PSS/SVC
Hình vẽ IV-17: Cơng suất trên đƣờng dây 8-9 mạch 1 khi khơng có PSS/SVC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 87
Sự mất ổn định ở góc rotor máy phát làm cho cơng suất trên đƣờng dây cũng dao động, đƣợc thể hiện trên hình vẽ IV-16 và IV-17, giá trị công suất trên 2 đƣờng dây này trƣớc khi xảy ra ngắn mạch là 200 MVA, khi ngắn mạch xảy ra công suất giảm về không. Sau khoảng thời gian 0,3s (cắt ngắn mạch), lúc này công suất nhảy vọt cụ thể nhƣ sau:
- Công suất trên đƣờng dây 7-8 nhảy vọt lên giá trị khoảng 275 MVA, và dao động với biên độ lớn nhất là 325 MVA, dao động tăng dần và mất ổn định
- Công suất trên đƣờng dây 8-9 nhảy vọt lên giá trị khoảng 550 MVA, và dao động với biên độ lớn nhất là trên 600 MVA, dao động tăng dần và mất ổn định.
- Nhƣ vậy, giá trị góc rotor máy phát điện, điện áp và công suất trên đƣờng dây đều dao động với biên độ ngày càng tăng, và kết quả cuối cùng là mất ổn định hoàn toàn,
4.3.2 Mô phỏng động khi thêm thiết bị PSS, và SVC
Trong phần này, chƣơng trình PSS/E đƣợc dùng để mơ phỏng đáp ứng của hệ thống có xét tác dụng của PSS khi có sự cố ngắn mạch 3 pha trên đƣờng dây 8-9 mạch 2. Sự thay đổi của các giá trị đang xét đƣợc mơ tả trên hình vẽ IV-18, IV-19, IV-20, IV-21, IV-22, IV-23, IV-24. Sự dao động của tham số giảm và tắt dần sau khi xảy ra sự cố chứng tỏ tác dụng cản dao động của thiết bị PSS/SVC. Góc rotor máy phát G1, G2, G3, G4 dao động trong 2 chu kỳ đầu tiên sau đó dần trở nên ổn định, và đạt đến giá trị đồng bộ sau khoảng 10 giây.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 88
Hình vẽ IV-18: Góc rotor máy phát G1 khi có thiết bị PSS/SVC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 89
Hình vẽ IV-20: Góc rotor máy phát G3 khi có PSS/SVC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 90
Hình vẽ IV-22: Điện áp trên thanh góp 8 khi có PSS/SVC
Điện áp trên thanh góp 8 dần ổn định sau khoảng 5 giây, tuy nhiên giá trị điện áp lúc này nhỏ hơn giá trị điện áp ban đầu (0,9 pu)
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 91
Hình vẽ IV-24: Cơng suất trên đƣờng dây 8-9 mạch 1 khi có PSS/SVC Cơng suất trên đƣờng dây mạch 7-8, 8-9 mạch 1 đạt đến giá trị ổn định ban Công suất trên đƣờng dây mạch 7-8, 8-9 mạch 1 đạt đến giá trị ổn định ban đầu (200MVA) sau khoảng 6 giây dƣới tác dụng của thiết bị PSS/SVC.
Nếu so sánh sự ổn định của hệ thống khi khơng có PSS/SVC và khi có PSS/SVC, thì các hình vẽ IV-25, IV-26, IV-27, IV-28, IV-29, IV-30, IV-31 chỉ ra rằng: khi chƣa có PSS/SVC, thì góc rotor máy phát điện, điện áp trên thanh góp và dịng cơng suất trên đƣờng dây 7-8, 8-9 mạch 1 (base-case: đƣờng màu đỏ) dao động khá lớn và trạng thái cuối cùng là mất ổn định hoàn tồn. Khi có PSS/SVC thì dao động tắt nhanh hơn và nhanh chóng đạt tới giá trị ổn định sau khoảng 5s.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 92
Hình vẽ IV-25: Góc rotor máy phát G1 trong hai trƣờng hợp khơng có và có PSS/SVC PSS/SVC
Hình vẽ IV-26: Góc rotor máy phát G2 trong hai trƣờng hợp khơng có và có PSS/SVC PSS/SVC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 93
Hình vẽ IV-27: Góc rotor máy phát G3 trong hai trƣờng hợp khơng có và có PSS/SVC PSS/SVC
Hình vẽ IV-28: Góc rotor máy phát G4 trong hai trƣờng hợp khơng có và có PSS/SVC PSS/SVC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 94
Hình vẽ IV-29: Điện áp trên thanh góp 8 khi khơng có và có PSS/SVC
Hình vẽ IV-30: Cơng suất trên đƣờng dây 7-8 mạch 1 khi khơng có và có PSS/SVC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 95
Hình vẽ IV-31: Cơng suất trên đƣờng dây 8-9 mạch 1 khi khơng có và có PSS/SVC
Để làm rõ thêm tác dụng cả hai thiết bị PSS/SVC thì ta xét ba trƣờng hợp, khi khơng có PSS/SVC (đƣờng màu xanh nƣớc biển), khi chỉ có PSS (đƣờng màu xanh lá cây) và khi có cả PSS/SVC (đƣờng màu đỏ). Từ hình vẽ ta thấy rằng khi dùng đồng thời PSS và SVC (đƣờng màu đỏ) có hiệu quả cao hơn trong việc nâng cao ổn định quá độ. Trong hình vẽ IV-32 và IV-33 chứng tỏ hiệu quả của PSS và SVC trong việc cản dao động góc rotor và cơng suất truyền tải giữa hai hệ thống con. Trong trƣờng hợp cơ bản dao động nhiều hơn và mất nhanh chóng mất ổn định, và khi có PSS thì dao động ít hơn và nhanh chóng đến trạng thái ổn định với giá trị xấp xỉ giá trị ban đầu khi chƣa xảy ra ngắn mạch, đặc biệt khi thêm SVC thì dao động tắt nhanh hơn và giá trị điện áp đạt giá trị tốt hơn (bằng giá trị điện áp khi chƣa xảy ra ngắn mạch) hay nói cách khác là HTĐ an tồn hơn.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 96
Hình vẽ IV-32: Cơng suất trên đƣờng dây 8-9 mạch 1 trong các trƣờng hợp khơng có PSS/SVC, khi chỉ có PSS, và khi có cả PSS/SVC
Hình vẽ IV-33: Điện áp tại thanh góp 8 trong các trƣờng hợp khơng có PSS/SVC, khi chỉ có PSS, và khi có cả PSS/SVC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 97
4.4 KẾT LUẬN
Trong chƣơng này, đầu tiên tác giả giới thiệu chung phần mềm PSS/E, tính tốn mơ phỏng q trình q độ, sự cố bằng PSS/E, cùng với mơ hình hệ thống điện chuẩn của Kundur.
Nghiên cứu về ổn định quá độ góc rotor máy phát điện đối với HTĐ chuẩn đƣợc thực hiện theo kịch bản là tại t = 1s, ngắn mạch xảy ra trên đƣờng dây 8-9 mạch 2, và sau 0,3s thì đƣờng dây bị cắt ra.
Các mô phỏng về hệ thống điện chuẩn trong 3 trƣờng hợp. Trƣờng hợp 1, khi khơng có PSS và SVC. Trƣờng hợp 2, khi chỉ thêm thiết bị PSS. Trƣờng hợp 3, khi thêm cả thiết bị PSS và SVC đƣợc thực hiện trong chƣơng này.
Phần cuối cùng của chƣơng IV có sử dụng chƣơng trình PSS/E để mơ phỏng đáp ứng của hệ thống, và xem xét tác dụng của PSS và SVC khi có sự cố ngắn mạch trên đƣờng dây 8-9 mạch 1 từ đó cho thấy tác dụng cản dao động góc rotor và cơng suất của PSS, SVC trong hệ thống điện.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 98
CHƢƠNG V :
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 KẾT LUẬN
5.1.1 Nghiên cứu các sự cố
Trong luận văn này, chúng tôi đầu tiên đã tổng kết những kinh nghiệm của thế giới đối với một số sự cố tan rã hệ thống điện trên thế giới trong thời gian hơn hai mƣơi năm gần đây. Các phân tích đã chỉ ra rằng đây là một hiện tƣợng động, phức tạp, là kết quả của một chuỗi các sự kiện động, và có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố tan rã HTĐ. Bắt đầu từ khâu qui hoạch, thiết kế, vận hành, bảo dƣỡng và các nguyên nhân khách quan khác nhƣ sự hƣ hỏng bất thƣờng của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lƣợng, hệ thống đánh giá trạng thái và hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian thực. Tuy nhiên tất cả các sự cố tan rã hệ thống điện đều liên quan đến sự cố mất ổn định mà trong đó mất ổn định góc rotor máy phát điện là một trong các nguyên nhân chính.
Trong luận văn này, các biện pháp nhằm ngăn chặn các sự cố tan rã hệ thống điện đã đƣợc trình bày tóm tắt. Tiếp theo tác giả tập trung vào thảo luận các biện pháp nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện. Một trong các biện pháp đó là việc ứng dụng thiết bị PSS và SVC trong việc nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện đối với HTĐ.
5.1.2 Nghiên cứu về PSS, SVC trong việc nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện
Tác giả đầu tiên đã giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý làm việc,các mơ hình cũng nhƣ lợi ích của việc sử dụng PSS và SVC. Sau đó, tác giả giới thiệu về phần mềm PSS/E nhƣ là một cơng cụ dùng để tính tốn giá trị riêng, cũng nhƣ là để mơ phỏng động HTĐ. Hệ thống điện của Kundur đã đƣợc chọn nhƣ là một đối tƣợng nghiên cứu.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 99
Các kết quả nghiên cứu và mô phỏng đã chứng minh hiệu quả của thiết bị PSS, SVC trong việc nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện. Các kết quả này sẽ giúp ích rất lớn trong cơng tác nghiên cứu tính tốn, thiết kế cũng nhƣ vận hành hệ thống điện. Đặc biệt là khi chúng ta đầu tƣ lắp đặt thiết bị PSS, SVC chúng ta sẽ đƣa ra việc lựa chọn chỉ một thiết bị PSS, hoặc SVC, hay sử dụng cả hai thiết bị này.
5.2 KIẾN NGHỊ
Từ những kết quả của luận văn, một số quan điểm và hƣớng nghiên cứu cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu nhƣ sau:
Để tạo điều kiện hiểu biết tốt hơn về các nguyên nhân gây ra sự cố tan rã HTĐ và phân tích đầy đủ sau sự cố, cũng nhƣ là các biện pháp nhằm ngăn chặn các sự cố tan rã HTĐ, cần phải có cả việc phân tích và giám sát các sự cố. Cơng việc này đã dẫn đến sự phát triển “hệ thống điều khiển, giám sát diện rộng” (WAMS).
Sự mất ổn định có thể xảy ra khi có sự tăng lên của góc rơ to của một số MPĐ dẫn đến sự mất đồng bộ hóa so với các MPĐ khác trong HTĐ. Từ đó dẫn đến yêu cầu cần phải phát triển “hệ thống đo góc pha” (PMU)
Cần tìm hiểu hơn, và đi đến thiết kế tối ƣu các bộ điều khiển PSS/SVC với các tín hiệu điều khiển liên vùng từ hệ thống đo góc pha đồng bộ PMU.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 100
Tài liệu tham khảo
[1] Prabha Kundur, Power System Stability and Control. New York: McGraw-Hill, 1994.
[2] Carson. W. Taylor, Power System Voltage Stability. New York: McGraw-Hill, 1994.
[3] Sami Repo, "On-Line Voltage Stability Assessment of Power System – An
Approach of Black-Box Modelling," Doctoral thesis at Tampere University of Technology, available at website:http://butler.cc.tut.fi/~repo/Julkaisut/SR_thesis.pdf, 2001.
[4] Brant Eldridge, "August 2003 Blackout Review," available at website: http://www.indiec.com/Meeting%20Schedule/2004/IEC%20Program%20Agenda%202004 .html.
[5] "2003 North America Blackout," available at website:
http://www.answers.com/topic/2003-North-america-blackout.
[6] S. Corsi and C. Sabelli, "General Blackout in Italy Sunday September 28, 2003, h. 03:28:00," IEEE Power Engineering Society General Meeting, vol. 2, pp. 1691-1702, June 2004.
[7] A. Berizzi, "Security Issues Regarding the Italian Blackout," in Presentation at the
IEEE PES General Meeting, Milano, Italia, June 2004.
[8] A. Allegato, "Report on Events of September 28th, 2003," Italia April 2004.
[9] "Resources for Understanding Electric Power Reliability," Available at website: http://www.pserc.wisc.edu/Resources.htm#European_Blackout.htm.
[10] R. G. Farmer and E. H. Allen, "Power System Dynamic Performance Advancement from History of North American Blackouts," IEEE PES Power Systems Conference and Exposition, pp. 293-300, 2006.
[11] M. Schläpfer, "Comparative Case Studies on Recent Blackouts " in Workshop on Interdependencies and Vulnerabilities of Energy, Transportation and Communication 22 –
24 September 2005 Zurich, Switzerland available at website:
http://pforum.isn.ethz.ch/docs/BAAF270D-65B0-58E9-217BE9DF3A540E24.pdf, 2005.
[12] D. Novosel, "System Blackouts: Description and Prevention," in IEEE PSRC System Protection RC, WG C6 "Wide Area Protection and Control", Cigre TF38.02.24 Defense Plans November 2003.
[13] G. Andersson et al, "Causes of the 2003 Major Grid Blackouts in North America and Europe, and Recommended Means to Improve System Dynamic Performance," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 20, no 4, pp. 1922-1928, November 2005.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 101
[14] "U.S-Canada Power System Outage Task Force Final Report on the August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada: Causes and Recommendations," Available
at website: http://www.nerc.com., 2004.
[15] S. Larsson and E. Ek, "The Black-out in Southern Sweden and Eastern Denmark, September 23, 2003," IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2004
[16] C. D. Vournas, V. C. Nikolaidis, and A. Tassoulis, "Experience from the Athens Blackout of July 12, 2004," in IEEE Power Tech Russia, 2005.
[17] UCTE, "Final Report System Disturbance on 4 November 2006," available at website: http://www.ucte.org/_library/otherreports/Final-Report-20070130.pdf.
[18] Jean-LucThomas, "Rapport D'enequête de la Commission de Régulation de L'élergie sur la Panne D'électricité du Samedi 4 Novembre 2006, Commssion de Régulation de L'énergie- L’enquête réalisée par la CRE a été menée avec l’appui technique de Monsieur Jean-LucThomas, Professeur Titulaire de la Chaire d’Électrotechnique au Conservatoire national desarts et métiers (CNAM)," Paris, 7 février 2007.
[19] Dang Toan NGUYEN, "Contribution à l’analyse et à la prévention des blackouts de réseaux électriques," in GIPSA-Lab - Grenoble INP, 2008.
[20] Prabha Kundur et al, "Definition and Classification of Power System Stability- IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions," IEEE Transactions on
Power Systems, vol. 19, no 3, pp. 1387-1401, May 2004.
[21] E. Z. Zhout, O. P. Malik, and G. S. Hope, "Theory and Method for Selection of Power System Stabilizer Location," IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 6, no
1, pp. 170-176, March 1991.
[22] K. Lakmeeharan and M. L. Coker, "Optimal Placement and Tuning of Power System Stabilisers," in Proceeding of IEEE AFRICON Cape Town, South Africa, 1999.
[23] M. Klein, G. J. Rogers, S. Moorty, and P. Kundur, "Analytical Investigation of Factors Influencing Power System Stabilizers Performance," IEEE Transactions on Energy
Conversion, vol. 7, no 3, pp. 382-390, September 1992.
[24] A. J. A. Simoes-Costa, F. D. Freitas, and H. E. Peiia, "Power Systems Stabilizer Design via Structurally Constrained Optimal Control," Electric Power System Research,
vol. 33, no 1, pp. 33-40, April 1995.
[25] F. D. Freitas and A. S. Costa, "Computationally Efficient Optimal Control Methods Applied to Power Systems," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 14, no 3, pp. 1036- 1045, August 1999.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 102
[26] S. S. Ahmed, "A Robust Power System Stabiliser for an Overseas Application," in IEE
Colloquium on Generator Excitation Systems and Stability London, UK, Feb 1996.
[27] M. M. Farsangi, Y. H. Song, and K. Y. Lee, "Choice of FACTS Device Control Inputs for Damping Interarea Oscillations," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 19, no 2, pp. 1135-1143, May 2004.
[28] N. Mithulananthan, C. A. Canizares, J. Reeve, and G. J. Rogers, "Comparison of PSS, SVC, and STATCOM Controllers for Damping Power System Oscillations," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 18, no 2, pp. 786-792, May 2003.
[29] L. Zhang, F. Wang, Y. Liu, M. R. Ingram, S. Eckroad, and M. L. Crow, "FACTS/ESS Allocation Research for Damping Bulk Power System Low Frequency Oscillation," in Proceeding of IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2005.
[30] J. E. Dagle, "Data Management Issues Associated with the August 14th, 2003 Blackout Investigation," IEEE Power Engineering Society General Meeting vol. 2, pp. 1680-1684, June 2004.
[31] J. F. Hauer, N. B. Bhatt, K. Shah, and S. Kolluri, "Performance of WAMS East in Providing Dynamic Information for the North East Blackout of August 14, 2003," IEEE Power
Engineering Society General Meeting, vol. 2, pp. 1685-1690, June 2004.
[32] IEEE Std 421.5TM-2005, "Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies."