.3 Cài đặt thơng số kích từ của máy phát G1 mạng đ- 123docz.net

Hình 3.4 Cài đặt thơng số bộ PSS của máy phát G1 mạng điện 9 nút

3.2.2. Cài đặt thơng số cho máy phát G2

Hình 3.6 Cài đặt thơng số mơ hình của máy phát G2 mạng điện 9 nút

Hình 3.8 Cài đặt thơng số bộ kích từ của máy phát G2 mạng điện 9 nút

3.2.3. Cài đặt thông số cho máy phát G3

Hình 3.10 Cài đặt thơng số mơ hình của máy phát G3 mạng điện 9 nút

Hình 3.12 Cài đặt thông số bộ PSS cho máy phát G3 mạng điện 9 nút

3.2.4. Cài đặt thông số máy biến áp

3.2.5. Cài đặt thông số đường dây

Hình 3.15 Cài đặt thơng số mơ hình đường dây số 1 mạng điện 9 nút

(tương tự cài đặt với các đường dây còn lại)

3.2.6. Cài đặt thông số tải

3.3 Giả lập sự cố và mô phỏng:

Kịch bản

Mạng điện IEEE 9 nút hoạt động bình thường trong khoảng thời gian từ 0-5s. Sự cố ngắn mạch 3 pha tại đường dây số 3. Giữ nguyên sự cố chạy cho đến 15s.Nhấn New Study Case để tạo Study Case mới rồi nhấn Edit Study Case để cài đặt sự cố. Ở thẻ info, đặt tên cho sự cố và chọn phương pháp Newton-Raphson.

Hình 3.17 Cài đặt sự kiện sự cố cho mạng điện 9 nút

3.4 Chạy mô phỏng mạng điện 9 nút:

66 `

Hình 3.19 Đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát

Nhận xét: Dựa vào đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát trên, ta nhận thấy máy phát số 2 dao động mạnh trong khoảng thời gian 5s đến 9s. Góc lệch của máy phát số 2 dao động với góc lệch lớn hơn máy phát số 3. Cả 2 máy phát đều có xu hướng ổn định dần. Nguyên nhân máy phát số 2 dao động nhanh hơn máy phát số 3 là do máy phát số 2 gần điểm sự cố hơn.

Nếu không loại bỏ sự cố kịp thời thì có thể dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng. Đó là dẫn đến cả hệ thống điện bị tan rã sẽ mất điện trên diện rộng vô cùng nguy hiểm và ảnh hưởng đến an ninh, kinh tế, xã hội. Vì vậy cần có giải pháp loại bỏ sự cố một cách nhanh nhất.

Sự cố tại đường dây số 3 làm cho dịng tăng cao, sụt áp, thiếu hụt cơng suất. Buộc máy phát số 2, 3 phải tăng tốc để bù lại công suất thiếu hụt. Số liệu mô tả sau đây:

Hình 3.20 Tốc độ máy phát số 2, 3 thay đổi sau thời điểm giây thứ 5 của mô phỏng trong mạng điện 9 nút

Hình 3.22 Góc lệch của máy phát G3 tại thời điểm giây thứ 5 và tại thời điểm góc lệch đạt giá trị Max

Nhận xét: Nhận thấy tại thời điểm giây thứ 5 của mô phỏng, cơng suất của các máy phát đều có su hướng giảm tức thì và sau đó là giao động mất ổn định. Góc lệch máy phát cũng mất sự duy trì ổn định, dẫn đến sự nhiễu loạn. Góc sai lệch này ảnh hưởng trực tiếp đến công suất đầu ra của máy phát. Theo công thức

𝑷 = |𝑼||𝑬|

𝒁 𝐬𝐢𝐧 𝜹

Từ cơ sở lí thuyết ở chương 1, ta nhận thấy công suất P sẽ đạt giá trị Max khi 𝛿

tiến về 90 độ. Từ bảng data trên ta nhận thấy đối với máy phát G2 tại thời điểm 5.831s với

𝛿 đạt giá trị 89.07 thì P ở giới hạn ổn định, tương tự đối với máy phát G3 tại thời điểm 5.191s với 𝛿 đạt giá trị 51.57 thì P ở giới hạn ổn định.

Vậy cần phải cài đặt relay bảo vệ cắt điểm sự cố trước mốc thời gian đó, cụ thể ở đây ta cài đặt relay tác động theo thời gian của máy phát số 3, ta sẽ setup thời điểm cắt tại 5.2s. Tạo sự kiện và chạy mô phỏng ta sẽ có kết quả:

Hình 3.24 Đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát sau khi cô lập sự cố tại thời điểm 5.2s

Tiếp tục chọn cài đặt thời gian cô lập điểm sự cố ngắn hơn, ở đây ta mô phỏng relay tác động ở 5.05s.

Hình 13.24 Đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát sau khi cô lập sự cố tại thời điểm 5.05s

Nhận xét: Ta thấy đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát đã được cải thiện sau khi ta cô lập sự cố. Khi cài đặt tác động của relay ở thời điển 5.2s góc lệch của máy phát đã trở về trạng thái ổn định nhanh hơn khi khơng có sự tác động của relay từ 1 đến 2s. Và khi cài đặt tác động của relay ở 5.05s thì góc lệch càng nhanh chóng ổn định. Vậy đối với mạng điện nhỏ, đơn giản và ít nút thì khi có sự cố xảy ra, thời gian tác động của relay khi cơ lập điểm sự cố sẽ góp phần rất quan trọng vào việc ổn định quá độ của hệ thống. Tuy nhiên, với mạng điện lớn, phức tạp và nhiều nút hơn cần nhiều phương pháp tác động hơn để đưa hệ thống nhanh chóng trở lại ổn định sau sự cố. Nghiên cứu này sẽ tiếp tục ở chương tiếp theo là Phân tích ổn định quá độ mạng điện 39 nút bằng phần mềm Etap.

CHƯƠNG 4

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ MẠNG ĐIỆN 39 NÚT BẰNG PHẦN MỀM ETAP.

4.1 Giới thiệu.

Một hệ thống điện thường xuyên phải chịu nhiều sự kích động. Việc đóng, cắt một phụ tải cũng góp phần ảnh hưởng đến kích động hệ thống. Tuy nhiên, kích động chỉ thực sự ảnh hưởng đến hệ thống khi quy mơ và kích thước của hệ thống là tỷ lệ với kích động này. Nói cách khác, một hệ thống điện lớn sẽ không bị ảnh hưởng nhiều bởi một kích động nhỏ, nhưng với một kích động lớn khiến hệ thống bị ảnh hưởng thì hậu quả xảy ra rất nghiêm trọng, nên cần loại bỏ kích động này ra khỏi hệ thống càng sớm càng tốt. Việc loại bỏ kích động hay sự cố này chính là đưa hệ thống điện trở về trạng thái ổn định sau khi sự cố xảy ra.

Bất kỳ một gián đoạn nào trong hệ thống sẽ gây ra sự mất cân đối giữa công suất cơ đầu vào của máy phát và công suất điện đầu ra phát vào lưới điện trên hệ thống. Hậu quả là một số máy phát sẽ có tốc độ tăng lên đột ngột và phần cịn lại sẽ có xu hướng chậm lại. Cụ thể là đối với máy phát điện, xu hướng này quá lớn dẫn đến mất đồng bộ phần còn lại của hệ thống và máy phát này sẽ ngắt kết nối với hệ thống. Hiện tượng như trên gọi là máy phát mất đồng bộ.

ETAP cho phép người dùng đơn giản hóa độ phức tạp của một lưới điện với quy mô lớn bằng sơ đồ một sợi, và có thể thực hiện vận hành trên phần mềm tương tự như trên một hệ thống điện thực sự. Các sự cố ảo, được giả lập mơ phỏng trong phần mềm có thể được so sánh với các kích động từ sự cố trong mạng điện thực tế. Ở đây ta giả lập sự cố ngắn mạch 3 pha (sự cố nghiêm trọng nhất trong mạng điện hoạt động thực tế) để tạo kích động cho hệ thống mơ phỏng, từ đó đề ra phương án đưa mạng điện 39 nút trở về trạng thái ổn định sau sự cố.

4.2 Bộ ổn định hệ thống PSS (Power system stabilizer)

PSS là một thiết bị phụ trợ được lắp đặt hợp bộ với máy phát đồng bộ, nhiệm vụ của bộ PSS là điều chỉnh các thơng số tín hiệu vào máy phát khi có sự cố, từ đó điều chỉnh được tốc độ, cơng suất, góc lệch tương đối của máy phát.

Trong luận văn này, ta sử dụng thông số mô phỏng của bộ PSS1A đã được mẫu hóa theo phần mềm ETAP.

1 1 + sT6 KS sT5 1 + sT5 1 1 + A1s + A2s² 1 + sT1 1 + sT2 1 + sT3 1 + sT4

COMPARATOR RESET TIME DELAY

TOR S1 Vmax Vmin VT VTmin OPEN S1 IF Vr < Vrmin Vst Vs

Hình 4.1 Mơ hình bộ PSS1A (IEEE Type 1)

Bộ ổn định PSS1A được chọn để phân tích và mơ phỏng ổn định động trong chương này. Hình 4.1 giới thiệu mơ hình hàm truyền của bộ PSS1A

Trong mơ hình PSS1A gồm có:

VSI : Tín hiệu đầu vào, có thể là tốc độ (m), tần số (e) hay công suất (Ta) T6 : Hằng số thời gian của bộ chuyển đổi

KS : Hệ số khuếch đại

Khối xử lý tín hiệu “Whashout” có tác dụng như một bộ lọc thông cao với hằng số thời gian T5 đủ cao để cho qua tín hiệu liên quan đến tốc độ rotor; tín hiệu T5 phải đủ lớn để PSS đáp ứng được các tín hiệu ổn định, nhưng không quá lâu (1 đến 20s)

Trong khối tiếp theo, các giá trị A1, A2 thích hợp cho phép trích hiệu ứng tần số thấp của bộ lọc thông cao để xử lý

Hai khối kế tiếp liên quan đến bù sớm trễ pha với các hằng số T1, T2, T3, T4. Hai ngưỡng giá trị VSIMIN và VSIMAX giới hạn giá trị đầu ra các khối. S1 là bộ điều khiển kích từ thơng liên tục hay có đầu vào rời rạc (dis-continous excitation controller)

Thông số Đơn vị Ý nghĩa thông số

VSI p.u Đầu vào (tốc độ, tần số hoặc công suất)

KS p.u Độ lợi

VSTmax p.u Giá trị đầu ra cực đại

VSTmin p.u Giá trị đầu ra cực tiểu

Vtmin p.u Mức so sánh điện áp thấp đầu cực

TDR s Thời gian trì hỗn (bộ điều khiển có đầu vào rời rạc)

A1 p.u Hằng số của bộ lọc tần số xử lý tín hiệu

A2 p.u Hằng số của bộ lọc tần số xử lý tín hiệu

T1 p.u Hằng số thời gian của khối bù sớm pha

T2 p.u Hằng số thời gian của khối bù trễ pha

T3 p.u Hằng số thời gian của khối bù sớm pha

T4 p.u Hằng số thời gian của khối bù trễ pha

T5 p.u Hằng số thời gian của khối Washout

T6 p.u Hằng số thời gian của khối Washout

Bảng 4.1 Ý nghĩa và đơn vị các thông số bộ PSS1A

4.3 Mạng điện 39 nút:

Hệ thống điện IEEE 39 Bus (New England) là một hệ thống năng lượng tương đương các hệ thống điện của các khu vực New England và Canada. Hệ thống bao gồm 10 máy phát đồng bộ, 12 máy biến áp, 34 đường dây truyền tải và 19 phụ tải được mô phỏng bằng sơ đồ One – line (sơ đồ một sợi). Trong chương này, ta sẽ tiến hành phân tích ổn định hệ thống mạng điện 39 nút bằng việc mô phỏng sự cố và đưa ra phương án loại bỏ sự cố, đưa mạng điện sau khi sự cố trở về trạng thái ổn định. Dữ liệu và tham số của mạng điện 39 nút thực hiện trong luận văn này được kế thừa và thực hiện từ những bài viết, luận văn đã tham khảo.

76 BUS Generator Rated Voltage (kV) Normal Power (MW) 30 10 22 250 31 2 22 520.8 32 3 22 650 33 4 22 632 34 5 22 508 35 6 22 650 36 7 22 560 37 8 22 540 38 9 22 830 39 1 345 1000

Bảng 4.3 Thông số chi tiết của 10 máy phát trong mạng điện 39 nút

Gen Ra Xl Xd Xq X’d X’q X”d X”q T’d0 T’q0 T”d0 T”q0 H(s) 1 0.01 0.03 0.2 0.019 0.006 0.008 0.0006 0.0006 7 0.7 0.033 0.033 10 2 0.01 0.035 0.295 0.282 0.0697 0.17 0.0369 0.0369 6.56 1.5 0.066 0.066 10 3 0.01 0.0304 0.2495 0.237 0.0531 0.0876 0.032 0.032 5.7 1.5 0.057 0.057 10 4 0.01 0.0295 0.262 0.258 0.0436 0.166 0.031 0.031 5.59 1.5 0.057 0.057 10 5 0.01 0.054 0.67 0.62 0.132 0.166 0.0568 0.0568 5.4 0.44 0.054 0.054 10 6 0.01 0.0224 0.254 0.241 0.05 0.0814 0.0236 0.0236 7.3 0.4 0.073 0.073 10 7 0.01 0.0322 0.295 0.292 0.049 0.186 0.034 0.034 5.66 1.5 0.056 0.056 10 8 0.01 0.028 0.29 0.28 0.057 0.0911 0.03 0.03 6.7 0.41 0.067 0.067 10 9 0.01 0.0298 0.2106 0.205 0.057 0.0587 0.0314 0.0314 4.79 1.96 0.047 0.047 10 10 0.01 0.0125 0.1 0.069 0.031 0.018 0.0132 0.0132 10.2 0.3 0.1 0.1 10

Bảng 4.4 Thông số chi tiết 12 máy biến áp trong mạng điện 39 nút

Transformer Positive Zero

From bus To bus %Z X/R R/X %X %R %Z X/R R/X %X %R

12 11 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 12 13 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 19 20 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 30 2 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 33 19 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 34 20 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 35 22 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 36 23 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 37 25 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 38 29 14.5 50 0.02 14.497 0.29 14.5 50 0.02 14.497 0.29

Positive Zero

From bus To bus %Z X/R R/X %X %R %Z X/R R/X %X %R

Bảng 4.6 Thông số tải của mạng điện 39 nút

Việc nhập dữ liệu của mạng điện IEEE 39 BUS trong phần mềm ETAP cũng tương tự như khi nhập dữ liệu cho mạng điện IEEE 9 BUS. Tuy nhiên, ở mạng điện 39 nút ta sẽ setup thêm thông số cho bộ PSS. Dưới đây là bảng thông số dữ liệu của bộ PSS, các thông số này là sample data (dữ liệu mặc định) mà ETAP cung cấp sẵn cho người dùng.

Bảng 4.7 Bảng dữ liệu bộ PSS trong mạng điện IEEE 39 BUS

Hình 4.5 Nhập dự liệu bộ PSS

Theo lý thuyết các phương pháp nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện, để nâng cao ổn định động góc rotor máy phát điện, có thể sử dụng một trong các biện pháp sau:

a. Nâng cao khả năng truyền tải Nâng cao khả năng tải của một HTĐ nghĩa là năng lượng có thể truyền tải qua các phần khơng sự cố khác nhau của HTĐ khi có một sự cố xảy ra. Hậu quả của sự cố sẽ khơng q nặng nề. Có các phương pháp sau:

Dùng HTĐ có điện áp cao (giảm tổn thất, và giảm dòng điện mang tải, đặc biệt quan trọng khi truyền tải điện đi xa, qua các đường dây dài).

Xây dựng thêm các đường dây truyền tải mới.

Xây dựng và lắp đặt các đường dây và MBA với điện kháng nhỏ. Xây dựng các đường dây bù dọc để giảm điện kháng của đường dây. Lắp đặt các thiết bị bù công suất phản kháng, và FACTS

b. Ứng dụng các thiết bị bảo vệ tốc độ nhanh: Nhanh chóng loại trừ sự cố ra khỏi HTĐ. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm hậu quả của sự cố. Do đó cần dùng

.3 Cài đặt thơng số kích từ của máy phát G1 mạng điện 9 nút

Đặc tính quay của roto

thị quan hệ giữa Pmax và Udd