5. Kết cấu luận văn
4.2.Các thành phần chính và tham số của hệ thống mô phỏng
4.2.1. Máy phát điện đồng bộ
Mô hình máy phát điện đồng bộ sử dụng trong mô phỏng được lấy trong thư viện SimPowerSystems của Matlab Simulink như trên hình 4.1:
Hình 4.1: Mô hình máy phát điện đồng bộ. Các thông số: Pn = 200 MVA; Vn = 13.8 KV; fn = 50 Hz; Xd 0.89; Xd' 0.3; Xd" 0.252; q X 1.55; Xq" 0.25; Tq' s 0 1 ; Tq" s 0 0.1 ; Td' s 0 0.053 ; R Rs a 0.003; H3.5;
p pole 2: số đôi cực (tuabin hơi). 4.2.2. Hệ thống kích từ
Được lấy trong thư viện SimPowerSystems của Matlab Simulink như trên hình 4.2:
Hình 4.2: Hệ thống kích từ. Các thông số:
R T 0.02 s ; Ka 300; Ta 0.001 s ; Ke 1; Te 0; Kf 0.001; Tf 0.1 s ; s Vmin 11,5; Vs axm 11,5. 4.2.3. Bộ điều khiển PSS
Được lấy trong thư viện SimPowerSystems của Matlab Simulink như trên hình 4.3:
Hình 4.3: Bộ điều khiển PSS. Các thông số:
Hằng số thời gian Sensor Ts 0.015 s ; hệ số khuếch đại KSTAB 9.5;
num
T T1 0.154 s ; Tden T2 0.033 s ; Vsmin 0.15; Vs axm 0.15. 4.2.4. Hệ thống điều tốc governor
Hệ thống điều tốc governor được lấy trong thư viện SimPowerSystems của Matlab Simulink như trên hình 4.4:
Hình 4.4: Hệ thống điều tốc governor. Các thông số: a K 10 3 ; Ta 0.07 s ; gmin 0.01 pu ; gmax 0.975 pu ; Vgmin 0.1pu s/ ; g ax V m 0.1 pu s/ ; Rp0.05; Kp 1.163; Ki 0.105; Kd 0; Td 0.01 s ; Tw 2.67 s . 4.2.5. Máy biến áp
Máy biến áp được lấy trong thư viện SimPowerSystems của Matlab Simulink như trên hình 4.4:
Hình 4.5: Máy biến áp ba pha. 4.2.6. Các phần tử khác
Một số phần tử khác như máy cắt ba pha, hệ thống đo lường hay tải tự dùng và tải cuối đường dây…
4.3. Mô hình mô phỏng hệ thống
Sau khi đã có đủ các phần tử cũng như thông số của chúng, tiến hành ghép nối ta được mô hình mô phỏng hệ thống đầy đủ như trên hình 4.6:
Hình 4.6: Sơ đồ mô phỏng hệ thống trong Matlab-Simulink. 4.4. Kết quả mô phỏng
4.4.1. Dạng đáp ứng đầu ra PSS
Hình 4.7: Đáp ứng điện áp đầu ra PSS.
Trong khoảng thời gian t = 4(s) đó là khoảng thời gian máy phát đang dao động, nên PSS tác động có điện áp ra và đáp ứng của nó như trên hình 4.7. Khi máy phát hết dao động thì điện áp đầu ra PSS = 0. Tại thời điểm 10(s) là thời điểm đóng tải dạng điện áp ra thay đổi không đáng kể.
4.4.2. Dạng đáp ứng đầu ra của hệ thống kích từ
Dạng đáp ứng đầu ra của hệ thống kích từ như trên hình 4.8:
Hình 4.8: Đáp ứng đầu ra của hệ thống kích từ.
Từ hình 4.8 ta thấy điện áp đầu ra của hệ thống kích từ có biên độ cũng như thời gian dao động đã giảm đi rất nhiều.
4.4.3. Sai lệch góc phụ tải
Dạng lệch góc phụ tải như trên hình 4.9:
Điện áp (pu) Thời gian(s) Thời gian (s) Điện áp k ích từ( pu ) Điện áp k ích từ( pu ) Thời gian (s) Không có PSS Có PSS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.9: Sai lệch góc phụ tải. 4.4.4. Dạng điện áp đầu cực máy phát
Dạng đáp ứng điện áp đầu cực máy phát như trên hình 4.10:
Hình 4.10: Đáp ứng điện áp đầu cực máy phát. Kết luận chương 4
Như vậy sau khi đã thiết kế xong bộ điều khiển PSS cũng như mô hình hóa máy phát điện đồng bộ ở chương 3, để kiểm chứng tính đúng đắn của thiết kế trong chương 4 này đã tiến hành mô phỏng hệ thống bằng cách ghép nối bộ điều khiển PSS với hệ thống máy phát, kích từ, hệ thống điều tốc governor, máy biến áp, tải…
Kết quả mô phỏng đã chứng minh cho ta thấy, hệ thống khi có PSS đã dập dao động điện áp rất nhanh, trong thời gian ngắn đã đưa máy phát trở lại làm việc bình thường.
Sai lệch g óc ph ụ tải Thời gian(s) Sai lệch g óc ph ụ tải Thời gian(s) Không có PSS Có PSS Điện a áp đầu cực m áy ph át(pu ) Điện áp đ ầu cực m áy ph át(pu )
Thời gian(s) Thời gian(s)
Không có PSS
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Trong luận văn này nghiên cứu máy phát đồng bộ và hệ thống kích từ, thiết kế bộ điều khiển PSS đã thu được một số kết quả như sau:
Nghiên cứu máy phát đồng bộ và hệ thống kích từ, từ đó xây dựng mô hình toán học, tìm được các thông số của chúng để phục vụ cho việc thiết kế bộ điều khiển PSS được chính xác.
Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PSS, trong đó việc tính toán các thông số của hệ thống cũng như bộ điều khiển PSS là rất quan trọng. Quá trình thực hiện, tác giả thấy rằng việc sử dụng bộ điều khiển PSS vào hệ thống kích từ và máy phát đồng bộ có nhiều thuận lợi như: quá trình hòa lưới cho các nhà máy điện dễ dàng hơn, dễ thay đổi và hiệu chỉnh thông số thông qua việc thay đổi các thông số của bộ điều khiển PSS, thay đổi luật điều khiển thông qua phương pháp thiết kế PSS,…
Kết quả mô phỏng đã chứng minh cho ta thấy, hiệu quả của hệ thống khi có tác động của PSS trong việc dập dao động điện áp, làm cho biên độ cũng như tần số của dao động giảm đi rất nhiều, sự sai lệch góc phụ tải chỉ xảy ra trong thời gian ngắn. Từ đó làm cho điện áp đầu ra kích từ ổn định, chất lượng điện áp trên đầu cực máy phát tốt hơn rất nhiều so với hệ thống khi không có PSS.
Tuy nhiên khi máy phát làm việc trong hệ thống lưới điện, sẽ bị ảnh hưởng bởi những thông số của phương trình mạng, làm cho một số thông số của máy phát thay đổi không theo quy luật nhất định, nên việc xác định nó gặp nhiều khó khăn, không rõ ràng. Do đó việc tính toán các thông số cho bộ điều khiển PSS cũng phần nào mất đi độ chính xác, kết quả là chất lượng điều chỉnh điện áp chưa được tốt nhất.
2. Kiến nghị
Để giải quyết khó khăn trên, trong quá trình thiết kế bộ điều khiển PSS chúng ta nên kết hợp thêm với lý thuyết điều khiển hiện đại (như lý thuyết điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững). Việc này được thực hiện như sau: hàm truyền đầu ra của PSS được tối ưu hóa bởi xác định phù hợp H giữa điều khiển đầu ra và nhiễu, như vậy có thể giảm thiểu các nhiễu tác động lên hệ thống kích từ.
Muốn đạt được chất lượng điều chỉnh cao hơn nữa, chúng ta có thể kết hợp thêm điều khiển mờ và mạng nơ ron (mạng thần kinh).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Công Hiền: Hệ thống cung cấp điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [2] Trần Quang Khánh: Vận hành hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật −
2004.
[3] Lã Văn Út: Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật − 2001.
[4] Vũ Gia Hanh − Trần Khánh Hà − Phan Tử Thụ − Nguyễn Văn Sáu: Máy điện tập 1,2; Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
[5] Nguyễn Công Hiền, TS. Nguyễn Phạm Thục Anh: Mô hình hóa hệ thống và mô phỏng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[6] Nguyễn Phùng Quang: Matlab & Simulink, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật − 2006.
[7] Prabha Kundur: Power System Stability and Control, Publisher McGraw − Hill Education (India) Pvt Ltd, 1994.
[8] R.A Lawson, D.A. Swann, and G.F. Wright, “Minimization of Power System Stabilizer Torsional Interaction on Large Turbine − Generators IEEE Trans”. PAS, Vol.97, Feb.1978, pp 183-190.
[9] IEEE Std.421.5-1992, IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies.
[10] IEEE Tutorial course, “Power System Stabilization Via Excitation Control”, 81 EHO 175 − PWR.
[11] ABB, UNITROL 5000 Excitation System for Medium and Large Synchronuos Machines, 2000. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực, theo tài liệu tham khảo và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Thái nguyên, ngày 30 tháng 9 năm 2011
Tác giả luận văn
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên cũng như thời gian làm và hoàn thành luận văn này, tôi luôn nhận được sự chỉ bảo, quan tâm cùng với những lời góp ý chân thành từ các thầy, cô giáo, các anh chị, bạn bè và đồng nghiệp.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy TS. Phạm Quang Đăng, người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hiền Trung, đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liệu tham khảo cũng như trong thời gian làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, Khoa Sau Đại Học cùng Ban Giám Hiệu Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp đã tận tình truyền đạt kiến thức, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình tìm kiếm số liệu để hoàn thành tốt luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Nguyễn Đức Ninh