Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý tạo ra cơng suất giảm chấn.
Cĩ hai phần chính để sinh ra cơng suất giảm chấn đĩ là cuộn dây kích từ và cuộn dây giảm chấn [3], Cuộn dây giảm chấn D (damper wingding) là nguồn chính để giảm chấn trong máy phát điện đồng bộ.
Hình 3.4 nguyên lý tạo ra cơng suất giảm chấn PD trong cuộn dây giảm chấn, khi từ thơng do cuộn dây kích từ biến thiên trong quá trình quá độ, thì trong cuộn dây giảm chấn xuất hiện dịng điện và sinh ra cơng suất giảm chấn, ở trạng thái bình thường từ thơng xuyên qua cuộn dây giảm chấn khơng biến thiên nên PD=0.
Vs 3P 4 P 1 sT 1 sT 1P 2 P 1 sT 1 sT KP Input WP WP sT 1 sT Output Khối
Luận văn tốt nghiệp Trang 28
Hình 3.5 cuộn dây giảm chấnđược đặt trên rotorcĩ tỉ số điện trở/điện cảm cao và nĩ hoạt động như một roto lồng sĩc ngắn mạch.
Hình 3.5. Cuộn dây giảm chấn D được đặt trên rotor máy phát.
trạng thái trước quá độ cuộn dây này hoạt động như là màng chắn và làm thay đổi từ thơng phần ứngϕa khơng xuyên qua chúng (như hình 4.6).
trạng thái quá độ từ thơng mĩc vịng qua stator khe hở rotor nĩ sẽ quay cùng tốc độ đồng bộ, và xuyên qua cuộn dây giảm chấn cảm ứng một sức điện động và dịng điện trong nĩ. Khi tốc độ rotor ω khác với tốc độ đồng bộ ωs. Dịng điện cảm ứng này sẽ sinh ra mơ men giảm chấn, theođịnh luật Lent, Rotor cĩ xu hướng phục hồi lại tốc độ đồng bộ.
Việc cộng thêm mơment giảm chấn này chỉ xuất hiện khi: ω ≠ ωs và tỉ lệ với độ lệch tốc độ: Δω = dδ/dt, Cơng suất giảm chấn: PD= DΔω, trong đĩ D là hệ số giảm chấn.
Luận văn tốt nghiệp Trang 29
Hình 3.6. Đường đi từ thơng phần ứng ở các trạng thái khác nhau: a,trạng thái trước quá độ (hiệu ứng chắn của cuộn dây giảm chấn và của cuộn dây kích từ); b,trạng
Luận văn tốt nghiệp Trang 30 Chương 4
XÂY D NG MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐI N
Từ các phương trình trạng thái của máy điện chúng ta xây dựng mơ hình Simulink trong Matlab để mơ phỏng [2]:
4.1 Phương trình gĩc cơng suất củamáy phát điện
Gĩc cơng suất (gĩc máy phát hoặc hay gĩc rotor) được ký hiệu là δg (hay δ) là gĩc giữa vector điện áp trên đầu cực máy phát Vg và vector sức điện động Ef như hình 5.1.
Hình 4.1. Máy phát điện đồng bộ: a, sơ đồ mạch tương đương; b sơ đồ vector. Phương trình gĩc cơng suất:
B m mo d (S S ) dt (4.1) Trong đĩ:
δ Gĩc Rotor của máy phát đơn vị radian.
ωB Tốc độ Rotor cơ bản đơn vị rad/sec
Sm Tốc độ Rotor đơn vị p.u.
Luận văn tốt nghiệp Trang 31 4.2 Phương trình độ lệch tốc độ m m mo m e dS 1 D(S S ) T T dt 2H (4.2) Trong đĩ: H Hệ số quán tính. D Hệ số giảm chấn.
Tm Cơng suất cơ cấp vào đơn vị p.u.
Te (hay Pe) là cơng suất điện phát ra đơn vị p.u.
Từ hai phương trình (4.1), (4.2) ta xây dựng sơ đồ mơ phỏng gĩc cơng suất của máy phát điện trong Matlab:
Hình 4.2. Mơ hình Simulink để tính gĩc cơng suất của máy phát điện trong Matlab.
4.3 Phương trình sức điện động quá độ trục q của máy phát điện
' q ' ' q d d d fd ' do dE 1 E (x x )i E dt T (4.3) Trong đĩ:
Luận văn tốt nghiệp Trang 32
xd Điện kháng đồng bộ dọc trục d đơn vị p.u. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
x'd Điện kháng quá độ dọc trục d đơn vị p.u.
xq Điện kháng đồng bộ trục q đơn vị p.u.
x'q Điệnkháng quá độ trục q đơn vị p.u.
Sơ đồ mơ phỏng tính sức điện động quá độ trục q của máy phát điện trong Matlab:
Hình 4.3. Mơ hình Simulink để tính thành phần sức điện động E’q.
4.4 Phương trình tính sức điện động quá độ trục d (E’d)
' ' ' d d q q q ' qo dE 1 E (x x )i dt T (4.4) Trong đĩ:
T'qo Hằngsố thời gian hở mạch trục q đơn vị giây
Hình 4.4. Mơ hình Simulink để tính thành phần E’d.
4.5 Phương trình cơng suất trên đầu cực máy phát
' ' ' '
e d d q q d q d q
Luận văn tốt nghiệp Trang 33
Hình 4.5. Mơ hình Simulink để tính cơng suất trên đầu cực máy phát.
4.6 Phương trình tính điện áp trục q của máy phát
' '
q d d q
E x i v (4.6)
vq x ie dE cosb (4.7)
4.7 Phương trình tính điện áp trục d của máy phát
' '
d q q d
E x i v (4.8)
vd x ie q E sinb (4.9)
4.8 Phương trình tính dịng điện trục d của máy phát
' b q d ' e d E cos E i x x (4.10)
4.9 Phương trình tính dịng điện trục q của máy phát (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
' b q q ' e q E sin E i x x (4.11)
Luận văn tốt nghiệp Trang 34
Hình 4.6. Mơ hình Simulink để tính tính dịng điện id, iq của máy phát.
Hình 4.7. Mơ hình Simulink để tính điện áp trên đầu cực máy phát Vt.
Luận văn tốt nghiệp Trang 35 4.10 Bộ ổn định PSS thơng thường theo IEEE chuẩn PSS1A
Hình 4.9. Sơ đồ khối bộ PSS [2].
KP: Độ lợi, Bộ lọc thơng, Khối bù pha hai tầng cĩ hằng số thời gian T1P, T2P và T3P, T4P ; TWP là hằng số thời gian bộ lọc thơng; Δω là độ lệch tốc độ và VSlà tín hiệu ổn định ngõ ra của PSS. Vs 3P 4 P 1 sT 1 sT 1P 2 P 1 sT 1 sT KP Input WP WP sT 1 sT Output Khối
Luận văn tốt nghiệp Trang 36
Tổng hợp các mơ hình ta được mơ hình của máy phát nối vào đường dây truyền tải:
Hình 4.10. Mơ hình mơ phỏng tính gĩc cơng suất δ, cơng suất điện Pe, điện áp trên đầu cực máy phát Vt trong SIMULINK.
Luận văn tốt nghiệp Trang 37 Chương 5
K T QU MƠ PH NG
5.1 Thơng số của Hệ thống máy phát, đường dâykhi chạy bằng Matlab – Simulink 1. Máy phát Generator: H=3.542, D = 0, Xd=1.7572, Xq=1.5845, X’d=0.4245, X’q=1.04, T’do=6.66, T’qo=0.44, Ra=0, Pe=0.6, δ0=44.370. 2. Lưới truyền tải R=0, Xe=0.68, G=0, B=0
3. Cấu trúc bộ CPSS của IEEE theo chuẩn 421.5
KPSS = 0.0403, T1 = T3 = 0.7827, T2 = T4 = 0.0651, T5 = 5.7049, T6= 0.0069.
4. Các thơng số sử dụng để mơ phỏng
Tất cảcác thơng số như điện trở, điện cảm, đơn vị là p.u. Thời gian được tính bằng giây.
Luận văn tốt nghiệp Trang 38 5.2 Sơ đồ tổng quan các khối mơ ph ng trên Matlab
Luận văn tốt nghiệp Trang 39 5.3 Mơ hình nghiên cứu
Cho hệ thống như hình 5.1 máy phát điện được nối vào thanh cái vơ hạn thơng qua 2 đường dây truyền tải.
Hình 5.1 Mơ hình máy phát nối vào hệ thống truyền tải.
Tín hiệu độ lệch tốc độ Δω từ đầu cực máy phát và đưa vào bộ PSS, chúng ta mơ phỏng ba trạng thái thơng qua bộ chuyển đổi mạch (Switch) để so sánh kết quả ổn định đĩ là:
Trạng thái 1: khơng cĩ Bộ PSS.
Trạng thái 2: cĩ bộ PSS thơngthường (CPSS). Trạng thái 3: cĩ bộ PSS-PSO.
Luận văn tốt nghiệp Trang 40
Sau khi tín hiệu qua bộ PSS sẽ được đưa vào bộ kích từ của máy phát. Hai trường hợp để mơ phỏng đĩ là:
Trường hợp 1: khi đang mang tải thì xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát điện. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trường hợp 2: tải thay đổi đột ngột.
5.4 Trường hợp 1 khi đang mang tải thì xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát điện.
5.4.1 Cơng suất điện khi xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát
Hình 5.2. Cơng suất điện khi xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát. Hình 5.2. trình bày cơng suất điện, máy phát đang mang tải 0.6 p.u thì xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát tại thời gian t = 1 giây, sau thời gian 0.1 giây sự cố được loại trừ, hệ thống trở lại bình thường sau 10 giây.
Luận văn tốt nghiệp Trang 41
Nhận xét: Các kết quả mơ phỏng cho thấy Bộ ổn định PSO PSS làm cho cơng suất điện dao động cĩ biên độ nhỏ hơn, thời gian ổn định ngắn hơn, vì vậy nĩ đã cải thiện trạng thái ổn định của máy phát, nâng cao đặc tính ổn định động của hệ thống.
Giới hạn ổn định động:
NO PSS C PSS PSO PSS
max Pe (p.u) 2.2 1.8 1.6
Thời gian trở lại bình thường (s)
10 8 3.5
5.4.2 Độ lệch tốc độ Rotor khi xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát.
Luận văn tốt nghiệp Trang 42
Hình5.3 trình bày độ lệch tốc độ Rotor, máy phát đang mang tải 0.6 p.u thì xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát tại thời gian t = 1 giây, sau thời gian 0.1 giây sự cố được loại trừ hệ thống trở lại bình thường sau 10 giây.
Nhận xét: Các kết quả mơ phỏng cho thấy Bộ ổn định PSO PSS làm cho Độ lệch tốc độ Rotordao động cĩ biên độ nhỏ hơn, thời gian ổn định ngắn hơn, vì vậy nĩ đã cải thiện trạng thái ổn định của máy phát, nâng cao đặc tính ổn định động của hệ thống.
Giới hạn ổn định động:
NO PSS C PSS PSO PSS
max Δω (Rad/s) 8.2 6.8 6.7
Thời gian trở lại bình thường (s)
Luận văn tốt nghiệp Trang 43 5.4.3 Gĩc cơng suất khi xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát
Hình 5.4. Gĩc cơng suất khi xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát. Hình 5.4 trình bày gĩc cơng suất, máy phát đang mang tải 0.6 p.u thì xảy ra ngắn mạch trên đầu cực máy phát tại thời gian t = 1 giây, sau thời gian 0.1 giây sự cố được loại trừ hệ thống trở lại bình thường sau 10 giây.
Nhận xét: Các kết quả mơ phỏng cho thấy Bộ ổn định PSO PSS làm cho Gĩc cơng suất dao động cĩ biên độ nhỏ hơn, thời gian ổn định ngắn hơn, vì vậy nĩ đã cải thiện trạng thái ổn định của máy phát, nâng cao đặc tính ổn định động của hệ thống.
Giới hạn ổn định động:
NO PSS C PSS PSO PSS
max δ (Rad) 2.48 2.28 2.18
Thời gian trở lại bình thường (s)
Luận văn tốt nghiệp Trang 44 5.5 Trường hợp 2 thay đổi cơng suất phụ tải bất ngờ
5.5.1 Cơng suất điện trên đầu cực máy phát khi thay đổi cơng suất.
Hình 5.5. Cơng suất điện trên đầu cực máy phát khi thay đổi cơng suất.
Hình 5.5. Trình bày cơng suất điện trên đầu cực máy phát, máy phát đang vận hành ở tải 0.6 p.u tại 1 giây phụ tải bất ngờ giảm tải xuống 0.3 p.u đến vị trí 10 giây hệ thống ổn định. Tại 10 giây tải bất ngờ tăng đến 0.5 p.u hệ thống ổn định ở giây thứ 20. Điều này đảm bảo cho máy phát ổn định trong các tình huống vận hành. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Luận văn tốt nghiệp Trang 45
Nhận xét: Các kết quả mơ phỏng cho thấy Bộ ổn định PSO PSS làm cho cơng suất điện dao động cĩ biên độ nhỏ hơn, thời gian ổn định ngắn hơn, vì vậy nĩ đã cải thiện trạng thái ổn định của máy phát, nâng cao đặc tính ổn định động của hệ thống.
Giới hạn ổn định động:
NO PSS C PSS PSO PSS
max Pe (p.u) 0.45 0.42 0.37
Thời gian trở lại bình thường (s)
10 9 4.5
5.5.2 Gĩc cơng suất delta của máy phát khi cơng suất phụ tải thay đổi.
Hình 5.6. Gĩc cơng suất delta của máy phát khi cơng suất phụ tải thay đổi. Hình 5.6 trình bày gĩc cơng suất của máy phát, máy phát đang vận hành ở tải 0.6 p.u ứng với gĩc delta là 1.6 p.u. Tại 1 giây phụ tải bất ngờ giảm tải xuống 0.3 p.u đến vị trí 10 giây hệ thống ổn định ứng với gĩc delta là 0.8 p.u. Tại 10 giây tải bất ngờ tăng đến 0.5 p.u hệ thống ổn định ở giây thứ 20 ứng với gĩc delta là 1.3 p.u.
Luận văn tốt nghiệp Trang 46
Nhận xét: Các kết quả mơ phỏng cho thấy Bộ ổn định PSO PSS làm cho Gĩc cơng suất dao động cĩ biên độ nhỏ hơn, thời gian ổn định ngắn hơn, vì vậy nĩ đã cải thiện trạng thái ổn định của máy phát, nâng cao đặc tính ổn định động của hệ thống.
Giới hạn ổn định động:
NO PSS C PSS PSO PSS
max δ (Rad) 1.2 1.19 1
Thời gian trở lại bình thường (s)
10 9 5
5.5.3 Độ lệch tốc độ của máy phát khi cơng suất phụtải thay đổi.
Hình 5.7. Độ lệch tốc độ của máy phát khi cơng suất phụ tải thay đổi.
Hình 5.7 trình bày độ lệch tốc độ của máy phát, máy phát đang vận hành ở tải 0.6 p.u. Tại 1 giây phụ tải bất ngờ giảm tải xuống 0.3 p.u đến vị trí 10 giây hệ
Luận văn tốt nghiệp Trang 47
thống ổn định độ lệch tốc độ bằng 0. Tại 10 giây tải bất ngờ tăng đến 0.5 p.u hệ thống ổn định ở giây thứ 20 độ lệch tốc độ bằng khơng.
Nhận xét: Các kết quả mơ phỏng cho thấy Bộ ổn định PSO PSS làm cho Độ lệch tốc độ Rotor dao động cĩ biên độ nhỏ hơn, thời gian ổn định ngắn hơn, vì vậy nĩ đã cải thiện trạng thái ổn định của máy phát, nâng cao đặc tính ổn định động của hệ thống.
Giới hạn ổn định động:
NO PSS C PSS PSO PSS
max Δω (Rad/s) 5.2 5 3
Thời gian trở lại bình thường (s)
Luận văn tốt nghiệp Trang 48 Chương 6
K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N C A Đ TÀI 6.1 K t luận
6.1.1 Các k t quả đạt được trong đ tài
Với việc phát triển hệ thống điện rộng lớn và việc gia tăng phụ tải, để nâng cao khả năng ổn định của hệ thống điện đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu, việc nổ lực tìm ra các phương pháp phù hợp để cải thiện ổn định hệ thống điện. Bộ ổn định hệ thống điện PSS cho thấy là một thiết bị hiệu quả và kinh tế để nâng cao ổn định hệ thống điện khi cĩ dao động nhỏ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ PSS thiết kế theo lý thuyết cổ điển đã áp dụngthành cơng trong hệ thống điện, tuy nhiên các thơng số này cố định chọn theo mơ hình tuyến tính. Nĩ khơng cĩ khả năng thích nghi với các điều kiện vận hành hệ thống điện khác nhau, vì thế bộ PSS thơng thường đã khơng đáp ứng được tất cả các điều kiện vận hành, vì hệ thống điện là một hệ thống động phi tuyến nên Bộ ổn định phải tự thích nghi với hệ thống thay đổi và giảm dao động trong mọi tình huống.
Luận văn này trình bày vịêc ứng dụng giải thuật PSO để xác định thơng số tối ưu cho bộ PSS nhằmcải thiện trạng thái ổn định của máy phát, nâng cao đặc tính ổn định động của hệ thống, nghiên cứu kết quả mơ phỏng.
Sự hoạt động của bộ PSO PSS được nghiên cứu trong hệ thống thanh cái một máy được mơ phỏng trên máy tính theo điều kiện vận hành khác nhau chẳng hạn như tải nhẹ, tải nặng, các nhiễu loạn khác nhau như thay đổi cơng suất đầu vào, ngắn mạch 3 pha đều được kiểm tra, trong cùng 1 thời gian tất cả các trường hợp mơ phỏng được nghiên cứu với bộ PSS thơng thường kết quả mơ phỏng cho thấy rằng bộ PSO PSS đáp ứng được tất các các dao động của hệ thống điện theo các điều kiện vận hành khác nhau và đã cải thiện đáng kể ổn định của hệ thống.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này cho thấy rằng bộ PSO PSS cĩ nhiều đặc tính tốt mà bộ PSS thơng thường thiếu. Từ các quan điểm thực tiễn, bộ
Luận văn tốt nghiệp Trang 49
PSO PSS cĩ những đặc tính đặc biệt và ổn định tốt, cĩ thể áp dụng các phần cứng