- NGUYỄN VĂN TÙNG NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HTĐ BẰNG THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN – HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. - 1 1.1 Giới thiệu về ổn định hệ thống điện. - 1 1.2 Giới thiệu tóm tắt về dao động hệ thống điện. - 3 1.3 Kiểm soát dao động hệ thống điện. - 8 PHÂN TÍCH VẤN ĐỀ DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT VÀ ĐIỀU CHỈNH PSS NHẰM NÂNG CAO ỔN ĐỊNH DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT. - 8 2.1 Phân tích dao động công suất trong hệ thống điện. - 8 2.1.1 Đặc điểm của dao động công suất trong hệ thống điện. - 8 2.1.2 Phương pháp phân tích của hệ thống điện tuyến tính. - 9 2.2 Nâng cao ổn định dao động nhỏ với PSS. - 41 4.2.1 Khi chưa sử dụng PSS có dao động và khả năng đáp ứng của lưới. - 44 4.3 Mô phỏng hệ thống lưới khi đã thiết kế PSS quan sát tính ổn định. - 63 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Dao động tự phát xảy ra trong lưới điện bắc mỹ 10/8/1996. - 3 Hình 2.2 Mô phỏng trong miền thời gian của một chế độ dao động với độ giảm 5. - Hệ thống một máy phát và một nút vô cùng lớn. - Mô hình hệ thống kích từ (EXST3. - 35 Hình 3.10 Quỹ đạo điểm cực của mô hình điều khiển và dao động. - 38 Hình 4.1 Tốc độ các máy phát trong hệ thống khi chưa cài đặt PSS. - 45 Hình 4.4 Mô hình hệ thống trong matlab workspace. - 46 Hình 4.6 Lựa chọn hàm bù G trên mô hình hệ thống. - 50 Hình 4.12 Đáp ứng hàm 1(t) của hệ thống sau khi bù pha. - Chương này sẽ nêu ra mục tiêu của luận án và giải quyết vấn đề dao động để hệ thống ổn định trong chế độ xác lập. - Phân loại chi tiết của hệ thống điện ổn định được để xuất trong [1]. - Ổn định góc roto là khả năng của các máy phát điện kết nối với hệ thống điện để duy trì trạng thái đồng bộ.Vấn đề ổn định này liên quan đến việc nghiên cứu các dao động điện vốn có trong hệ thống điện. - Ổn định dao động nhỏ được đặc trưng bởi các dao động công suất trong hệ thống điện. - Các hiện tượng dao động này là đáp ứng tự nhiên của hệ thống. - 1.2 Giới thiệu tóm tắt về dao động hệ thống điện Các hệ thống điện phát triển đang vận hành hiện nay đang gần hơn đến chế độ ổn định giới hạn. - Cho đến nay, bản chất của hiện tượng dao động công suất và cách thức điều chỉnh nâng cao ổn định dao động đã được hiểu tương đối rõ. - Tuy vậy, đặc điểm chung của các dao động công suất là chúng trở nên rõ ràng và kém tắt dần hơn khi hệ thống nặng tải. - Vấn đề dao động hệ thống điện có thể là ở các khu vực nhỏ hoặc toàn hệ thống[2]. - Vấn đề ở khu vực liên quan đến một phần nhỏ của hệ thống. - Chúng có thể liên quan đến dao động góc roto của một máy phát điện duy nhất hoặc một nhà máy duy nhất so với phần còn lại của hệ thống điện. - Dao động đó được gọi là chế độ dao động cục bộ (local area oscillation). - Những dao động đó được gọi là chế độ dao động liên khu vực (inter-area oscillation). - Hệ thống kết nối lớn thường có hai hình thức khác nhau của các dao động liên khu vực[2]: a) Một chế độ tần số rất thấp liên quan đến tất cả các máy phát điện trong hệ thống. - Các hệ thống về cơ bản được chia thành hai phần, với máy phát điện trong một phần dao động chống lại các máy trong phần khác. - Tần số của chế độ dao động trên là từ 0,1 Hz đến 0,3 Hz . - b) Chế độ tần số cao hơn liên quan đến phân nhóm của máy phát điện dao động với nhóm máy khác. - Tần số của các dao động thường là trong khoảng 0,4-0,7 Hz. - 5 1.3 Kiểm soát dao động hệ thống điện Như minh họa ở trên, dao động hệ thống điện có nhiều chế độ của dao động do rotor máy phát điện quay tương đối với nhau. - Đối với nhiễu loạn nhỏ, các thành phần mô-men đồng bộ xác định tần số của một dao động. - Các thành phần mômen cản làm sự suy giảm của các dao động và đóng vai trò quan trọng đối với hệ thống ổn định sau khi phục hồi từ chế độ sự cố[3]. - Các thiết bị trong hệ thống điện có khả năng đóng góp vào sự dập tắt của các dao động , bao gồm bộ ổn định hệ thống điện (PSS. - Mục tiêu của luận văn Trong bản luận văn này, mục tiêu chính là nghiên cứu hiện tượng dao động công suất trong hệ thống và cách thức chỉnh định các bộ PSS nhằm nâng cao ổn định cho các dao động công suất. - Đối tượng áp dụng của luận văn là tính toán giảm dao động công suất cho nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng. - Các biện pháp nâng cao ổn định dao động công suất. - Trong chương này,các đặc điểm và phương pháp phân tích dao động hệ thống điện sẽ được trình bày cụ thể hơn. - 4) Dao động xoắn Các chế độ này được kết hợp với hệ thống các thành phần trục quay tuabin - máy phát điện. - Trong số các loại dao động hệ thống điện, thông thường chế độ liên khu vực là loại thách thức lớn nhất hiện nay. - này được gọi là một chế độ của hệ thống. - Vì vậy, sự ổn định của hệ thống được xác định bởi giá trị riêng như sau. - Một giá trị riêng thực tương ứng với một chế độ không dao động (phi chu kỳ). - Giá trị riêng phức tương ứng một cặp nghiệm phức liên hợp, và mỗi cặp tương ứng một chế độ dao động . - xác định tần số dao động. - Nếu là âm, biên độ của chế độ tắt dần theo thời gian và hệ thống ổn định. - 0, chế độ sẽ dao động với biên độ không đổi. - Tỷ lệ giảm dao động (damping factor. - của một chế độ dao động được xác định như sau. - (2-22) Do tỷ lệ giảm dao động xác định tỷ lệ tắt dần biên độ của dao động, nó là một chỉ số định lượng mức độ ổn định của hệ thống. - Ví dụ, một chế độ dao động với giá trị riêng 0,315 6,28j. - và độ giảm dao động là 5% được thể hiện trong Hình 2.1 và Hình 2.2. - 15 Hình 2.1.Vị trí trị số đặc trưng của một chế độ dao động với độ giảm 5% Hình 2.2 Mô phỏng trong miền thời gian của một chế độ dao động với độ giảm 5%. - 2.1.2.2 Phân tích dao động hệ thống điện bằng mô phỏng phi tuyến Vấn đề dao động trong hệ thống thường được nghiên cứu sử dụng mô phỏng phi tuyến trong miền thời gian. - Các nhiễu loạn có thể không kích thích được chế độ dao động cần quan tâm. - Nhìn chung, cần mô phỏng HTĐ với nhiều kích động khác nhau để có thể nhận biết được hết các chế độ dao động. - Phương pháp quỹ tích cho phép đánh giá toàn diện ảnh hưởng của việc thay đổi hệ số khuếch đại của một bộ điều khiển lên toàn bộ các chế độ dao động trong hệ thống. - 2.2 Nâng cao ổn định dao động nhỏ với PSS Bắt đầu từ cuối năm 1950 và đầu những năm 1960, hầu hết các nhà máy điện mới đã bổ sung vào hệ thống điện của mình bộ điều chỉnh điện áp. - Các nhà máy và người vận hành đã phát hiện ra một thực tế rằng việc sử dụng các bộ AVR có hệ số khuếch đại lớn và đáp ứng nhanh có thể có một tác động bất lợi đến ổn định dao động của hệ thống điện. - 2.2.1 Cơ sở lý thuyết của PSS Các chức năng cơ bản của PSS là thêm vào hệ thống AVR một kênh điều khiển phụ để giảm các dao động của Roto máy phát điện. - 19 Hình 2.3 Cơ sở lý thuyết cho bộ PSS dưới dạng sơ đồ khối PSS cung cấp một tín hiệu đầu vào bổ sung cho AVR để giảm dao động hệ thống điện. - sẽ cho kết quả trong một giảm dao động thành phần mô-men xoắn. - Ổn định tốc độ đầu vào, một mặt làm giảm dao động điện cơ, nhưng mặt khác có thể kích động các dao động xoắn trên trục tuabin (ở tần số trên 10Hz). - Như vậy, cần thiết kế PSS sao cho dao động xoắn không thể được kích thích. - Đầu vào tần số nhìn chung chứa ít thông tin về các dao động cục bộ hơn đầu vào tốc độ. - (2-30) 23 Thông thường, sự thay đổi công suất cơ là khá chậm so với dao động điện. - Bù pha làm góp phần giảm dao động của cả hai chế độ dao động. - Vị trí cực mới được lựa chọn để đáp ứng các yêu cầu về giảm dao động. - Thông thường, giá trị của hệ số khuếch đại được lựa chọn nhằm thỏa mãn điều kiện ổn định dao động ở tần số cần quan tâm. - Sơ đồ khối của hệ thống kích từ được thể hiện trên hình 3.4. - Như có thể thấy trên hình này, việc tăng hệ số khuếch đại sẽ làm tăng mức độ ổn định dao động ở một tần số nhất định, nhưng có thể ảnh hưởng xấu đến hệ thống ở một tần số khác. - 3.4 Kết luận Chương này đã trình bày nội dung cơ bản của một số phương pháp chỉnh định thiết bị ổn định dao động công suất PSS. - Dao động này có tần số khoảng 3.5 rad/s (khoảng 0.56 Hz). - Chọn mô hình hệ thống (ví dụ: G. - Nghiệm số 3.53 rad/s, tương ứng với dao động mất ổn định quan sát được trên hình 4.1, 4.2 được ổn định (quỹ đạo nghiệm chạy sang trái). - Tuy nhiên, bộ điều khiển làm quỹ đạo nghiệm số của một tần số dao động (11 rad/s) chạy sang bên phải, như vậy hệ kín sẽ mất ổn định. - Khi ta làm ổn định một tần số dao động, một tần số dao động khác có thể mất ổn định. - Root LocusReal Axis (seconds-1)Imaginary Axis (seconds Nghiệm riêng ban đầu Hình 4.11 Quỹ đạo nghiệm số sau khi bù pha Như vậy, với bộ điều khiển mới, việc tăng hệ số khuếch đại của PSS đã làm tăng ổn định của các tần số dao động. - Dao động quan sát được trên các tổ máy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng có tần số khoảng 3,53 rad/s. - Với việc thêm các điểm cực và điểm không và chỉnh định phù hợp, hệ thống mạch kín với PSS đã cho phép ổn định tất cả các tần số dao động. - Hệ thống điện được mô phỏng với kích động tăng điện áp Vref. - Kết quả mô phỏng cho thấy, bộ PSS đã làm xuất hiện một dao động tần số cao, trong khi tần số dao động 3.53 rad/s đã không còn quan sát được trong đáp ứng của hệ thống. - Tần số của dao động bậc cao trên hình 4.14 và 4.15 là khoảng 11 rad/s. - Trên cơ sở đó, bộ PSS đã được chỉnh định phù hợp nhằm nâng cao mức độ ổn định dao động của hệ thống. - Vì vậy bộ PSS cần phải đảm bảo có thể nâng cao ổn định dao động công suất trong nhiều kịch bản vận hành. - Đáp ứng của hệ thống trong trường hợp này được minh họa trên hình 4.20 và 4.21. - Ta thấy rằng ở thời điểm ban đầu khi có hệ thống mất 1 máy phát, tốc độ và công suất các máy phát còn lại bị dao động mạnh. - Nhưng do máy phát còn lại của nhà máy nhiệt điện Hải phòng được cài đặt bộ PSS nên dao động về tốc độ và công suất các máy phát tắt dần và hệ thống vẫn giữ được ổn định. - Ta nhận thấy các dao động đều tắt dần và công suất, tốc độ các máy phát đều xác lập về giá trị ban đầu, hệ thống giữ được ổn định. - Bộ PSS được thiết kế cho phép nâng cao ổn định dao động công suất của lưới điện trong nhiều chế độ vận hành khác nhau. - Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể được mở rộng để tính toán cho các sơ đồ hệ thống điện phức tạp hơn, có các tần số dao động liên vùng kém ổn định. - Mặt khác, phương pháp thiết kế PSS có thể được sử dụng cho các mô hình hệ thống điện trong đó máy phát điện và hệ thống kích từ được mô tả chi tiết hơn, thể hiện tốt hơn các ràng buộc thực tế khi thiết kế bộ điều khiển ổn định dao động công suất
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt