4.3.1.1. Môi trường tính toán
Môi trường để thực hiện nghiên cứu mô phỏng được chọn là phần mềm Matlab của hãng Mathwork. Matlab là môi trường lập trình tương tác dành cho thực hiện tính toán ở mức độ phức tạp cao. Nó được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học khác nhau như mô hình và phân tích tài chính, xử lý tín hiệu và hình ảnh, sinh học, khoa học kỹ thuật, v.v…
Trong thành phần của phần mềm có ngôn ngữ lập trình vạn năng mức cao cho phép xây dựng các thuật toán tính toán phức tạp, xử lý, phân tích và quan sát dữ liệu, thực hiện kiểm thử v.v. Nhờ đó, phần mềm này rất dễ mở rộng để tăng thêm khả năng áp dụng nó. Các phần mở rộng này được lưu giữ trong toolbox.
Simulink là một phần rất quan trọng trong phần mềm. Đây là môi trường đồ họa để mô hình hóa các hệ thống động liên tục, rời rạc và lai. Tương tự Matlab, Simulink được cũng mở rộng qua thư viện các khối (blockset), trong số đó có ý nghĩa nhất cho nghiên cứu này là SimPowerSystem, cho phép mô hình và mô phỏng các mạch điện có độ phức tạp cao.
Để thực hiện các công việc mô phỏng tác giả đã áp dụng phần mềm Matlab có phiên bản 10.0 (số phát hành R2010a), Simulink và SimPowerSystem phiên bản tương ứng.
4.3.1.2 Thực hiện mô hình phần hệ thống điện
Mô hình hệ thống nghiên cứu bao gồm các thành phần sau: - Mô hình lưới nguồn cung cấp
- Mô hình tải gây nhiễu
- Mô hình bộ khôi phục điện áp động (DVR) - Mô hình tải được bảo vệ
109
Mô hình lưới nguồn cung cấp
Được xây dựng dựa trên sơ đồ lưới điện và các kết quả khảo sát thực tế được giới hạn từ trạm nguồn Nghi sơn đến các trạm huyện và hệ thống lưới điện nhà máy xi măng Hoàng Mai. Các kết quả khảo sát được liệt kê trong các bảng pl2.1; pl2.2; pl2.3 pl2.4; pl2.5; pl2.6; pl2.7; Sơ đồ lưới điện hình pl2.2 của phần phụ lục 2. Các tham số cài đặt trên mô hình cũng được lấy từ kết quả khảo sát thực tế.
Mô hình tải gây nhiễu
Gồm ba mô hình cần được xây dựng để tạo ra các biến cố điển hình và phổ biến trên lưới, nhằm kiểm tra khả năng đáp ứng của DVR trong ba trường hợp bù đã nêu ra ở trên.
- Mô hình tạo lõm điện áp: Để tạo lõm điện áp trên lưới, ở đây áp dụng tải ba pha nối hình sao được mô hình hóa thông qua các khóa đóng cắt để tạo ra các lõm điện áp do quá dòng như một lỗi ngắn mạch. Để có thể tạo ra lõm điện áp cân bằng và không cân bằng thực hiện thay đổi trạng thái đóng ngắt của các khóa như thể tạo ra các kiểu lỗi ngắn mạch khác nhau hoặc thay đổi vị trí các lỗi trên hệ thống để tạo ra các kiểu nhiễu loạn điện áp trên hệ thống.
- Mô hình tạo dao động và méo dạng điện áp: Mô hình được tạo bằng việc mô hình hóa lại hệ thống tụ bù có công suất 57,8MVAR tại phía 110kV trạm Nghi Sơn. Khi thực hiện đóng cắt hệ thống tụ bù sẽ tạo ra các dao động và méo dạng điện áp trên lưới 110kV và lan truyền đến các vị trí khác nhau trên lưới điện, trong đó ảnh hưởng đến vị trí kết nối tải nhạy cảm như đã xảy ra trong thực tế.
- Mô hình tạo lõm điện áp do khởi động động cơ cảm ứng có công suất lớn. Mô hình được xây dựng bởi động cơ không đồng bộ có công suất 2340kVA được kết nối tại thanh cái HM-B2 (6,3kV) phía trước DVR. Khi động cơ khởi động gây lõm điện áp và lan truyền đến vị trí của tải nhạy cảm.
Mô hình bộ khôi phục điện áp động DVR
Trong mô hình này có thể phân biệt các thành phần chính như sau:
DVR được đặt tại vị tri có cấp điện áp là 6,3kV để bảo vệ phụ tải nhạy cảm quan trọng là tổ hợp Biến tần-Động cơ 142-FN1 trong hệ thống lưới điện Hoàng Mai.
- Mô hình hệ thống DVR gồm biến áp nối tiếp và chuyển mạch liên quan. Các biến áp được áp dụng mô hình biến áp hai cuộn dây có lõi bão hòa. Mô hình này là một phần của thư viện SimPowerSystem. Các chuyển mạch liên quan được bố trí ở phía cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của từng biến áp và cũng áp dụng các phần tử trong thư viện.
- Mô hình bộ lọc tần số chuyển mạch, mô hình thực hiện sử dụng các linh kiện tiếp cận được của mô hình chuẩn gồm cuộn cảm, điện trở và tụ điện.
- Mô hình bộ biến đổi, áp dụng mô hình bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha kết nối máy biến áp theo sơ đồ nối dây sao/sao hở. Ba cuộn sơ cấp của máy biến áp được đấu nối tiếp theo từng pha với các pha của lưới, Các cuộn thứ cấp được nối gián tiếp với bộ nghịch lưu nguồn áp thông qua bộ lọc LC. Trong các mô hình bộ biến đổi áp dụng các mô hình chuyển mạch lý tưởng và các điốt lý tưởng. Tất cả các linh kiện có thể tiếp cận trong thư viện SimPowerSystem. Các tổn hao trong hệ thống mô hình nhờ các điện trở mắc song song, giá trị của chúng có thể chọn tùy ý.
- Phía dòng điện một chiều là chung cho tất cả các bộ biến đổi và mô hình gồm tụ điện lý tưởng kết nối với nguồn một chiều lý tưởng.
Tất cả tham số cài đặt trong các thành phần của mô hình DVR được lấy theo kết quả tính toán thiết kế ở trên.
110
Mô hình tải được bảo vệ
Tải nhạy cảm quan trọng được bảo vệ là tổ hợp Biến tần-Động cơ quạt công nghệ 141- FN1 với công suất Sđm=1975kW, Uđm=0.61kV, tải này được cấp nguồn từ máy biến áp T2 có công suất 2,8MVA, điện áp 6,3/0,690kV là một lộ được lấy từ trạm chính của nhà máy. Tuy nhiên tải nhạy cảm có công suất lớn nhưng làm việc với điện áp thấp nên DVR được lựa chọn ở vị trí 6,3kV phía sơ cấp máy biến áp T2 để tránh tổn thất quá lớn. Như vậy tải được bảo vệ ở đây bao gồm tổ hợp Biến tần-Động cơ quạt công nghệ 141-FN1 và cả máy biến áp T2.
4.3.1.3 Thực hiện mô hình hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển gồm ba phần: - Bộ điều chỉnh điện áp tải của DVR.
- Phần điều khiển phát xung điều khiển đến các chuyển mạch của bộ biến đổi. - Phần điều khiển phát hiện lõm điện áp và phát điện áp tải đặt.
- Phần điều khiển đồng bộ lưới.
Bộ điều khiển điện áp tải
Hệ thống này có nhiệm vụ tạo ra điện áp thích hợp của bộ biến đổi uinv sao cho điện áp tải uL bám giá trị mẫu cho trước uL, ref. Hệ thống đó chính là cấu trúc bộ điều khiển vector nối tầng tách riêng thành phần thứ tự trên hệ tọa tĩnh αβ và trên hệ tọa đồ quay dq, đã được đề xuất và trình bày ở chương 3 của luận án.
Bộ điều khiển cần 5 tín hiệu đo: điện áp nguồn lưới ug(t), điện áp tải uL(t), dòng điện cảm bộ lọc if(t) và điện áp trên tụ điện Cf và dòng điện thêm vào iinj. Tổng cộng có 15 đầu đo cả điện áp và dòng điện.
Điều khiển các chuyển mạch bộ biến đổi.
Các xung điều khiển các chuyển mạch bộ biến đổi được tạo ra trong hệ thống điều chế PWM với phương pháp điều chế vector không gian.
Phát hiện lõm và phát điện áp tải đặt.
Mục tiêu là phát hiện các lõm điện áp dựa trên việc đo các điện áp tức thời để so sánh với điện áp tải đặt đưa ra lượng sai lệch giữa điện áp tải và điện áp nguồn. Nếu lượng sai lệch này vượt quá giá trị ngưỡng sẽ kích hoạt cho hệ thống DVR hoạt động và ngược lại nếu điện áp trở lại bình thường thì có nhiệm vụ đưa hệ thống phục hồi về chế độ chờ. Việc phát điện áp tải đặt được điều khiển bằng việc đo mức độ lõm điện áp, góc pha nhảy và điều kiện năng lượng tích lũy để đưa ra vector điện áp tải đặt tối ưu cho hệ thống.
Điều khiển đồng bộ lưới.
Điều khiển đồng bộ lưới được thực hiện bởi mô hình vòng khóa pha PLL.
Qua các bước tiến hành xây dựng cuối cùng mô hình mô phỏng Matlab_Simulink của hệ thống điện và DVR nối lưới Hoàng Mai bảo vệ cho phụ tải nhạy cảm quan trọng là tổ hợp Biến tần-Động cơ quạt công nghệ 141-FN1 ở cấp điện áp 6,3kV được thể hiện như trên hình 4.8.
Các tham số cài đặt trong mô hình:
- Các tham số phần công suất được lấy thông qua kết quả thiết kế ở bảng 4.1
- Các tham số bộ điều khiển được tính toán theo chỉ dẫn ở chương 3 và theo [2] được tổng hợp ở bảng 4.2
112
Bảng 4.2 Tham số bộ điều khiển
Bộ điều khiển tương ứng thành phần thứ tự trên hệ
tọa độ dq/αβ
Tham số bộ điều khiển điện áp Tham số bộ điều khiển dòng điện kp ki kp ki GPITTT_dq kp1=0,9693 ki1=1,1895e-004 kp2= 1,4539 ki2=1,7842e-004 GPITTN_dq kp1=0,4846 ki1=5,9473e-005 kp2= 0,7269 ki2=8,9210e-005 GSDRTTT_αβ/GPRTTT_αβ kp-SDR=39,649 ki-SDR =0,1038 kp-PR= 1,4539 ki-PR =0,0057 GSDRTTN_αβ/GPRTTN_αβ kp-SDR=6,6082 ki-SDR =0,0173 kp-PR=1,4539 ki-PR= 0,0057 Bộ điều khiển PLL kp=0,2908; ki= 2,7688e-004
Trong đó: GPI1TTT_dq, GPITTN_dq- Bộ điều khiển cặp vector nối tầng tách riêng thành phần thứ tự trên hệ tọa độ dq điều chỉnh cho thành phần thứ tự thuận và thứ tự ngược. GSDRCTTT_αβ, GSDRCTTN_αβ - Bộ điều khiển cặp vector nối tầng tách riêng thành phần thứ tự trên hệ tọa độ tĩnh αβ điều chỉnh cho thành phần thứ tự thuận và thứ tự ngược.