Luận văn tính toán phân tích Ổn Định hệ thống Điện việt nam xét Đến hiệu quả Đặt svc

Luận văn được trình bày trong 04 chương, bao gồm' Chuong L: TONG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ON ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuong 2: MO HINH DONG CUA SVC TRONG TINH TOAN PHAN

Trang 1

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL

LUAN VAN THAC Si KHOA HOC

TINH TOAN PHAN TICH ON DINH BONG

If THONG DIEN VIET NAM XET DEN TITEU QUA DAT SVC

NGUYEN XUAN DAO

HA NOT 2006

Trang 2

LOICAM BOAN

"Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi

Các số liệu, kết quả được nêu trong luận vấn này là trung thực và chưa từng

được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào khác

NGUYÊN XUÂN ĐẠO

Nguyễn Xuân Đạo - Lắp cao học HTĐ 2004 - 2006

Trang 3

to

LỜI CẮM ƠN

Để hoàn thành được luận văn, ngoài sự nỗ lực nghiên cứu tìm tồi và học

hồi của bản thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ từ bên ngoài

Trước tiên, tác giả võ cùng biết ơn sự hướng dẫn, chỉ đạo và giúp dỡ tận

tình của GS TS La Van UL trong suốt quá trình làm luận văn Nếu không cố

sự hướng dẫn và giúp đỡ dõ thì chấc chắn tác giả Không hoàn thành luận văn

đóng góp nhiều ý kiến giá trị cho luận văn của tác giả

"Tác giả cũng xim chân thành cảm ơn Ban Giám liệu Trường Đại học

Điện lực, Irung tâm đào tạo sau đại học - Irường Đại học Bach Khoa Hà Nội

đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả có điều kiện được nghiên cứu và học tập

Cuối cùng, tác giả vô cùng biết ơn sự quan tâm, động viên của gia đình

và bạn bè trong thời gian qua Nhờ đó, tác giả có thêm thời gian và nghị lực để

hoàn thành luận văn của mình

Túc giả luận văn

Trang 4

1Ô

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay trên thế giới đang dấy lên làn sóng cách mạng khoa học kỹ

thuật mới, vừa rộng rãi vừa sâu sắc Bên cạnh đó là sự khủng hoảng về năng

lượng do các nguồn năng lượng thiên nhiên ngày một cạn kiệt Vì thế mà cuộc cạnh tranh quốc tế dang là cuộc cạnh tranh tổng hợp giữa các quốc gia và vấn

đề mấu chốt của cuộc cạnh tranh này là sự phát triển của khoa học kỹ thuật và

giải quyết vấn để về năng lượng,

Ở Việt Nam nước ta thì đây là thời kỳ đưa đất nước ra khối tình trạng

kém phát triển, nâng cao rõ rệt đời sống vật chất, văn hoá, tỉnh thần của nhân

dan; tao nén tang dé dén ndm 2020 đất nước ta cơ bản thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại hoá Trong sự phát triển kinh tế - xã hội của đất

nước thì ngành Điện lực giữ vai trồ võ cùng quan trọng, đồng vai trồ then chốt

và luôn đi trước một bước so với cắc ngănh khác Cùng với sự tăng trưởng kinh tế, nhu cầu về sử dụng điện năng của nước ta trong những năm qua cũng,

tảng rất nhanh, cụ thé:

- Sản lượng điện nãm 2002: 30,26 Tỷ kWh, tăng 17% sơ với năm 2001

- Sản lượng điện năm 2003: 34,89 Tỷ KWn, tăng 15.3% so với năm 2002

- Sản lượng điện năm 2004: 39,70 Ty kWh, tang 13.8% so với năm 2003

- Sản lượng điện năm 2005: 45,04 Tỷ kWh, tăng 13.5% so với năm 2004

Với tốc độ tăng trưởng nhu cẩu điện năng như trên đồi hỏi ngành điện phải đầu tư xây dựng rất nhiều các nhà máy điện và các đường dây truyền tải siêu cao áp Irong dự thảo sơ đồ phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn VI thì

ngành diện sẽ xây dựng thêm rất nhiều các nhà máy diện trong đó có nhà máy thuỷ điện Sơn La, nhà máy điện nguyên tử, các nhà máy thuỷ điện tích năng,

các nhà rnầy nhiệt điện, và cũng xây dựng rất nhiều các đường dây truyền tải giêu cao áp để nối các nhà máy điện trên thành hệ thống; đồng thời ngành điện Việt Nam sẽ phải mua điện của Trung Quốc qua các đường day 110 kV,

220kV và 500kV ở các tỉnh phía bắc, hợp tác với nước bạn Lào, Cămpuchia để Nguyễn Xuân Đạo - Lắp cao học HTĐ 2004 - 2006

Trang 5

Để một hệ thống điện phức tạp như trên vận hành ổn định đồi hỗi chúng

†a phải nghiên cứu, phân tích và tính toán ổn định cho hệ thống điện từ đó im

ra các giải pháp vận hành một cách hợp lý

Cũng cân nói thêm rằng để nâng cao ổn định động cho hệ thống điện

người ta thường nghiên cứu theo hướng lấp đặt TCSC và một số loại thiết bị

khác Hướng nghiên cứu hiệu quả của SVC trong ổn dịnh động nhằm lợi dụng tiiệu quả tổng hợp của SVC chưa dược thực hiện

Nhằm gồp một phân nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu nói trên, luận văn được

chọn theo hướng: “TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG

ĐIỆN VIỆT NAM XÉT ĐẾN HIỆU QUÁ ĐẶT SVC”

Luận văn được trình bày trong 04 chương, bao gồm'

Chuong L: TONG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ON

ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN

Chuong 2: MO HINH DONG CUA SVC TRONG TINH TOAN PHAN TiCH ON

DINH DONG CUA HID

Chương 3: TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG TƯỜNG ỨNG VỚI SƠ

ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM GIẢI ĐOẠN 2006

Chương 4: KẾT QUÁ TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ỒN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG

ĐIỆN VIỆT NAM

"Tác giả đã rất cổ gắng trong quá trình thực hiện luận văn của mình nhưng

do thời gian nghiên cứu và khả năng của bản thân có hạn, vì thế không thể

tránh khỏi những thiếu sót trong luận văn, tác giả rất mong nhận được những ý

kiến đồng gốp quý báu của các thày cô giáo và bạn đọc

Trang 6

MG DAU

Á, Tính cấp thiết của đề tài

Tiện nay nước ta đang ở trong thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất

nước, cùng với sự phát triển kinh tế thì nhu cầu sử dựng điện năng đã gia tăng một cách nhanh chống trong những năm gần đây Theo kết quả dự báo trong

dự thảo 'Tổng sơ đồ phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn VI của "Iồng Công

ty Điện lực Việt Nam, nhu cầu điện thương phẩm toàn quốc ở phương án cơ sở

năm 2010 dat 97,11 ty kWh, nam 2015 dat 164,96 cy kWh va nim 2020 đạt

257.26 tỷ kWh,

Theo các kếi quả nghiên cứu về tiền năng và khả năng khai thác các

nguồn năng lượng sơ cấp (thuỷ nang, than, đầu khí, địa nhiệt, ) thì trong tương lai nguồn năng lượng sơ cấp sẽ không đủ cung cấp cho nhu cầu nâng lượng, nên định hướng chiến lược phát triển nguồn điện Việt Nam đã phải tính

đến việc nhập khẩu điện từ các nước láng giểng như Lào, Cămpuchia, Trung Quốc, Thái Lan, và nghiên cứu triển khai các dự án về nhà máy thuỷ điện

(Đặc biệt là thuỷ điện Sơn La), nhà máy thuỷ điện tích năng, nhà máy nhiệt

diện, vã cả dự án nhà máy diện nguyên tử, ., xây dựng các dường dây truyền tải siêu cao áp dể nối các nhà máy diện trên vào hệ thống do dó hệ thống diện Việt Nam sẽ trở nên rất phức tạp

ĐỀ khai thác và vận hành tối ưu hệ thống điện nói trên nhằm đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất

nước đòi hỏi chúng ta phải nghiên cứu, tính toán, phân tích các tình huống sự

cố xấu nhất có thể xảy ra trong hệ thống và xét đến hiệu quá sử dụng thiết bị

bù có điều khiển SVC dé nang cao độ ổn định cho hệ thống từ đó đưa ra các

giải pháp vận hành ổn định hệ thống điện

Nguyễn Xuân Đạo - Lắp cao hoc HTD 2004 - 2006

Trang 7

13

B Muc dich cita dé tai

"Trên cơ sở kết quả tính toán phân tích ổn định động hệ thống điện Việt

Nam xớt đến hiệu quả dặt SVC giúp ngành điện Việt Narn có thêm dược các

vận hành ổn dịnh và kinh tế hộ thống diện

€, Đối lượng và phạm vỉ nghiên cứu

Đổi tượng nghiên cứu

"Tĩnh toán phân tích ổn định động cho hệ thống điện Việt Nam so d6 nam

2006 xét đến hiệu quả đặt SVC

Pham vi img dung:

Uhg dụng kết quả tính toán phân tích ổn định động hệ thống diện Việt Nam xét đến hiệu quả đặt SVC vào vận hành hệ thống điện Việt Nam

T, Ý nghĩa khoa hục và thực tiên của đề tài

'Trên cơ sở kết quả tính toán phân tích ốn định động hệ thống điện Việt

Nam theo sơ đổ năm 2006 xét đến hiệu quả đặt SVC đưa ra bài toán vận hành

ổn định và kinh tế hệ thống điện Việt Nam

Từ kết quả tính toán phân tích ổn định dộng hệ thống điện giúp cho

ngành diện có được các giải pháp về vận hành hệ thống diện một cách hợp lý

nhằm giảm các sự cố lớn trong hệ thống, tránh dã lưới và mất điện diện rộng

gây ảnh hưởng xấu đến nên kinh tế quốc dan: vận hành hệ thống điện kinh tế

mà vẫn đảm bảo cung cấp điện đẩy đủ cho yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước

Trang 8

14

CHUONG 1 - TONG QUAN VE PHUONG PHAP TINH TOAN

Trong chế dộ lầm việc bình thường của TT các thông số hệ thống hầu

như không thay đổi hoặc thay đổi trong những khoảng thời gian tương đối

ngắn, chỉ biến thiên nhỏ xung quanh trị số định mức Chế độ làm việc bình

thường, lâu dài của HT được gọi là chế độ xác lập (CÐXL) hay còn gợi là

CĐXL bình thường Khi xây ra những kích động lớn đối với hệ thống như

thao tác đồng cắt các phần tử mang công suất lớn (các tổ mấy hoặc các đoạn đường dây truyền tải) hoặc những sự cố thì hệ thống có thể vẫn giữ được ổn

định và làm việc ở chế độ xác lập mới được gọi là chế độ xác lập sau sự cố, ở

các chế độ này các thông số hệ thống íL biến thiên nhưng có thể lệch khôi trị

số dịnh mức lương đối nhiều cân phải nhanh chồng khác phục; hoặc hệ thống

bị miất ổn định nếu các thông số hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng đến vô

hạn hoặc giảm về không Chế độ trung gian chuyển từ khi bất đầu xảy ra kích động lớn đến khi hệ thống làm việc ở chế độ xác lập mới hoặc mất ổn định

được gọi là chế độ quá độ Nếu sau những kích động lớn mà hệ thống tiến đến CĐXL mới thì chế độ quá độ được gọi là chế

lại nếu hệ thống bị mất ổn định thì chế độ quá độ được gọi là chế độ quá độ sự

cổ

ộ quá đệ bình thường ngược

"Tại CĐXI và duy trì cân bằng công suất, các máy phát chạy với tốc độ đồng bộ, gia tốc của roto bing không Các kích động lớn xuất hiện do các biến đổi đột ngột sơ đồ nối diện, phụ tải hay các sự cố ngắn mạch, tuy íL xây

ra nhưng biên độ khá lớn làm cân bằng công suất cơ - diện bị phá vỡ dột ngột,

chế độ xác lập tương ứng bị đao động mạnh Khi đó công suất cơ của tuabin không thể thay đổi tức thì trong khi công suất điện từ của máy phát thay đổi vì

Trang 9

15

có động năng tích trữ trong roto tạo chuyển động quán tính, do vậy mất cân

bằng momen quay của máy phát, xuất hiện gia tốc làm thay đổi góc lệch roto 1.1.2 Viăn để về ẩn định động

Xét các đặc trưng quá trình quá độ diễn ra trong hệ thống sau những kích

động lớn, ví dụ với hệ thống điện trên hình 1.1, một trong hai đường đây đột ngột bị cắt ra

U

Hình 1.1 Hệ thống diện dơn giản

Công suất tuabm Pr được coi là không đổi, công suất điện từ của máy

'phát phụ thuộc vào góc lệch điện áp ð;

P(@)— EU sin8 — P„„sinô

IL

"Trong đó: Xu = Xe + Äã + Xn/2

Ở chế độ làm việc tĩnh thường tổn tại sự cân bằng giữa công suấi cơ Pr

của tuabin và công suất điện từ P(ð) của máy phát (đường l trên hình 1.2) hệ

thống làm việc tại điểm cân bằng a Sau khi đường dây bị cắt, điện kháng

đẳng trị của hệ thống Xe tăng lên đột ngột làm cho đặc tính công suất máy phát hạ thấp xuống (đường 2 trên hình 1.2) Điểm cân bảng mà hệ thống có

thể làm việc xác lập sau sự cố là 8 a¡ (điểm cân bằng ổn định tĩnh) Tuy nhiên,

chuyển từ êm sang 8: là QTQP, diễn ra theo đặc tính động cúa hệ thống

Quá trình có thể chuyển thành chế độ xác lập tại ỗ'ai hoặc không, phụ thuộc

tỉnh chất hộ thống và mức độ kích động Tại thời điểm đầu, do quần lính của

rolo máy phát, gốc lệch ö chưa kịp thay đổi, điểm làm việc của máy phát chuyển từ a dến b Công suất điện từ Pr > P(8) làm máy phát quay nhanh lên,

Trang 10

16

góc 8 ting dan, didin lam việc dịch chuyển từ b đến c Đến thời điểm góc lệch

bing Sm thi có sự cản bằng công suất, Trong quá trình tàng tốc, roto đã tích

lấy động năng và tại điểm cân bằng c năng lượng này thang momen ham, điểm lầm việc tiếp tục chuyển từ c đến d, góc lệch ð vẫn tiếp tục tăng do quần

tính nhưng Pr < P(8) nén roto bat đầu quá trình hãm tốc, Đến điểm d ứng với

thời điểm gốc lệch bằng 8„„„ (trên hình 1.2) động năng được giải phóng hoàn

toàn, gốc lệch Š không tăng được nữa, đây là thời điểm góc lệch Š đạt trị số

cực đại, Sau thời điểm này, không cồn động năng, mà P(8) > Pr (momen bain

lớn hơn momen phát động), do đó roto quay chậm lại, góc Š giảm, điểm làm

việu lúc này chu yến lừ d về điểm cân bằng c Khi điểm lầm về đến c, do quần

tính lại tiếp tục chuyển về a Cứ như vậy, tiếp tục phân tích, ta được quá trình

dao động của góc lệch ö Nếu kể đến momen cân ma sát quá trình sẽ tắt dần

về điểm cân bằng 8'o1 của chế độ xác lập mới Chế độ quá độ trong trường hợp

này diễn ra bình thường và hệ thống ổn định động

Pt Pau

Trang 11

1?

Phần diện tích giới bạn giữa đặc tinh Pr va P(S) sau khi cất đường dđy

(phần gạch chĩo trín hình 1.2) tỷ lệ với năng lượng tích lũy trong roto va nang lượng hêm 'Irong khoảng góc lệch giữa 6a¡ vă 8 o¡ lă năng lượng tăng tốc ứng

với quâ trình tích luỹ động năng của roLo vă giữa góc lệch Ôø¡ vă 8„« lă nắng

lượng hêm tốc ứng với quâ trình giải phóng động năng mă roto đê tích lũy

Cũng với hệ thống trín nhưng xĩt trường hợp trị số điện khâng đường dđy chiếm tỷ lệ lớn hơn trong điện khâng đẳng trị hệ thống (khi đường dđy

đăi) Đạc tính công suất sau khi cất một trong hai dường dđy sẽ hạ thấp hơn,

như trín hình 1.3 Trong trường hợp năy, khi gốc lệch ỗ tăng, nó không đừng

lại ở trị số öaœ trước khi đến điểm 63 Đó lă do công hêm (tỷ lệ với phần

diện ứch giới hạn bởi đường cong 2 nằm trín dường đặc tính công suất wa bin Py) nbd hơn động năng tích luỹ trước đó của roto xnây phât (tỷ lệ với phần

điện tích gạch chĩo nằm dưới Pr) Sau khi vượt qua ổ lương quan công suất

lại đổi chiếu Pr > P(8) nín góc lệch ỗ tiếp rục tăng Tương quan công suất Pr

> P(8) sẽ tổn lại liếp lục với trị số 5 vượt quâ 2, nghĩa lă mất đồng bộ tốc độ

quay của mây phât Hơn thế nữa, quâ trình tiếp tục tích luỹ động nảng văo

roto, nín trị số rất lớn (tỷ lệ với điện tích gạch chĩo nằm dưới Pr) Động năng

năy lăm góc ð Lăng trưởng vô hạn Hệ thống mất ổn dịnh động

Phđn tích trín cho thấy tính ổn định động gắn liền với khả năng giữ trạng

thâi lăm việc đồng bộ của câc mây phât nín cũng có thể gọi lă ốn định đồng

bộ Ổn định động của hệ thống điện có thể được định nghĩa lă khả năng giữ sự

lăm việc đồng bộ của tất cả câc mây phât trong hệ thống sau khi có kích động

lớn

Nguyễn Xuđn Đạo - Lắp cao hoc HTD 2004 - 2006

Trang 12

Hình 1.3 Dặc tính công suất khi hệ thống cô đường đây dài

Khi hệ thống bị mất nguồn công suất phần kháng do cố sự cố phải cắt dột ngột một vài máy phát, diện áp U sẽ dao dộng tắt dẫn về điểm cân bằng mới hoặc tiến đến không tuỳ thuộc vào tính chất nặng né của sự cổ Sau những

biến động sự cố cũng có thể không (én tai cả điểm cân bàng trạng thải hệ

thống Để là khi đặc tính công suất phát Qz bị giảm xuống quá thấp (đường

cong 3 trên hình 1.4}, không cắt đặc tính Q, Trong trường hợp như vậy, qué

trình quá độ không ổn định vì không cố điểm cân bằng Nói cách khác, sự tổn tại chế độ xác lập sau sự cố là điểu kiện cần để hệ thống có ổn định động,

"Trong thực tế có nhiều khái niệm về ổn định động được đưa ra nhưng

không hoàn toàn tương đương nhau, người ta thường sử dụng định nghĩa ổn

định động đối với HTĐ như sau:

Ổn định động là khả năng của hệ thống sau những kích động lớn phục

hồi lại được trạng thái ban đâu hoặc gần với trạng thái ban đâu (trạng thái

vận hành cho phép)

Trang 13

Hinh 1 4 Hệ thống nguồn cung cấp công suất phản kháng cho tải

và đặc tính công xuất phản không

1.2 Mô hình QTQP khi phân tích ổn định động HTĐ

Như chúng ta đã biết, vấn để mấu chốt cần được quan tâm trong các tính toán, phân tích ổn định động của HT đó là việc mô tả đấy đủ các yếu tố tác động vào diễn biến QTQĐ Sự phái triển của HTĐ hiện đại gắn liên với quá trình trang bị nhanh chống các thiết bị tự động điều chỉnh điều khiển, với việc

ấp dụng các phương tiện tự động chống sự cố Việc hiểu rõ và mô tả đúng tác động của các phần tử nêu trên vào hệ phương trinh vi phan QTQD không chỉ

cần thiết đối với người lập trình mà còn là nội dung không thể thiểu đổi với

người sử dụng Việc khảo sắt thu thập các thông số đặc trưng động của các phần tử đối với HTĐ Việt Nam, mô tâ các phản tử vào hệ phương trình QTQĐ

lä việc làm quan trong để nghiên cửu ổn định dộng hệ thống, Mô hình động,

của một số phần tử hệ thống diện dược trình bãy tớm tất dưới dây:

1.2.1 Mô hình máy phát

"Trước đây, mô hình hệ thống điện trong nghiên cứu ổn định động rất đơn

giản và thường chỉ xét đến sự ổn định trong chu kỳ dao động đầu tiên Nhưng hiện nay các hệ thống điện đã phát triển rất lớn và phức tạp, các nghiên cứu các dạng đao động khác nhau cho thấy sự mát ổn định không phải lúc nào cũng phát hiện được trong chu kỳ dao động đầu tiên

Trang 14

20

Mô hình dộng của máy phát bao gồm đặc tính chuyển động cơ của roto,

quá trình quá độ điện lừ và mô hình các hệ thống điểu khiển máy phát Tùy thuộc vào phạm vỉ nghiên cứu mà có thể chia theo khoảng thời gian: siêu quá

độ, quá độ và chế độ nh:

1.2.2 Hệ thống kích từ

Hệ thống kích từ là một trong những hệ thống điều khiến máy phát nhằm

nâng cao độ ốn định của hệ thống điện Chức năng của hệ thống kích từ và

điểu chỉnh điện áp là cung cấp điện áp thích hợp cho cuộn kích từ để điều

chỉnh đồng diện kích từ chạy trong các cuộn dây rolo của máy phát điện dồng

bộ

Phần tử cơ bản của hệ thống điểu chính kích từ là máy điều chỉnh,

khuếch đại và máy kích thích Máy điều chính đo điện án điều chỉnh hiện tại

và xác định độ lệch điện áp Tín hiệu sai lệch sẽ được cung cấp bởi máy điều

chỉnh, sau đố được khuếch đại để làm tín hiệu điều chỉnh đồng kích từ

Các thành phản chính của hệ thống kích từ là phần điểu chỉnh điện áp,

mạch khuếch dại và mạch kích từ Hộ phận diều chỉnh nhận giá trị diện áp hiện tại và xác định độ sai lệch điện ấp Tín hiệu sai lệch điện ấp sẽ được khuếch dại để lầm tin hiệu diễu khiến thay đổi dòng kích từ đến giá trị phù

hợp, đồng thời làm thay đổi điện áp kích từ cấp cho máy phát

"Trong nhiều máy phát hiện đại, phẩn kích từ là máy phát điện một chiều được gắn cùng trên trục tuabin máy phát chính hoặc được quay bởi một động

cơ cảm ứng Việc sử dụng các thiết bị điện tử công suất tạo các mạch chỉnh lưu Thyristor cho phép điều chế điện áp kích từ từ chính dòng điện xoay chiều

của máy phát chính

1.2.3 Bộ điều tốc và điêu chính sơ cấp

Đây lä hệ thống điều khiển công suất sơ cấp, nố cho phếp diễu khiển công suất phát và tần số 'Từ năm 1969 trở lại đây, ảnh hưởng của bộ phận diều

khiển công suất sơ cấp đối với ổn định hộ thống điện đã được xót đến trong

Trang 15

al

nhiều chương trình máy tính Theo báo cáo của TEEE, có 4 mô hình sau được

sử dụng

- TIệ thống điều khiển tốc độ cho luabin hơi

- TIệ thống tua bin hơi

- Hệ thống điều khiển tốc độ cho tuabim thủy điện

- Hệ thống ruabin thủy điện

1.3.4 Mó hình thiết bị điều chỉnh tốc độ quay tua bin

Các đặc trưng động của tuabin và thiết bị tự động điều chính tếc độ (TĐT) có ảnh hưởng quyết định đến quy luật thay dổi công suất cơ Pr trong

quá trình quá độ Sơ đổ hệ thống được trình bày trên lình 1.5

'Trước đây, các phụ tải được mô tả bằng điện trở và điện kháng cố định

nhằm đơn giản hóa các yếu tố phi tuyển trong hệ phương trình biểu diễn Cùng với sự phát triển của hệ thống dường dây truyền tải và xu hướng mở

rộng phạm vi phụ ti, người ta đã quan tâm nhiều hơn đến việc nghiên cứu ổn

định khi truyền tải công suất đi xa

Trên thực tế, mô hình của các phụ tải rất phức tạp đo lĩnh chất của các thiết bị tham giá phụ tải không theo một quy luật chung Mô hình phụ tải

thường được phân loại thành mô hình tĩnh và mô hình động

Trang 16

1.3 Các phương pháp thực dụng tính toán phản tích ổn dinh dong HTD

C6 nhiên phương phán tính toán nhân tích ổn định động, chúng được

nghiên cứu và ứng dụng với nhiều kiểu hệ thống khác nhau Để tính toán ổn định động cần phải dựa vào hệ phương trình vi phân mô tả QTQĐ Khác với

nghiên cứu ổn định tĩnh, các phương trình vi phân phi tuyến ban đầu không cố khả năng tuyến tính hốa vì các kích động lớn làm quá trình quá độ diễn ra

phức tạp, các thông số có thể thay đổi mạnh trên phạm vi rộng của các đặc tính phi tuyến Nếu coi đặc tính trong phạm vi này là tuyến tính sẽ mắc phải sai số đáng kể Để thuận lợi và chính xác trong việc đánh giá ổn định động, hệ thống dược mô lả bởi những mô lằnh ứng dụng khác nhau và xuỗi trường hợp

có thể áp dụng các phương pháp phân tích ổn dịnh động riêng

1.3.1 Phương pháp tích phán số

Đây là phương pháp tính toán các đặc trưng biến thiên của thông số hệ

thống trong quá trình quá độ (như biến thiên của góc lệch, dao động công

suất, sự thay đổi điện ap cdc nút, .) bằng việc tích phân số hệ phương trình vi

phan dạng phi tuyến bất kỳ, từ đó phần đoán dược ổn dịnh dộng của hệ thống diện Do vậy phương pháp này có thể áp dụng cho hệ thống diện bất kỳ, nhất

lä hệ thống diện thực tế với nhiều máy phát Tuy nhiên, việc giải phương trình

vi phân phi tuyến với

là đơn giản, dễ dàng thực hiện tính toán với thời gian nhanh và chính xác, cho

phép nghiên cứu tìm ra miễn ổn định, sắp xếp mức độ nguy hiểm của từng loại

sự cố và tính đệ dự trữ én định cũng như gốc cát giới hạn tương ứng với trường,

hợp sự cố dó Hạn chế của phương pháp là không thể sử dụng với sơ đổ hệ thống phức tạp, nhưng ứng dụng vẫn rất thuận tiện và hiệu quả sau khi dùng

các nhép biến đổi đẳng trị để đơn giản hóa sơ đồ

Trang 17

* Phương pháp trực tiếp (phương pháp thứ 2 của Lyapunov)

Phương pháp trực tiếp hay cồn gọi là phương pháp thứ 2 của Lyapunov

nghiên cứu ổn định thông qua việc thiết lập một hàm V mới đựa trên cấu trúc

hệ phương trình vi phân quá trình quá độ (kích động là độ lệch ban đầu so với

điểm cân bằng) Hàm V cần đảm bảo có những tính chất nhất định, qua đó

đánh giá được tính ổn định của hệ thống

Về nguyên tắc, phương pháp trực tiếp của I.yapunov rất hiệu quả, khang

dịnh dược chắc chắn hệ thống ổn định nếu tìm dược hàm V với các tính chất

cần thiết, có thể nghiên cứu được ổn định hệ thống với kích động bất kỳ Tuy

nhiên việc áp dụng gặp khá nhiễu khó khản và hạn chế, nhất là đối với hệ thống điện vì việc thiết lập hàm không theo quy lắc chật chẽ Với hàng loạt hệ

thống có cấu trúc riêng người ta đưa ra được quy tắc xây đựng hàm và hàm V bao giờ cũng được thiết lập nhưng các tính chất cần thiết đảm bảo cho hệ thống ổn định có thể cố hoặc không, phụ thuộc độ lệch ban đầu Ví dụ điển

hình là dùng hàm năng lượng toàn phần làm hàm V, khi đó dấu của hàm luôn xác định dương nhưng dấu của đạo hàm toàn phần theo thời gian phụ thuộc

vào độ lệch trạng thái so với điểm cân bằng

* Phương pháp sử dụng tích phân số và diện tích bằng nhau

Đây là phương pháp có thể tận dụng ưu điểm của phương pháp tích phân

số và phương pháp diện tích để tính toán ổn định hệ thống điện Đặt thử thời

gian loại trừ sự cố rồi sử dụng phương pháp tích phân số sẽ xác định được sự biến thiên của các thông số trong quá trình quá độ Các máy phát được chia

lam 2 nhóm chính dựa theo độ dao động của góc lệch: nhớm nghiêm trọng và

Trang 18

24

nhóm ít nghiêm trọng Thực hiện giả định thay thế hệ thống phức tạp thành đơn giản I nguồn 1 nữt với đặc tính cơ và

tính điện (biến thiên theo góc

lệch 8) dược tính toán tổng hợp lừ các dặc tính riêng của từng máy phát trong

hệ thống ban đầu Áp dựng phương pháp diện lích để tính toán, phân tích dn

định, đặc biệt là tìm ra độ dự trữ ổn định Như vậy ứng với mỗi thời gian loại

bổ sự cổ sẽ xác dịnh dược độ dự trữ ổn định của hệ thống Bằng một vài phép

lap ta có thể tính được thời gian cát giới hạn của hệ thống

Phương pháp này có thể sử dựng với hệ thống phức tạp, lìm được thời gian cất giới hạn khá chính xác xà khối lượng tính toán không lớn, thời gian

tính toén nhanh Dựa trên phương pháp diện tích nhưng tính được ổn định cho

hệ thống từ 2 máy phát trở lên nên phương pháp này còn được gọi là phương

pháp diện tích mở rộng

* Phương pháp xác suất

Đây là một phương phấp mạnh xuất phát từ phương pháp cổ điển và

phương phấp của Lyapunov Phương phấp này đánh giá xấc suất én định của một HTĐ Xác suất ổn định của một hệ thống điện được định nghĩa là xác

suất hệ thống giữ được ổn định khi có một kích động Các sự cổ (loại sự cố, vị

trí sự cố, ) và các didu kiện vận hành (thời tiết, phụ tải, .} được sử dụng

trong phương pháp phải nằm trong phạm ví nhất dịnh Phương pháp này dồi

hồi tính toán cực kỳ phức tạp và hiện nay được sử dụng trong công tác dự báo Hướng quan lâm hiện nay của phương pháp là sự kết hợp với kệ thuật nhận dạng mô hình

* Phương pháp thay thế hệ thống điện động tương đương

Khi xét sự cố, phương pháp chỉ quan tâm đến chu kỳ dao động dầu tiên của các máy phát, sử dụng phép khai triển Taylor để chia các máy phát làm 2

nhóm dựa vào mức độ ảnh hướng của sự cố Một nhồm máy phát sẽ được thay bằng một máy phát tương đương nhưng có các thông số biến đổi theo thời gian (máy phát động) Kết quả phân tích ổn định động của ITTĐ phức tạp ban

Trang 19

25

đầu nhận dược từ việc tính toán hệ thống diện động tương dương đơn giản

Trong phương pháp này, các máy phái được phân nhồm theo những Liêu chuẩn đặc biệt nên hiệu quả và độ tỉn cậy của phương pháp khá cao

* Phương pháp xử lý cây ẩn định động

Phương pháp này được đánh giá là phương pháp rnạnh để giải quyết bài toán online Từ việc tính toán, phân tích ổn dịnh động với tối da các khả năng

có thể xây Ta của sự cố, người la lập ra cây trạng thái đừng để xử lý khi gặp sự

cố Như vậy, kết quả phân tích ổn định động đã được tính từ trước trong bài toán offline và được tìm kiếm, lấy ra sứ dụng online Độ tin cậy của phương

pháp phụ thuộc chủ yếu vào việc xét các khả năng sự cố, khi đó phải kế đến

những vấn đề có thể phát sinh trong thực tế

gầy nay, với sự phát triển của nhiều lý thuyết mới, việc đánh giá ổn

dịnh động luôn được cải tiến bằng nhiều phương pháp khác nhau, dem lai sur thuận lợi và hiệu quả cao Một trong những vấn đẻ dang rất được quan tâm là ứng dụng trí tuệ nhân tạo để phân tích ổn dịnh động hệ thống điện

1.4 Phan mềm ứng dụng để tính toán phân tích ổn dịnh dộng HI+)

Hiện này có nhiêu công cụ khác nhan dể mô phỏng HTĐ trong các CĐXI và quá độ, trong đồ có thể kể đến là các phẩn mềm PSS/E, Simpow,

DigSilent, EuroStag, CONUS, NEPLAN, EMTP, NETOMAC và PST của

Matlab, M@i phần mềm có khả năng ứng dựng nhất định, có những ưu điểm riêng và ngày càng tỗ ra có hiệu quả, có thể mô lành hóa chỉ tiết HTĐ lớn

Đặc điểm chung của các chương trình là đều có một thư viện các cấu trúc, các phần từ IITĐ, giao điện sử dụng rất thuận tiện và dễ dàng Tuy nhiên, phần lớn các chương trình bị hạn chế vì buộc người sử dụng phải tuân theo ngôn ngữ riêng, mô hình mô phống các phần tử là cố định và tổ ra cứng nhắc, việc

nghiên cứu bị phụ thuộc nhiều vào thư viện có sẵn Hiện nay, một số chương

trình đã xây dựng thư viện rất lớn và chỉ tiết các phần tử HTTĐ, kế cả các thiết

bị diễu chỉnh phức tạp, đồng thời cung cấp khả năng thay dổi và mở rộng mô

Trang 20

26

phỏng, đưa thêm các mô hình mới với đặc tính điều chỉnh và vận hành theo xong muốn nghiên cứu thử nghiệm Các chương trình PSS/B, BuroSlag, SiimPow và Power System Toolbox cổ những ưu điểm trên nên dang được sử dụng phổ biến trên thế giới

PSS/E (Power System Simulator for Engineering) la chyong trinh mo

phỏng, phân tích và tối ưu hóa HTĐ được phát triển bởi Power Technologics

International (PTT) thude Siemens Powcr Transmission & Disiribution, Inc

Phiên bản đầu tiên của PSS/E ra đời vào năm 1976, phiên bản mới nhất hiện nay là PSS/E 30 PSS/E được sử dụng rộng rãi trên thế giới do cổ các tính nâng

kỹ thuật cao và khá nãng trao đổi dữ liệu với các ứng dụng trong MS Oftice,

Auto CAL, Matlab,

Do những tính năng kỹ thuật và khả nắng ứng dụng của PSSE nên la sử

dung phần mềm này để tính toán phản tích ổn định động cho 1ITĐ Việt Nam

Phần mềm được ứng dụng là phiên bản PSS/E Vesion 29 Phần mểm này cố các nội dung sau:

1.4.1 Chương trình PAXIE - Phương pháp mô phông theo thôi gian

1.4.1.1 Mô tả chúc năng của PSSIE

PSS/E là chương trình tích hợp, thực hiện việc phân tích, tính toán hệ thống điện theo các chức năng:

- Các chức năng về giải tích lưới và phan tích các mạng lưới liên quan

- Phân tích các sự cố đối xứng và không đối xứng

- Tương đương hóa cấu trúc mạng điện

- Mô phông các quá trình động

PSS/E có cấu trúc bao quanh bởi các đấy không gian địa chỉ (Working Case) cùng với các le đữ liệu lương ứng (Working File) Các Working Case

và Working File hoạt động trên những khối module chức năng của chương trình gọi là các Aclivity Mỗi ActiviLy sẽ thực hiện chức năng tính toán, vào ra

Trang 21

27

đỡ liệu và các biến đối dữ liệu cần thiết trong các quá trình giải tích lưới, ngắn

mach, wong đương hóa cấu trúc hay mô phông động

PSS/E bao gồm 2 inodule chính là module giải tích lưới (Power Flow) và

module động (Dynarnics) Chương trình sẽ bắt đầu hoạt động khi ta khởi động

một trong hai module nầy Module chính cho phép người sử dụng lựa chọn mé6t activity từ các acbviry của mình Sau khi thực hiện xong một activity người sử dụng có thể thực hiện tiếp một activity bất kỹ khác nhưng phải đảm bảo là mỗi activity phải thỏa mãn các điểu kiện của Working Case và có đủ các dữ liệu Working Files cần thiết Sau khi thực hiện xong người sử dụng có

thể lưu các file lam việc này vào thư mục riêng để phục vụ cho các lần tính

toán sau

14.12 Hoạt động của PSSIE

Để sử dụng PSS/F người sử dụng cẩn phải thực hiện các thao tắc sau:

- 'Tạo và nhập đữ liệu vào file

- Dịch và liên kết các file trong chương trình con với bất kỳ một mõ hình

xuô phông thiết bị nào đó mà người sử dụng đưa ra

- Chạy các chương trình của PSS/E

- Chạy các chương trình bổ trợ của PSS/E

Quá trình tính toán của PSS/E được thể hiện trong sơ đồ khối trình bày trên hình 1.6

Các phần tử trong HLĐ được mô phỏng qua một hoặc nhiều bản ghi dữ liệu Những dữ liệu này được nhập trực tiếp hoặc có thể lấy từ các File đữ liệu

đầu vào Dữ liệu này được gọi là dữ liệu cơ sở 'Từ dữ liệu cơ sở ta cổ thể thực

hiện bài toán giải tích lưới dễ tính điện áp các nút, trào lưu công suất trên các

nhánh,

Kết quả tính toán của quá trình trên được sử dụng để nghiên cứu các mạng điện một chiểu (mạng tuyến tính) trong hệ thống, Kết quả này cũng được sử dụng để nghiên cứa các loại sự cố trong hệ thống hoặc sẽ được biến

Trang 22

28

đổi dữ liệu để thực hiện tương đương hớa hệ thống, biến đổi đữ liệu máy phát

và phụ tái để sử dụng cho quá trình mô phỏng động

PSSLF

+ Đưa dữ liệu trào lưu công suất đầu vào

+ Các dữ liệu cơ sở: mô phỏng các phần tử

+ Đưa ra dữ liệu trào lưu công suất

¥

Chọn phương pháp giải

Tha,

Trang 23

29

1.4.2 Các bước mô phủng động trong PSS/E

Phần chương trình mô phỏng động của PSS/E sử dụng phương pháp tích hân số để nghiên cứu chế độ quá độ của hệ thống điện, theo dõi đấp ứng của

hệ thống theo thời gian khi có kích động xảy ra Sự mô phỏng động của quá trình vật lí gềm 3 bước cơ bản sau:

- Xây dựng một hệ các phương trình vi phân mô tả quá trình vật lí của hệ

thống một cách tổng quát

- Xác định giá trị của các hằng sở và các thông số biến mô tả chỉ tiết tình

trạng vật lí của hệ thống tại một thời điểm tức thời

~ Tích phân trên các nhương trình vi phân với những giá trị đã dược xác

định ở bước trên là điều kiện đầu

"Trong nghiên cứu ổn định động, sử dựng PSS/E cho biết sự biến thiên của các thông số hệ thống theo thời gian, từ đó có thể đánh giá hệ thống là ổn định

hay mất ổn định Nhưng chương trình không có khả năng tính trực tiếp những

đại lượng quan trọng như: độ dự trữ ổn định động, góc cắt giới hạn ö.m, thời

gian cát giới hạn Lạu để hộ thống đảm bảo ổn định Đặc biệt mục liêu tính toán

ổn định động lầm lạu rất quan trọng và hết sức cần thiết để phục vụ cho việc

chỉnh định các hệ thống bão vệ Vì vậy có thể chạy chương trình mô phỏng

nhiều lần để dò tim tem, hoặc sử dụng các thuật toán đặc biệt xác định trạm nhanh hơn, ít bước lặp hơn, sử dụng kết quả PSS/E để từm tạ bằng phương

'pháp diện tích là một ví dụ

'Irong luận văn, nghiên cứu ổn định động sử dụng mô phông động của

PS§5/1: gồm 4 bước chính: tính toán CĐXL, nhập số liệu động kiểm tra số liệu,

chạy mô phống, phân tích ổn định động

1.4.2.1 Tính toán chế độ xác lập trước sự cố

Mọi tính toán quá trình quá độ hệ thống điện đều phải xuất phát từ việc

tính CĐXI Từ số liệu nh của hệ thờng như: cấu trúc lưới, số liệu phụ tải, tổng trở thứ tự thuận máy phát, chương trình sẽ tính trào lưu công suất và

Trang 24

30

các thông số diện áp, góc pha, thông số máy bũ, để làm sơ kiện trong bài

loan giải phương trình vi phân tính quá trình quá độ Tuy nhiên chương trình cồn đồi hỏi cả số liệu động của tất cá máy phát và phụ tải để phục vụ tĩnh toán quá trình quá độ

"Trong CĐXL, phụ tải thường được biểu diễn bằng công suất tiêu thụ

không đổi (MW, MVAr) Trên thực tế ứng dụng, khi chuyển sang chế độ

động ta dùng 2 loại mô hình phụ tải: 50% phụ tải loại đồng điện không đối và 50% phụ tải loại tổng trở không đối Khi chuyển sang mô phỏng quá trình quá

độ, các nút cơ sở (đồng thời là nút cản bằng) phải bị loại bỏ chương trình sẽ

sắp xếp lại cấu trúc lưới dễ tối ưu cho việc tính toán, đồng thời tất cd may phat phải xét đến diện kháng quá dộ và siêu quá độ

1.4.2.2 Số liệu động

PSS/E phân loại những đại lượng liên quan đến mô phỏng động như sau:

+ Hãng số (Constanf): Những thông số không đổi trong suốt quá trình

tính toán Ví dụ: các hằng sO hé théng ICON, CON, công suất máy phát

(MBAS), tổng trở phức của máy phát (ZSORCH) điện kháng phức của MBA

(XTRAN),

+ Biến trạng thái (Statc Variabic): Những biến mà giá trị tức thời của chúng được xác định từ các phương trình vi phân

+ Biến đại số (Algebraic Variablc): Những biến mà giá trị của chúng

được xác định khi giá trị của tất cả các hằng số, biến trạng thái và biến đầu vào đã được xác định Các biến đó gồm: VAR (dãy biến đại số chung), VOI+T' (điện áp nút theo p.n), RSFRHQ (độ lệch tấn số theo p.u), ANGI.E (góc pha

cia roto theo độ), PELEC (công suất tác dụng của máy phát theo p.u), QELEC' (công suới phân kháng của máy phát theo p.u), ETERM (điện áp dầu cực máy

phát theo p.u), EFD (điện áp kích từ của máy phát theo p.u), PMECII (công suất cơ của tua bin theo p.u), SPEED (độ lệch tốc độ của máy phát theo p.u),

Trang 25

al

FCOMP (dign áp của thiết bị diễu khiến bù diện dp theo p.u), VOTHSG,

VUEL, VOEL

+ Biến dâu vào (Input Variable): Những đại lượng mà các giá trị của chúng được xác dịnh tại thời điểm tức thời bất kỳ từ logic bên ngoài mô phỏng, dong

Như vậy thu thập và vào số liệu động là vấn để khó khan nhất của công

việc mô hình hóa hệ thống Chương trình đồi hỏi phải nhập đầy đủ các thông

số chỉ tiết của máy phát, thiết bị kích từ, điều tốc và các thiết bi nang cao én

định Để tập hợp đẩy đủ các số liệu thật không đơn giản Ngoài ra, với mỗi phan tử thực tế ta cần phải lựa chọn đúng mô hình trong chương trình

- Mô hình máy phát:

Để đạt mục đích ứng dụng vào HIÐ Việt Nam, ta sử dụng 2 mô hình máy phát trong PS8/1: máy phát điện roio cực lồi (GI/NSAL) và cực ấn

(GHNROU) tương ứng mô phông cho các máy phát tua bin nước và tua bm

hơi Mô hình chỉ tiết của máy phát được viết trong hệ tọa độ quay có 2 thành phần đọc trục và ngang trục: mô phông quá trình quá độ diện từ, sự bão hòa

xuạch từ, mêmien quần tính, ảnh hưởng của các cuộn cân Đặc biệt, các mô tình này đồi hồi phải có giá trị điện kháng siêu quá độ giả tưởng phù hợp với thông số máy phát trong CĐXL (phụ lục l và 2)

tự dùng hoặc rừ thanh cái cấp điện áp máy phát để làm nguồn cung cấp cho hệ thống kích tù, Mô hình đầy đủ gồm có khâu điều áp, hằng số thời gian các bộ

Trang 26

IIYGOY trực tiếp điều chỉnh lưạng nước vào tuabin để điều tốc, sử dụng

một hệ thống thuỷ lực đơn giản để điều khiến đóng mở cửa nhận nước (cảnh

Te Governor lime constant 2 10 20 sec

TGOVI la m6 hinh diéu t6c den gidn, với trạng thái vận hành của tua bin hơi phụ thuộc vào hằng số thời gian hâm nóng Tỷ số T2/T3 cho biết quan hệ

giữa công suấi phái và lượng bơi nước áp suất cao vào tưa bin, T1 là hằng số

thời gian đặc trưng cho độ trễ của bộ điều tốc

Bảng 1.2 Thông số bộ điều tốc tua bìn hơi TGOV]

R Turbine steady state regulation setting | 0.05 pu

Trang 27

33

giả thiết làm việc độc lap

Việc đầu tiên và cũng rất quan trọng là kiểm tra sự hợp lý của các số liệu

động và các số liệu sơ kiện được tính toán bởi CĐXL Lệnh DOCU sé fim ra

được những lỗi đơn giản, đặc biệt là lỗi do sao chép số liệu, nhưng chương trình không thể chỉ ra đâu là số liệu đúng, đâu là số liệu sai Sau khi xét qua

xột loạt tất cả các lỗi đơn giản, chương trình sẽ kiểm tra số liệu sơ kiện của bài loán quá trình quá độ Đây là bước quan trọng dể biết dược chế độ vận

hành xác lập có dúng dân không Máy phát sẽ được kiểm tra sự hợp lý của hệ

số công suất và điện áp đầu cực, công suất phát cũng phải nằm trong phạm vi cho phép Ngoài ra, tính toán trào lưu công suất phải đại độ chính xác nhất

định Lệnh DOCU mới chỉ xác định qua sự bất hợp lý của các thông số nằm

ngoài máy phát, để kiểm tra các điều kiện đầu của quá trình quá độ bên trong

các thiết bị cần phải sử đụng lệnh STRT

Có một cách khác rất thuận lợi trong việc kiểm tra số liệu dộng mà thực

tế dược coi là kiểm tra chuẩn, sử dụng xem xết sự làm việc dúng dắn của từng,

thiết bị độc lập Những điều kiện kiểm tra này dược PSS/H sử dụng bởi các

lệnh ESTR, ERUN, GSTR, GRUN và VCV mà không đồi hỏi thêm những

thiết lập và số liệu đặc biệt

Trang 28

34

1.4.2.4 Chạy chương trình mô phẳng

PSS/ tính toán hệ phương trình vi phân quá trình quá độ bằng cách mô

phỏng không gian trạng thái (theo thời gian) “ảnh tự tính toán ổn định động của P8S/H được minh hoạ trong phụ lục 7

- Khởi tạo:

'Ta thực hiện việc liên kết dữ liệu kết quả bài toán giải tích lưới (đã được biến đổi) với đữ liệu bổ sung cho tính toán động bằng lệnh DYRE, Tiếp theo,

lệnh STRT sẽ liên kết các dữ liệu này với các chương trình con CONEC và

CONET biến đổi chúng thành các điều kiện đầu để phục vụ cho việc tính toán

ổn định động Lệnh này dùng để khởi tạo mô hình hệ thống trước khi sự cố, vì

vậy có thể hiểu cho sự cố xuất hiện ngay sau khi thực hiện STRT Sử dụng lệnh RUN để mô phổng hệ thống vận hành với thời gian đặt trước t; (thời gian

vận hành cho đến khi xuất hiện sự cổ)

- Tạo sự cố:

Sự cố được người dùng giả lập bởi lệnh AL.TR, chương trình cho phép

thay đổi số liệu động nếu cần thiết, sau đó lựa chọn và nghiên cứu nhiều loại

sự cố khác nhau lại những vị trí khác nhau PSS/E mô tả ngắn mạch 3 phá

chạm đất bằng việc đặt một điện dẫn phản kháng song song, với giá trị tương đối là B =-2e+09, Giá trị này đủ để điện áp tại nút sự cố đạt giá trị bằng 0

Sau khi đã giả lập sự cố, đùng lệnh RUN để nhập thời gian cắt bỗ sự cố

(te), cũng là khoảng thời gian xét sự cế được duy trì AL/IR được sử dụng lần

nữa để thay đổi lưới sau sự cố Quá trình mô phỏng sẽ kéo dài đến hết thời

gian nghiên cứu (t,)

Các bước tính toán mỡ phỏng trước sự cổ, khi sự cố và sau sự cố dược

biểu diễn trên hình vẽ ở phụ lục 8

1.4.2.5 Phân tích ẩn định động

Kết quả của quá trình chạy mỏ phỏng trên cho biết sự biến thiên của các

thông số hệ thống khi có sự cố ổn định động của hệ thống được đánh giá

Trang 29

35

theo sự đao động của gốc lệch máy phát P.M Anderson dã chỉ ra: nếu góc

lệch roto (hay góc lệch không đồng bộ) đạt giá trị cực đại rồi giảm dân thì hệ thống là ổn định, nếu một trong các gốc lệch không đồng bộ tăng vô hạn thì

hệ thống là không ổn định vĩ ít nhất có một máy sẽ mất đồng bộ

Phân tích ồn định động được nghiên cứu theo các điều kiện:

- Thời gian nghiên cứu là 1O giây (gồm tất cả các quá trình)

-_ đóc lệch nghiên cứu là góc lệch rơto tương đối

- Gidi hạn của góc lệch là 360°

Sau thời gian loại trừ sự cố, nếu góc lệch tương dối của roto tất cả các

máy phát dêu giữ dược không vượt quá 360° (tính đến hết thời gian nghiên cứu) đủ hệ thống là ổn định, ngược lại hệ thống sẽ mất ổn dịnh

Trang 30

36

CHƯƠNG 2 - MÔ HÌNH ĐỘNG CỦA SVC TRONG TÍNH TOÁN

PHAN TICH ON DINH BONG CUA HTD

2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của SVC:

Thiết bị bù ngang có diễu khiển còn được gọi là máy bù tĩnh (§VC) có nhiệm vụ phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng một cách linh hoạt Các phan tit co ban cha SVC gồm: tụ điện đồng mở bằng Thyristor (TSC) két hop

với kháng điện đồng mở bang Thyristor (TSR) và kháng điện điều khiến bằng Thyristor (TCR) Cấu lạo của SVC được mình hoạ trên hinh 2.1

Hinh 2.1 Cau tao cha SVC

TCR - Thyristor Controtled Reactor - Kháng điều khiển bằng Thyristor

có chức năng điều chỉnh liên lục đồng công suất phản kháng liêu (hụ

TSR - Thyristor Switched Reactor - Kháng đồng mở bằng Thyrislor cổ

chức năng đóng cắt nhanh đồng công suất phản kháng tiêu thu

'TSC - Thyristor Switched Capacitor - Tụ đồng mở bảng Thyristor có chức

năng đóng cất nhanh dòng công suất phản kháng phát lên lưới

Ngoài các phần tử cơ bản trên còn phải kể đến các phần tử khác của SVC như hệ thống điểu khiển cdc thyristor, cdc bd lọc cao tần, máy biến áp với

Trang 31

hân bậc 3 và bậc 5 phát sinh ra trong quá trình hoạt động của SVC

Các thyristor và hệ thống điều khiển chúng đồng vai trò quyết định trong

hoạt động của SVC Việc thay đổi đội ngột góc mở thyristor từ œ=0° sang

@œ=l80° hoặc ngược lại sẽ tương ứng với trạng thái đồng cắt mạch của TCR,

TSC hodc TSR Khi tăng dẫn gốc mở của thyristor ti 90" dén 180°, giá trị hiệu dụng đồng điện chạy qua TCR sẽ giảm dần từ giá trị danh định vẻ Ó Nhờ chúng dòng công suất phẩn kháng có thể được thay đổi một cách liên tục hoặc nhảy bậc tùy ý

Hoạt động đóng mé cha thyristor hầu như không có thời gian quá độ nên

SVC phản ứng rất nhanh và nhạy trước sự thay đổi của điện áp Trên thực tế,

độ nhạy về điện áp có thể dạt tới mức < 0,2% và SVC có thể thay dổi công

suất từ 0 đến trị số định mức trong khoảng thời gian chưa đây 10 ms

3.1.1 Kháng diéu chinh bang thyristor - TCR

Đặc tính diễu chỉnh của SVC được đặc trưng bởi đặc tính của phần tử

'TCR, dược cơi là quan hệ giữa biên độ của thành phẩn cơ bản của dồng diện với góc cất œ,

Đặc tính có thể nhận được dễ đàng bằng cách phân tích đồng điện toàn

phần thành chuỗi Fourier Nếu hàm fứ) nào đó là hàm chu kỳ với chu kỳ thời

Trang 32

38

cw=4 £ 1 bệ - biên độ của thành phần bậc k, k = 1 ta có thành phần cơ

Ảnh hưởng của giá trị gốc cắt œ đến dòng điện của TCR được trình bày

trên hình 2.2 Sóng của tín hiệu dòng điện của TCR được minh hoạ ở hình 2.3

Trang 33

Với tần số công nghiệp @=21f ta có hàm chủ kỳ

†a có hầm chu kỳ 2mr biểu diễn được như sau (xét nửa chu kỳ dương):

flo) = Ka = 40 nd - bo <a.< 12+ Eo

—Iy (cosa —cos&) ni +9 <œ<m

G day So 18 géc cat cha thyristor, coi 1A tham s6 thay déi (tir 0° dén 90%,

Do tính đối xứng của trục tung nên có thể tích phan theo | phia

Trang 34

40

Trong mach điện có cảm, điện ấp u và dòng diện ¡ lệch phá nhau góc 7/2,

người ta thường xác định góc điều khiển theo tín hiệu điện áp, nghĩa là tính

với góc Ga = Êo + 7/2, với 90 < cto < 180" Khi đó ta có:

4 TS — Dore + —sinkk + etg — Feosorg sin kety

Ta đặt ay — 1„@y(@%a), khi đố

Do dé

+ Với da = 90° > pi(oio) = Flim = Im

+ V6i mo = 180" > pila) = 0, Tim = 0

Ham @i(00) = Tim /lm tit | dén Ö khi oo thay déi tir 90" dén 180% Đây

cũng là qui luật biến thiên biên độ của thành phần cơ bản, cồn gọi là đặc tính

điều chỉnh của TCR Đặc tính điều chỉnh đồng điện của TCR theo góc cất œ

duge minh hoa tren hình 2.4

an 4ã ID HƠ DĐ LÔ HO DŨ TốỘ 0 eo

Hình 2.4 Đặc tình diều chỉnh dòng điện của TCN theo góc cắt œ

Trang 35

41

Bén canh thanh phan co ban (k = l), tín hiệu của dòng điện I chạy trong TCR bao gồm cả các sóng hài bậc cao như bậc 3, 5, 7, Các sóng này có dạng như trên hình vẽ 2.5

Hình 2.5 Các sóng hài bậc cao trong phần nử TCR

Có thể thấy rằng biên độ của các thành phần bậc cao xuất hiện không lớn, giá trị xuất hiện lớn nhất của thành phần bậc 3 cũng chỉ dưới 15% Trên thực tế, chúng được loại bỏ nhờ các bộ lọc đặt trong các thiết bị bù Khi đó đồng điện có tần số cơ bản chính là dòng điện làm việc của TCR

Trang 36

Trong thye té de SVC cấu tạo tổ hợp TCR với TSR va TSC nén Xx thay đổi trong phạm vi xác định Khi Xx thay đổi công suất tiêu thụ trên SVC cũng thay déi theo, vi Qx = U2 / Kx Nếu SVC có trị số điện kháng thay đổi hữu hạn

từ Xkm đến Xx,„, thủ công suất tiêu thy cũng thay đổi từ Quá đến Qian

3.1.2 Đặc tính làm việc của SVC

Ở chế độ lầm việc bình thường của hệ thống điện, SVC lầm nhiệm vụ Lự động diễu chỉnh để giữ nguyên diện ấp nút Tín hiệu điều khiển là độ lạch giữa diện áp nút đặt SVC đo được từ biến điện áp BU với diện áp đặt Tín hiệu

này điều khiển gồc mở của các thyristor làm thay đổi trị số hiệu dụng thành

Đặc tính làm việc của SVC là mối quan hệ giữa điện kháng hay công suất

phản kháng của SVC với diện áp của nút đặt thiết bị này (hình 2.6) Trong phạm vi diễu chỉnh được công suất (phạm vi của TCR) tức Xu < Xsvc < Äuø,

hay QmmŠ < Qua điện ấp nút được giữ ở trị số đặt Us

Tuy nhiên, trên thực tế các SVC thường dược chế tạo với đặc tính làm

việc mêm Khi đó trong phạm vi điểu chỉnh được của công suất, điện áp nút dược phớp đao động với độ lệch AU Nhờ độ nghiêng của đặc tính trong vùng điểu chỉnh dược công suất, có thể phân bố công suất cho các SVC làm việc song song hoặc làm việc cùng với các thiết bị diễu chỉnh công suất phản

kháng khác

Trang 37

a) SVC chi có tính cảm b) SVC cd cd tinh dung vi tinh cdm

Hình 2.6 Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp

2.1.3 Đặc tính điều chính của SVC

Đặc tính điểu chỉnh của SVC có thể xây dựng dựa vào nguyên lý làm

việc của Thyristor Trên hình 2.7 mô tả nguyên lý hoạt động của bộ thyistor trong mạch thuần trở

- Với góc mở của thyristor œ = 0°; dòng điện qua thyristor | = l„ạ và khi

a tang dan thi gid trị của đồng điện này giảm dần, đến khi œ = I8Œ® thì mach

bị ngất hoàn toàn và dồng diện qua thyristor ] = 0

- Nếu ta thay đổi trạng thái đột ngột giá trị gốc œ từ œ = OF sang ca = 18

thi tương ứng với trạng thái đồng hoặc mở mạch

"Trong mạch có điện cảm quan hệ giữa điện áp ngoài và dòng điện trong

mạch có phức tạp hơn, nhưng nguyên )ý làm việc của Thyristor không có gì

thay đối

Trang 38

Hình 2.7 Sóng của diện ấp dẫu ru của mach thudn tré-cé thyristor

3.1.4 Các hiệu quả chính của SVC

- 8VC cổ tác dụng ổn dịnh điện ấp trong những hệ thống khó diều chỉnh

nhờ đồ chất lượng điện áp được nâng cao

~ Giảm tổn thất công suất và tổn thất điện nâng trong lưới

~ Giảm quá điện áp trong chế độ sự cố

- Nâng cao giới hạn chuyên tải của các đường đây theo điều kiện ổn định tinh:

- Diéu khién quá trình quá 46, nang cao tính ổn định động cho hệ thống 2.2 Mó hình động của SVC

3.2.1 Giới thiệu chung về mô hình động của SVC

Để nghiên cứu mô hình động của SVC, trước tiên ta nghiên cứu đặc tính

động của các kháng điểu khiển Sự chuyển mạch và hoạt động của các

Thyristor trong đải thông rộng nhằm dap ứng rất nhanh dải thông của mô phông trong phần mềm PSSE Điểm làm việc của quá trình này được cài dạt nhờ một bộ điều khiển cổ dải thông rộng nằm trong phạm vị của PSSE Mô tănh động của kháng điều khiển được mình hoạ trên hình 2.8

Trang 39

i: đồng điện của kháng điểu khiển

y;: Hiệu quả dẫn nạp của kháng điều khiển

6c: Tĩn hiệu tham chiếu dể điều khiển sự hoạt động của Thyristor

6,: 1ín hiện đầu vào bổ sưng

vụ: Điện Áp tham chiếu

Power Erequeuey Comtroller Thyristar-Reartor Unit Neework Selation

3

tình 2.0 Mô hình động của SVC trong PSSE

Các đặc trưng động là II(§) và Z(s) của bộ kháng - Thyristor và hệ thống

cố ánh hưởng với một đặc trưng khác phức tạp và phi tuyến có dải thông rộng

Hộ điều chỉnh C@) được thiết kế để có dải hoạt động rộng được giới thiệu

Trang 40

46

trong PSSB Mô hình động của tất cả các kháng điều khiển trong PSSR đều có dang chưng như mình hoạ trên hình 2.9 Đặc điểm chung của kháng điểu khiển là gồm có một hằng số thời gian và các bộ giới hạn để đưa lín hiệu đầu

ra (ở tân số cơ bản) của bộ điều chỉnh cố giá trị thích hợp,

3.2.2 Mó hình động của SVC trong PSSE

Mô hình động của SVC trong PSSE đòi hỏi mỗi SVC (hoặc SVG - Static

var generator) phải được mò tả giống như một tụ điện hoặc một máy phát điện trong mô phông theo thời gian để tính toán trào lưu công suất Phương pháp

mô phông SVC như là một tụ điện trong tính loán trào lưu công suất s dụng mô hình sau dây

1 Phương thức điều khiển các rụ điện là liên tục

2 Tất cá các bước và các block ở tụ điện đó được giả thiết là được điều khiển bởi mô hình động trong PSSE

Các tụ điện và kháng cố định được tạo độc lập trong SVC Điện áp ở các

đầu cực SVC hoặc nút được điều khiển từ xa có thể đạt được thông qua sự lựa

chọn CHAN của diện áp tại nút dồ Độ dẫn nạp của thiết bị có thể dạt được nhờ việc lựa chọn thông số thích hợp Dưới dây là các nguyên tác áp dụng khi

mô phông SVC như là một máy phát diện

1 Nút để nối SVC đến phải là nút loại 2 hoặc loại 3 và phải có một máy

phái được lắp đại và vận hành thay cho SVC

2 Trị số công suất cơ bản MBASE của máy phát phải bằng công suất

định mức MVA của cuộn cảm được điều khiển của SVC

3 Phần tử máy biến áp Iăng ấp của máy phát không được sử dụng Các

tham số của nó (ZTRAN và GBNTAP) tương ứng phải bằng không và ở nấc

đã định sẵn

4 Trị số ZSORCH của máy phát phải đặt ở một trị số lớn để đảm bảo

rằng 8VU không phải là một nguồn dồng khi đống cắt diện

Tiêu đề	Tính Toán Phân Tích Ổn Định Hệ Thống Điện Việt Nam Xét Đến Hiệu Quả Đặt SVC
Tác giả	Nguyễn Xuân Đạo
Người hướng dẫn	GS. TS. La Văn Út
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Hệ Thống Điện
Thể loại	Luận văn
Năm xuất bản	2006
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	2,12 MB