Một trong những công cụ mới để giải quyết hữu hiệu vấn để này là áp dụng PSS và SVC vào việc ổn định hệ thống truyền tải.. 1.2 Mục tiêu của đề tài Lam sao để ổn định nhanH hệ thống sau
Trang 1
ĐOÀN THANH NIÊN CỘNG SẢN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CONG TRINH DU THI GIAI THUONG “KHOA HOC SINH VIEN - EUREKA”
LAN 7 NAM 2005
TÊN CÔNG TRÌNH: MÔ PHỎNG ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN
HAI MÁY PHÁT SỬDỤNG PSS & SVC
BỘ MÔN: Điện Công Nghiệp
THUỘC NHÓM NGÀNH: Khoa học- Kỹ thuật
Trang 2
621 3194 |
MUC LUC
Chương 1: Giới thiệu chung về đề tài "
nh "¬
1.3 Pham vi nghi6n COU 0n e NH9 1 011 ru
1.4 Điểm mới và giá trị của để tài + ncssrrerererrrrrrrrrrrrke A4908 5155551 sex
1.5 Nội dung chính của để tài .-. - nh HH HH H101 1 1kg
1.6 Hệ thống truyền tải minh hoạ - +55 522tr
Chương 2 : Giới thiệu về PSS và SVC
2.1 Bộ bù công suất kháng kiểu fĩnh - - + té .1,1 1 1.1101
2.2 Bộ ổn định động hệ thống PSS . 6-1 nàn “HH0 1 tre
Chương 3 : Xây dựng mô hình mô phỏng
3.1 Bộ bù công suất kháng kiểu fĩnh - - + «sành HH1 11 01111111
3.2 BO 6n dinh hé thong 8n
3.3 Mô hình mô phỏng hệ thống bằng Matlab - 5 Hào
Chương 4: Kết quả và đánh giá
4.1 Bộ bù công suất kháng kiểu tĩnh SVC series
4.2 Kết quả mô phỏng hệ thống . - + SE 3+1 2111113113011 0111 1k
4.3 Hướng phát triển để tài . - - - nàng 1.0101 11 re
Trang 3
1.1 Dat van dé
Trong bối cảnh nền kinh tế đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, nhu cầu _
sử dụng năng lượng điện ngày một tăg nhanh Để đảm bảo phát triển kinh tế ngành Điện
phải không ngừng phát triển và đi trước một bước Trong những năm qua ngành Điện
liên tục đầu tư xây dựng các nguồn điện, mở rộng và nâng cấp mạng lưới truyền tải và
phân phối trong cả nước Bên cạnh đó ngành Điện cũng luôn tiếp tục sắp xếp, đổi mới,
phát triển và nâng cao hiệu qủa trong hoạt động sản xuất kinh doanh, đảm bảo giá cả, độ
tin cậy, chất lượng điện cung cấp cho khách hàng
Ngày nay hệ thống điện Việt Nam đã phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng, tất cả
các nhà máy điện đều nối vào hệ thống điện quốc gia và liên kết các miền Bắc-Trung-
Nam bằng đường dây 500KV và hệ thống truyền tải 220KV, 110KV chằng chịt trong mỗi
vùng
Với hệ thống điện phức tạp như vậy khả năng xảy ra sự cố là rất lớn Trong thực tế
trong những năm qua cho thấy vẫn thường xảy ra sự cố trên đường dây truyền tải 500KV
Bắc - Nam do nhiều lý do, có khả năng dẫn đến rã lưới Bài toán đặt ra cho người vận hành
là phải đảm bảo ổn định hệ thống sau khi xảy ra sự cố Một trong những công cụ mới để
giải quyết hữu hiệu vấn để này là áp dụng PSS và SVC vào việc ổn định hệ thống truyền
tải Với lý do đó tôi đã đi vào nghiên cứu ứng dụng của PSS và SVC vào ẩn định động hệ
thống nhằm mục đích xem xét khả năng ứng dụng vào hệ thống điện Việt Nam
1.2 Mục tiêu của đề tài
Lam sao để ổn định nhanH hệ thống sau khi xảy ra sự cố là vấn dé quan tâm của
người vận hành cũng như các chuyên gia trong ngành Đối với hệ thống điện lớn, việc
nghiên cứu và thử nghiệm trên mô hình thực tế gặp rất nhiều khó khăn Nên việc nghiên
cứu trên mô hình mô phỏng là công cụ hữu ích, kết qủa mô phỏng cho phép chúng ta đánh
giá và hiểu rõ hơn về hệ thống điện thực tế
Đề tài nghiên cứu khoa học SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng
Trang 4
_ 1,3 Phạm vi nghiên cứu
Từ bài toán đặt ra, để tài tập trung vào xem xét các khía cạnh sau đây:
- _ Nghiên cứu về lý thuyết ổn định động hệ thống
- - Nghiên cứu mô hình và đặc tính của PSS và SVC vào ổn định hệ thống
- _ Lập mô hình mô phỏng hệ thống bằng phần mém Matlab
1.4 Điểm mới và giá trị của đề tài
Ứng dụng công nghệ PSS và SVC vào hệ thống giải quyết nhanh, hiệu qủa bài toán
ổn định động mà trước đây chưa giải quyết được Đề tài cho phép đánh giá và khả năng
ứng dụng vào hệ thống điện Việt Nam trong tương lai
1.5 Nội dung chính của đề tài
Nội dung bao gồm 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Giới thiệu về PSS và SVC
Chương 3: Xây dựng mô hình - mô phỏng bằng Simulink
Chương 4: Kết qủa và đánh giá
1.6 Hệ thống truyền tai minh hoa
Đây là một để tài nghiên cứu về sự ổn định hệ thống điện dựa trên phần mềm mô phỏng Matlab, khi hệ thống đang hoạt động bình thường trên toàn lưới điện, nếu có sự cố
xảy ra (1 pha hoặc 3 pha), thì hệ thống sẽ mất ổn định Vì vậy, để cải thiện sự mất ổn định
này, chúng ta sẽ đặt thêm các phần bù công suất trên lưới điện
Đề tài này nghiên cứu ổn định điện trên đường dây 500kV, là mô hình hệ thống lớn, điểu này không cho phép chúng ta nghiên cứu trực tiếp trên hệ thống
Mô hình một hệ thống truyễển tải đơn giản bao gồm hai máy phát điện, một bộ bù công suất phản kháng tĩnh (SVC) và bộ ổn định hệ thống (PSS) được sử dụng để cải thiện
độ ổn định động và giảm dao động công suất của hệ thống
Đề tài nghiên cứu khoa học SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng
Trang 5
Sơ đồ một dây của hệ thống truyền tải 500kV được trình bày trên hình vẽ:
M1 18.8 kV/500 kV 500 kV/13.8 kV M2
1000 MVA D/Vg line 1 line 2 Yg/D 5000 MVA
&0MW 944MW sve ` 4046 MW
500 Mvar 1 5000 MW
L3
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống truyền tải 500KV
Máy phát điện MI1 có công suất 1000MW cung cấp điện cho tải qua một đường dây
500kV có chiều dài 700km Tải thuần trở có công suất 5000MW được cấp điện bởi máy
phát từ xa 1000MVA và máy phát cục bộ 5000 MVA(M2)
Dòng tải hoạt động trong hệ thống được phát bởi M1 là 950MW trong khi M2 là
4046MW Đường dây mang tải 944MW trong khi giới hạn truyền tải (SIL=977MW) Để
duy tr ổn định hệ thống sau khi xảy ra sự cố, đường dây truyền tải được bù ngang ở giữa
đường dây bởi bộ bù công suất kháng (SVC) 200MVar Bộ SVC này không có bộ giảm
đao động công suất Hai máy phát điện được trang bị bộ điều tốc turbin thủy lực (HTG), bộ
điều chỉnh kích từ và bộ ổn định hệ thống (PSS) Từ mô hình đơn giản này chúng ta sẽ tìm
hiểu về các hệ thống và thành lập mô hình Simulink ở các chương sau
Đề tài nghiên cứu khoa học SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng
Trang 6
4
2.1 Bộ bù công suất phản khang tinh SVC (Static Var Compensator)
SVC là thiết bị thuộc hệ thống truyền tải điện xoay chiều có độ thích dụng cao (FACTS) sử dụng năng lượng điện tử Nó điều chỉnh điện áp máy phát hoặc năng lượng
phản kháng hấp thụ
Mô hình SVC chỉ tiết bao gồm 2 phần chính:
-TCR: Cuộn cảm điều khiển bằng Thyristor (Thyristor-controlled reactor)
-TSC: Tụ điện chuyển mạch bằng Thyristor (Thyristor-switched capacitors)
Dạng mô hình này phụ thuộc vào mô phỏng rời rạc tại thời gian bước cố định (50 us$),
và cũng đặc trưng cho việc tìm hiểu hoạt động của SVC trong một khoảng thời gian đài hơn
(vài giây) Tiêu biểu hơn là bao gồm các ứng dụng đánh giá sự điểu khiển của hệ thống,
ảnh hưởng của sóng hài, truyền tải và cân bằng của thành phần năng lượng trong khi có sự
cố
Mô hình SVC 300MVar nối với hệ thống truyền tải 735kV:
735kV 16kV
L#3€A —|
‘ ,
6000 MVA ‘ 333 MVA A oo ˆr AB
voles (hed) * mix rT Syachro |
ee Control S š en wee 109 Myar $4 Mvar $4 Mvar 94 Myvar
Hình 2.1 Sơ đồ một pha của SVC
Đề tài nghiên cứu khoa hoc SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng
Trang 7
Hệ thống điều khién SVC gém có 4 chức năng chính :
e Hệ thống đo lường: Đo lường thành phần điện áp thứ tự thuận, hệ thống sử dụng
kỹ thuật phân tích Fourier để đánh giá thành phần điện áp cơ bản trong 1 chu kỳ Khối đo
lường điện áp được điều khiển bởi một vòng khóa pha PLL (Phase-locked loop) để xác
định giá trị biến thiên của tần số hệ thống.D9
e Bộ điều chỉnh điện áp: Sử dụng khâu điều chỉnh PI (tích phân tỉ lệ) để điều chỉnh điện áp tại điện áp chuẩn (1.0 đơn vị tương đối) trong khối điều khiển SVC Sut áp được
đưa vào bộ điều chỉnh điện áp xác định bởi đặc tính V-I với độ dốc (0.01 pu/ 100MVA) Vì
vậy, khi điểm làm việc cia SVC thay đổi từ miễn dung kháng (+300Mvar) đến miễn cảm
kháng (-100Mvar) thì điện áp đầu cực của SVC biến thiên từ 0.97pu đến 1.01 pu
e Khối phân phối có giá trị điện nạp Bsvc tính toán bởi bộ điều chỉnh điện áp xác
định theo góc kích œ của TCR và trạng thái (on/off) của 3 nhánh TSC Góc kích ơ là ham
của giá trị điện nap Brcr được cho bởi công thức sau:
_ 2z —z)+sin(@z)
Đen
với Brcạ là giá trị điện nạp cho trong đơn vị tương đối định mức cla TCR (109Mvar)
e Firing Unit gồm có 3 thành phân độc lập cho các pha (AB, BC, CA) Mỗi thành
phần gồm có vòng khóa pha PLL đồng bộ điện áp dây và một máy phát xung cho các
nhánh TCR và TSC Máy phát xung sử dụng góc kích œ và trạng thái làm việc của TSC lấy
từ khối phân phối để phát xung Góc kích của nhánh TSC được kích đồng bộ (mỗi xung cho
bán kỳ đương và bán kỳ âm của thyristor trong mỗi chu kỳ) Phương pháp kích đồng bộ là
phương pháp thường được sử dụng bởi vì nó làm giảm nhanh sóng hài
Đề tài nghiên cứu khoa học SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng
Trang 8
6
2.2 Bộ ổn định hé théng PSS (Power System Stability)
Bộ ổn định này được thiết kế lắp đặt trong các máy phát điện, có thể được sử dụng để ổn định động máy phát điện
Bộ ổn định PSS được sử dụng làm giảm dao động roto của máy phát đồng bộ bằng
cách điều khiển kích từ Những nhiễu xảy ra trong hệ thống điện gây nên các dao động cơ
điện của các máy phát Những nhiễu này, chẳng hạn như dao động công suất phải được
làm giảm để duy trì ổn định hệ thống Tín hiệu ngõ ra của PSS được dùng làm tín hiệu ngõ
vào của hệ thống kích từ Tín hiệu ngõ vào của PSS có thể làvi phân tốc độ hoặc công suất
gia tốc , Pa=Pm-Peo,(độ lệch giữa công suất cơ và công suất điện )
Đề tài nghiên cứu khoa học SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng
Trang 9
CHUONG 3: xXAY DUNG M6 HINH MO PHONG
Trong phân mềm mô phỏng Matlab, các bộ điều khiển được mô hình hóa thành các
khối với các thông số được tính toán cài đặt như sau
3.1 Bộ bù công suất kiểu fĩnh SVC (Static Var Compensafor)
Mô hình mô phỏng của SVC 300Mvar trên đường dây 735kV:
: re 3h dg i c—— h| ABE 'F *+ sa
Y Pina we tt ine} Laoval nà rìy + mL ap
E 6260MVA ý ý 138/55KV at t Ser Lan var -> 7350230 kV a
ew re : za
P=1500 MW Vt=13.8kV | |
ne
L] vax oo A-B : Ck manh abe (pa L]
tr WA) 4 Phase Fault Energy MOVA (J) hặc (p100 MUA)
VI Line? Bus! Series Compt la Fait
&Fayt
A > >" —_' aul A
roe »ị——2 mobo
ng — MA P ire 2 Series Ly
TS KV 300 km Compensation? 4 y Equivalent
8 33] Mvnr2
735 kV Series Compensated TransmissionSysiem - Discrete System
Hình 3.1 Mô hình SVC 300MVar trên hệ thống 735KV SVC bao gồm một máy biến áp 333 MVA, điện áp định mức là 735kV/16kV, một bộ TCR 109 MVar và 3 bộ TSC 94 MVar nối với phía thứ cấp của MBA
Việc chuyển mạch của TSC cho phép sự thay đổi rời rạc của công suất phản kháng từ
0 đến giá trị dung kháng 282MVar từng bậc 94MVar
Trong khi mạch điều khiển của TCR cho phép thay đổi liên tục công suất kháng từ 0
đến 109 Mvar (cảm kháng) Kể cả điện kháng tản của MBA (0.15pu) được tính vào điện
kháng tương đương của SVC nhìn từ phía sơ cấp có thể thay đổi từ -1.04pu/100MVA (cảm
kháng) đến 3.23pu/100MVA (dung kháng)
Hệ thống điều khiển SVC giám sát điện áp sơ cấp và gửi tín hiệu xung thích hợp đến
24 thyristor để đạt được giá trị điện nạp mong muốn bởi bộ điều chỉnh điện áp
Đề tài nghiên cứu khoa học SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng
Trang 10
8 Trong mô hình của SVC có 2 bộ phận chính :
e TCR: cuộn cảm điều khiển bằng Thyristor(Thyristor-controlled reactor)
4Wfits-s
|: source
©»
+
L_1
Scope_Iprim
-l ——t
Iprim
_S|E
TA
_—_
_—,
gd
=
Th2
‡
h1 L]
Mhl
Scope_Tth1
e TSC: Tụ điện điều khiển bằng Thyristor(Thyristor-switched capacitors)
Vs
¬~#¬
Đây là mô hình của bộ điều khiển TSC và TCR trong SVC, các thông số của nó sẽ
i
-W-ắB==lx+ T—” „ —
2 source Iprim 3
Ts
Continuous
=._
Th2
Stap
được cung cấp ở phần mô phỏng Simulink
bez
Scope_Tth1
Đề tài nghiên cứu khoa học SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng
Trang 113.2 Bộ ổn định hé théng PSS (Power System Stability)
| Tins+1 T2n.s+1
7 NN — "| Tids+4 T2d.s+1 tr] om,
Sensor Overall Wash-out Lead-lag #1 Lead-lag #2
Gain
Để đảm bảo dao động tắt dân, PSS phải cung cấp mạch sớm pha để bù cho sự trễ pha
giữa mạch kích từ và mômen điện đưa vào trong PSS tại tần số nhất định Mô hình bao
gồm bộ lọc thông thấp, hệ số khuếch đại, bộ lọc thông cao, hệ thống bù sớm-trễ pha, và bộ
giới hạn ngõ ra Hệ số độ lợi k xác định mức độ suy giảm ngõ ra của PSS Bộ lọc thông cao
loại trừ các tần số thấp tổn tại trong dw và cho phép PSS đáp ứng chỉ theo sự thay đổi tốc
độ Hệ thống bù sớm trễ pha được mô tả bằng nối tiếp 2 hàm truyén sớm-trễ pha bậc 1
dùng để bù trễ pha giữa điện áp kích từ và mômen điện từ của máy điện đồng bộ
3.3 Mô hình mô phỏng hệ thống bằng Matlab
81
bi»
cx
4000 MVA 13.9 kV/60Q kV
m
Pret
Turbine &
Regulators M4
v pos, seq
B† B2 B3 (pu)
Regulator M2
System
PV Measurements
d_thetai_2 (deg) xen
Show comparison
icon Detailed vs Phasor | | Show impact of SVC
+ for 3-phase tault
WiMm simulation
~ Machines Machine Show impact of PSS Signals tor 1-phase fault
Stop Simulation
if toss of synchronism
Hình 3.2 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền tải có PSS và SVC
Đề tài nghiên cứu khoa học SVTH:Bùi Lê Minh Huyền
GVHD:Nguyễn Hùng