong
đơn vị tương đối.
Để chạy chương trình đã mô phỏng và vẽ đồ thị khảo sát các thông số như Vt,
It, P, Q, if… ta cũng viết một chương trình “CT_MOPHONG” để liên kết với phần
mô phỏng máy điện bằng Simulink và file “NHAPTS_MF”. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nội dung của chương trình phải có những chương trình con bao gồm các bước: Tính các thông số cơ bản
Tính các giá trịđiện kháng trong hệ quy chiếu dq0 Tính toán thông số trong hệđơn vịđơn vị tương đối Điều kiện đầu để chạy mô phỏng
Chọn tín hiệu đầu vào để khảo sát Vẽđồ thị theo thời gian
Khi chạy chương trình ta chọn tín hiệu đầu vào và thay đổi thông số cần khảo sát bao gồm.
Điện áp kích từ cung cấp cho rotor máy phát.
Nội dung cụ thể của chương trình xem phụ lục 2.
Để chạy chương trình và nhập các thông số, thời gian cần khảo sát ta mở chương trình Matlab xong, ta mở file chương trình cần chạy mô phỏng, mở file
“CT_MOPHONG” và di chuyển con trỏđến phần
% CHON TIN HIEU DAU VAO DE KHAO SAT % thay đổi các thông sốđầu
vào cần khảo sát nhưđiện áp kích từVf ; điện áp lưới Vt; mô ment cơ khí tác dụng lên trục Tmech giá trị công suất P; Q và thời gian cài đặt giá trị cần thay đổi như
Vm_time, Ex_time, Tmech_time… nhấn nút “Save” để lưu lại chương trình
Tại cửa sổ dòng lệnh “command window” >> ta nhập tên chính xác để gọi
chương trình : “CT_MOPHONG” và nhấn Enter.
Chương trình sẽ xuất hiện 1 số dòng lệnh và cảnh báo mời Nhập thông số máy phát điện cần chạy chương trình như ví dụ : NHAPTS_MF.
Tại dòng lệnh: Nhap ten file > ta nhập tên chương trình cần gọi
“NHAPTS_MF” và nhấn Enter.
Màn hình Command Window cũng xuất hiện một số dòng cảnh báo và xuất
hiện thêm một cửa sổ window “CHON THONG SO CAN KHAO SAT”.
ta nhấn vào cửa sổ mà ta chọn thông sốđầu vào thay đổi cần
khảo sát như “VH O TAI DINH MUC”; “THEO DIEN AP KICH TU Ex” ; “THEO
MOMENT Tmech” và “THEO DIEN AP LUOI Vm” để chương trình chọn phần
thông số thay đổi cần khảo sát để chạy chương trình.
Tiếp đến ở dòng lệnh K >> ta nhập tên file mô phỏng máy phát điện “SDMP_MF” để gọi chương trình mô phỏng máy phát điện ra và nhấn nút start simulation “ ” để chạy chương trình.
Để vẽđồ thị các thông số cần khảo sát theo thời gian ta quay lại trang màn hình command window, tại dòng lệnh K >> ta nhập “return” để xuất ra màn hình các đồ thị cần mong muốn khảo sát.
Để lưu các đồ thị cần khảo sát hay chỉnh sửa hoặc in ra lưu trữ thành các file .pdf ta vào từng màn hình đồ thịđể chỉnh sửa, định dạng, canh lề…
Một màn hình cửa sổ window xuất hiện
nếu tiếp tục chạy chương trình ta nhấn nút cửa sổ “TIEP TỤC CHAY CT” để khảo sát tiếp tục. Các bước chạy chương trình và khảo sát tuần tự như trên. Để thoát khỏi chương trình ta nhấn nút cửa sổ “THOAT KHOI CT” và đóng cửa sổ Matlab, các trang cửa sổ màn hình khác tựđộng đóng theo.
4.3. Kết quả chạy mô phỏng
4.3.1. Kết quả mô phỏng chếđộ vận hành máy phát điện đồng bộ 3 pha với
các thông sốởđịnh mức. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các thông sốđầu vào cài đặt cho quá trình mô phỏng trong đơn vị tương đối
Vt = 1 ; Vf = 1 ; P = 1 ; Q = 1 ;
Thời gian cho quá trình mô phỏng cài đặt tstop = 5 (s) Vm_time = [ 0 tstop ]; Vm_value = [ 1 1 ]*Vm; Tmech_time = [ 0 tstop ]; Tmech_value = [ 1 1 ]*Tmech; Ex_time = [ 0 tstop ]; Ex_value = [ 1 1 ]*Ef0; .
Hình 4.1 (a)Đồ thị mô phỏng điện áp và dòng điện Stator với các thông số vận hành bình thường ởđịnh mức
Hình 4.1 (b)Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công với các thông số vận hành bình thường ởđịnh mức
Hình 4.1 (c)Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment với các thông số vận hành bình thường ở tải định mức
Hình 4.1 (d)Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời pha a với các thông số vận hành bình thường ở tải định mức
Nhận xét:
Với điều kiện đầu chọn cho quá trình mô phỏng vận hành bình thường máy phát điện ở tải định mức P = 1 (pu) và Q = 1 (pu). Các thông số như dòng điện Stator, công suất P, Q, dòng điện kích từ chỉ dao động rất bé ở thời điểm đầu và ổn định sau 5 s từ lúc bắt đầu chạy thử nghiệm, với điện áp lưới giữổn định suốt thời gian chạy thử nghiệm.
4.3.2. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chếđộ thiếu kích từ
Mô phỏng máy phát vận hành dưới chếđộ thiếu kích từ với các thông sốđầu vào trong đơn vị tương đối như sau:
P = 1 ; Q = 1 ; Vt = 1; Vf = 0.9
Giá trị cài đặt: tstop = 8 (s) ;Ở thời điểm đầu điện áp kích từđặt bằng 1, ở thời điểm 0,2 s điện áp kích từ giảm còn 0,9 và giữđến hết quá trình mô phỏng.
Ex_time = [ 0 0.2 0.2 tstop ] ; Ex_value = [ 1 1 .9 .9 ] ;
Hình 4.2 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp và dòng điện stator vận hành ở chế độ thiếu kích từ
Hình 4.2 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công vận hành ở chếđộ thiếu kích từ
Hình 4.2 (c)Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment vận hảnh ở chếđộ thiếu kích từ
Hình 4.2 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời stator vận hành ở chếđộ thiếu kích từ
Nhận xét : Giống như vận hành ở chếđộ vận hành bình thường các thông số dần ổn định sau 5 s, do điện áp kích từ trong chếđộ mô phỏng giảm từ 1 về 0,9 nên dòng điện Stator giảm ổn định về giá trị mới tương ứng. Công suất hữu công không thay đổi, công suất vô công cũng giảm ổn định về giá trị mới tương ứng. Góc công suất so với chế độ vận hành bình thường ở tải định mức có tăng lên, môment không thay đổi. Dòng kích từ giảm ổn định về giá trị mới, dòng tức thời stator không thay đổi so với chếđộ vận hành bình thường ở tải định mức.
So sánh với thử nghiệm thực tế trên thiết bị ngày 25/10/2011 ta có các thông số thay đổi khi giảm điện áp kích từ như trong hình 4.2 (e) ta thấy thực tế khi giảm điện
áp kích từ điện áp máy phát giảm theo do máy phát có cống suất lớn (330 MW) ảnh
hưởng lớn đến hệ thống mà công suất thực giữ nguyên nên dòng điện không giảm để giữ nguyên được công suất thực của máy phát phát ra hệ thống.
Khi giảm dòng kích từ thì giống như trong quá trình mô phỏng công suất phản kháng giảm theo, hệ số công suất tăng theo. Khi công suất phản phán bằng 0, hệ số công suất bằng 1, nếu tiếp tục giảm dòng kích từ thì dòng điện máy phát sẽ tăng lên.
Máy phát đang nhận thêm vô công từ lưới điện để từ hóa mạch từ. Điều này trong quá trình mô phỏng không thể hiện vì ta đang đặt là máy phát đang phát công suất P, Q định mức lên hệ thống vô cùng lớn chưa làm máy phát nhận công suất Q để từ hóa mạch từ, nên dòng điện stator chưa tăng
Thông số trước khi thử nghiệm:
Công suất thực của máy phát 310,1 MW
Công suất vô công của máy phát 193,3 Mvar
Điện áp của máy phát (R – S) 15,77 kV
Dòng điện pha A máy phát 11,9 kA (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ số công suất của máy phát 0,92 PF
Điện áp kích từ 374,1 V
Dòng điện kích từ 3295 A
Thông số sau khi thử nghiệm :
Công suất thực của máy phát 310,2 MW
Công suất vô công của máy phát - 33,4 Mvar
Điện áp của máy phát (R – S) 13,91 kV
Dòng điện pha A máy phát 12.94 kA
Hệ số công suất của máy phát -0,99 PF
Điện áp kích từ 317,1 V
Dòng điện kích từ 2793 A
Cả hai trường hợp mô phỏng và thực tếđều cho thấy rằng khi ta giảm dòng kích từ bằng cách giảm điện áp kích từ là giảm một lượng công suất vô công phát ra, nhưng công suất hữu công không thay đổi, dòng điện stator máy phát giảm (trong trường hợp mô phỏng) hoặc giữ nguyên (trong điều kiện thử nghiệm thực tế) do ảnh hưởng của điện áp lưới tác động lên máy phát tăng hay giảm tùy thuộc vào hệ số công suất hay lượng công suất vô công giảm theo tương ứng.
4.3.3. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chếđộ quá kích từ.
Mô phỏng máy phát vận hành dưới chếđộ quá kích từ với các thông số đầu vào
trong đơn vị tương đối như sau: P = 1 ; Q = 1 ; P = 1; Vt = 1
Giá trị cài đặt : stop = 8 (s) ;
Ex_time = [ 0 0.2 0.2 tstop]; Ex_value = [ 1 1 1.1 1.1 ] ;
Ở thời điểm đầu của quá trình mô phỏng điện áp kích từđược đặt bằng 1, đến thời điểm 0,2 s điện áp kích từ tăng lên 1,1 và giữđến hết quá trình mô phỏng
Hình 4.3 (a)Đồ thị mô phỏng điện áp và dòng điện stator máy phát vận hành ở chếđộ quá kích từ
Hình 4.3 (b)Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công của máy phát vận hành ở chếđộ quá kích từ
Hình 4.3 (c)Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment của máy phát vận hành ở chếđộ quá kích từ
Hình 4.3 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời stator vận hành ở chếđộ quá kích từ
Nhận xét
Giống như vận hành ở chếđộ vận hành bình thường và chế độ thiếu kích từ các thông số cũng dần ổn định sau 5 s. do điện áp kích từ trong chế độ mô phỏng tăng từ 1 lên 1.1 nên dòng điện Stator tăng ổn định lên giá trị mới tương ứng.
Công suất hữu công không thay đổi, công suất vô công tăng ổn định về giá trị mới tương ứng.
Góc công suất so với chếđộ vận hành bình thường ở tải định mức giảm ổđịnh về giá trị mới. Môment không thay đổi.
Dòng kích từ tăng lên và ổn định ở giá trị mới, dòng tức thời stator không thay đổi so với chếđộ vận hành bình thường ở tải định mức.
So sánh với thử nghiệm thực tế quá kích từ máy phát ngày 31/01/2011 theo hình
4.3 (e)
Thông số trước khi thử nghiệm : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Công suất thực của máy phát 330,6 MW
Công suất vô công của máy phát 140,2 Mvar
Điện áp của máy phát (R – S) 15,77 kV
Dòng điện pha A máy phát 11,9 kA
Hệ số công suất của máy phát 0,92 PF
Điện áp kích từ 374,1 V
Dòng điện kích từ 3295 A
Thông số sau khi thử nghiệm :
Công suất thực của máy phát 310,2 MW
Công suất vô công của máy phát 212,1 Mvar
Điện áp của máy phát (R – S) 16,43 kV
Dòng điện pha A máy phát 12.6 kA
Hệ số công suất của máy phát 0,84 PF
Điện áp kích từ 410,8 V
Dòng điện kích từ 3618,3 A
Giống như quá trình mô phỏng khi tăng điện áp kích từ máy phát từ 374,1 V lên 410 V các thông số máy phát nhưđiện áp, dòng điện máy phát, công suất vô công đều tăng lên, công suất thực của máy phát giữ nguyên. Điện áp của máy phát trong quá trình thử nghiệm thực tế có tăng lên do máy phát có công suất lớn 330 MW cũng làm ảnh hưởng đến hệ thống. Còn trong điều kiện mô phỏng ta đặt điện áp lưới luôn luôn bằng 1, do kết lưới hệ thống vô cùng lớn
4.3.4. Kết quả mô phỏng vận hành máy phát ở chếđộ mất kích từ
Mô phỏng máy phát vận hành dưới chế độ mất kích từ với các thông số đầu vào trong đơn vị tương đối như sau:
P = 1 ; Q = 1 ; Vt = 1;
Ở thời điểm đầu điện áp kích từđựôc cài đặt bằng 1, ở thời điểm 0,2 s mất điện áp kích từ giữ suốt quá trình mô phỏng
Ex_time = [ 0 0.2 0.2 tstop]; Ex_value = [ 1 1 0 0 ] ;
Hình 4.4 (a)Đồ thị mô phỏng điện áp, dòng điện stator máy phát vận hành trong trường hợp mất kích từ
Hình 4.4 (b)Đồ thị mô phỏng công suất hữu công, vô công của của máy phát vận hành trong trường hợp mất kích từ
Hình 4.4 (c)Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment của máy phát vận hành trong trường hợp mất kích từ
Hình 4.4 (d)Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời máy máy vận hành trong trường hợp mất kích từ
Nhận xét:
Trong khoảng thời gian đầu 5 s các thông số vận hành chưa thay đổi nhiều, sau 5 s các tất cả các thông số như dòng điện, công suất hữu công, vô công, góc công suất, môment, dòng kích từ, dòng tức thời stator bắt đầu dao động và dẫn đến mất đồng bộ. Biên độ dao động của dòng điện stator máy phát là rất lớn, công suất vô công máy phát giảm về giá trị âm do máy phát phải nhận 1 lượng vô công lớn để từ hoá mạch từ.
Do chỉ là mô hình mô phỏng nên thông sốđầu vào là điện áp máy phát ta xem
như không thay đổi do máy phát kết lưới vô cùng lớn.
Trên thực tế khi xảy ra mất kích từ máy phát nếu các rơ le bảo vệ không làm việc không cắt máy phát ra khỏi lưới thì điều này sẽ làm ảnh hưởng rất lớn đến ;lưới có thể dẫn đến tan rã hệ thống do máy phát phải nhận 1 lượng vô công lớn từ lưới làm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
bảo vệ sẽ làm việc. Ngoài ra để bảo vệ máy phát do mất kích từ làm dòng điện stator tăng cao rất dễ xảy ra hư hỏng lớn đối với máy phát và các thiết thiết bị kết vào nó