Luận văn Phân tích ổn định hệ thống điện mạng 5 nút bằng phần mềm PSS/E

ung gian chuyển tiếp từ CĐXL này sang CĐXL khác, thông số làm việc thay đổi đáng kể.Giới thiệu chung về ổn định HTĐPhân loại ổn định HTĐ theo thông số thay đổi.11Hình 4. Phân loại ổn định HTĐ theo thông số.Giới thiệu chung về ổn định HTĐPhân loại ổn định HTĐ theo ổn định tĩnh và ổn định động.12Hình 5. Phân loại ổn định HTĐ theo ổn định tĩnh và ổn định động.Giới thiệu chung về ổn định HTĐHệ thống có ổn định động nếu có được 2 điều kiện:Điều kiện cần: Tồn tại điểm cân bằng ổn định sau sự cố (tức là tồn tại CĐXL mới sau sự cố).Điều kiện đủ: Các thông số thay đổi trong quá trình quá độ có biên độ dao động hữu hạn và tắt dần về thông số CĐXL mới. Điều kiện thứ hai dẫn đến các yêu cầu phải áp dụng các phương pháp phân tích ổn định phù hợp.13Mô hình các phần tử trong HTĐ14Mô hình máy phát điện.Hình 6. Cấu trúc của máy điện đồng bộ.Mô hình các phần tử trong HTĐ15Hình 7. Mạch thay thế stator và rotor của máy phát điện đồng bộ.Trong đóa,b,c: Các cuộn dây statorfd: Cuộn dây kích từkd: Cuộn cản dọc trụckq: Cuộn cản ngang trụck=1,2,3,,n: Số cuộn cản: Góc trục d vượt trước trục từ trường cuộn dây pha ar: Vận tốc góc rotorMô hình máy phát điện.Mô hình các phần tử trong HTĐ16Các phương trình vi phân mô tả máy phát điện đồng bộ:Phương trình này gồm 3 ptvp từ thông của rotor:2 phương trình này là 2 pt biểu thị chuyển động quay của rotor.Ngoài ra, còn có 2 pt đại số dùng để tính công suất điện và điện áp stator:Trong đó, 	là các ma trận hằng số phụ thuộc vào thông số của máy phát.Mô hình các phần tử trong HTĐ17Mô hình bộ kích từ.Cung cấp dòng điện DC cho cuộn kích từ và tự điều chỉnh dòng kích từ để ổn định điện áp đầu cực và điều chỉnh công suất phản kháng phát ra của máy phát.Ptvp mô tả hệ thống kích từ:Hình 8. Sơ đồ khối bộ kích từ SCRX.Mô hình các phần tử trong HTĐ18Mô hình bộ điều tốc:Điều chỉnh tốc độ quay của máy phát theo sự thay đổi của tải nhằm duy trì tốc độ cũng như tần số của máy phát hoạt động một cách ổn định.Hình 9. Sơ đồ khối bộ điều tốc HYGOV.Mô hình các phần tử trong HTĐ19Mô hình bộ PSS.Tăng cường độ hãm dao động của máy phát thông qua hệ thống kích từ, nâng cao độ ổn định HTĐ.Ptvp mô tả bộ PSS:Hình 10. Sơ đồ khối bộ ổn định PSS2A.Mô hình các phần tử trong HTĐ20Mô hình bộ MBAMô hình đường dâyMô hình tải tổng hợp.Mô hình các phần tử trong HTĐ21Tổng kết các phương trình vi phân và đại số:Tổng quát: Các p.pháp phân tích ổn định động22Hình 11. Các phương pháp phân tích ổn định động.Các p.pháp phân tích ổn định động23Hình 12. Phương pháp Euler.Phương pháp EulerCác công thức của PP Euler:Các p.pháp phân tích ổn định động24Hình 13. Phương pháp Euler cải tiến.Phương pháp Euler cải tiếnCác công thức của PP Euler:Các p.pháp phân tích ổn định động25Phương pháp Runge – KuttaPp Runge – Kutta bậc 2:Pp Runge – Kutta bậc 4:Các p.pháp phân tích ổn định động26Hình 14. Tiêu chuẩn cân bằng diện tích.Tiêu chuẩn cân bằng diện tíchCác công thức:NỘI DUNG1234Giới thiệu đề tàiLý thuyếtMô phỏng mạng 5 nút bằng phần mềm PSS/E27Kết luận và hướng phát triểnMô phỏng mạng 5 nútbằng phần mềm PSS/E28Sự cố ngắn mạch ba pha đối xứngSự cố ngắn mạch một pha chạm đất bất đối xứngSự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng29Sự cố ngắn mạch thoáng qua đường dây 100-200Nội dung 01Nội dung 03Nội dung 05Nội dung 02Nội dung 04Nội dung 06Cô lập đường dây 100-200 sau đó tự đóng lạiSự cố thoáng qua thanh cái 151Cô lập đường dây 100-200 sau sự cốTìm thời gian tới hạn khi cắt đường dây 100-200Cô lập thanh cái 151 sau sự cốSự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng30Kịch bản: Mạng điện vận hành bình thường từ 0 đến 2s, sự cố ngắn mạch 3 pha trên đường dây 100 – 200 xảy ra tại thời điểm 2s, sự cố thoáng qua tồn tại 0.1s rồi tự mất đi tại thời điểm 2.1s. Cấu trúc mạng điện không thay đổi. Tiếp tục mô phỏng đến thời điểm 20s.Hình 15. Sự cố thoáng qua đường dây 100-200.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng31Hình 16. So sánh điện áp đầu cực – Tác động của bộ kích từ.022.1clear fault20t(s)Hình 17. So sánh công suất điện từ - Tác động của bộ kích từ.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng32Hình 18. So sánh tốc độ máy phát – Tác động của bộ điều tốc.022.1clear fault20t(s)Hình 19. So sánh công suất cơ đầu vào - Tác động của bộ điều tốc.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng33022.1clear fault20t(s)Hình 20. So sánh góc rotor máy phát - Tác động của bộ ổn định.Tác động của bộ kích từ34Giới hạn truyền tải hệ thống:Hệ thống có bộ điều chỉnh kích từ:Hệ thống không có bộ điều chỉnh kích từ:	Xét hệ thống đơn giản E’dXDXDUX’dXB1VtCó điều chỉnh kích từKhông có điều chỉnh kích từ0180°Tác động của bộ điều tốc35Quan hệ công suất điện - cơ máy phát đồng bộ:Tác động của bộ ổn định36Độ thay đổi momen điện từ máy phát:→ Bộ điều chỉnh kích từ làm tăng hệ số moment đồng bộ, đồng thời giảm hệ số moment cản dịu.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng37Bảng 1. Thời gian tới hạn để hệ thống duy trì sự ổn định.Các trường hợpThời gian tới hạn sự cố (s)Không có bộ kích từ, bộ điều tốc0.74Có bộ kích từ0.78Có bộ điều tốc1.23Có bộ kích từ và bộ điều tốc1.03Có bộ kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định1.03Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng38Kịch bản: Mạng điện 5 nút vận hành bình thường từ 0 đến 2s, sự cố ngắn mạch 3 pha trên đường dây 100 – 200 xảy ra tại thời điểm 2s, sự cố tồn tại 0.1s, tại thời điểm 2.1s đường dây 100 – 200 được cắt ra. Cấu trúc mạng điện đã thay đổi. Tiếp tục mô phỏng đến thời điểm 20s.Hình 28. Sự cố thoáng qua đường dây 100-200, cô lập đường dây sau sự cố.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng39Hình 29. So sánh góc rotor của hệ thống khi có và không có bộ PSS.022.1trip line20t(s)Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng40Kịch bản: Mạng điện 5 nút vận hành bình thường từ 0 đến 2s, sự cố ngắn mạch 3 pha trên đường dây 100 – 200 xảy ra tại thời điểm 2s, sự cố tồn tại 0.1s, tại thời điểm 2.1s đường dây 100 – 200 được cắt ra. Cấu trúc mạng điện đã thay đổi. Tiếp tục mô phỏng đến thời điểm 3.1s, đường dây 100-200 được tự đóng lại. Cấu trúc mạng điện trở lại như thời điểm ban đầu. Tiếp tục mô phỏng đến thời điểm 20s.Hình 30. Tự đóng lại sau khi cô lập đường dây 100-200 sau sự cố thoáng qua.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng41Hình 31. So sánh góc rotor của hệ thống khi có và không có bộ PSS.022.1trip line20t(s)3.1recloserSự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng42Kịch bản: Mạng điện 5 nút vận hành bình thường từ 0 đến 2s, sự cố ngắn mạch 3 pha trên đường dây 100 – 200. Sau đó tìm thời gian tối đa mà sự cố có thể diễn ra để sau khi cắt đường dây hệ thống vẫn duy trì trạng thái ổn định.Hình 32. Tìm thời gian tới hạn sự cố đường dây 100-200.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng43Hình 33. So sánh góc rotor của hệ thống khi còn và mất ổn định.02???trip line20t(s)Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng44Kịch bản: Mạng điện vận hành bình thường từ 0 đến 2s, sự cố ngắn mạch ba pha tại thanh cái 151 xảy ra tại thời điểm 2s, sự cố thoáng qua tồn tại 0.1s rồi tự mất đi. Cấu trúc mạng điện không thay đổi. Tiếp tục mô phỏng đến thời điểm 20s.Hình 34. Sự cố thoáng qua bus 151.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng45Hình 35. So sánh góc rotor của hệ thống đối với sự cố thoáng qua bus 151.022.1clear fault20t(s)Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng46Kịch bản: Mạng điện vận hành bình thường từ 0 đến 2s, sự cố ngắn mạch ba pha tại thanh cái 151 xảy ra tại thời điểm 2s, sự cố tồn tại 0.1s, tại thời điểm 2.1s thanh cái 151 được cắt ra. Cấu trúc mạng điện thay đổi. Tiếp tục mô phỏng đến thời điểm 20s.Hình 36. Cô lập bus 151 sau sự cố thoáng qua.Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng47Hình 37. So sánh góc rotor của hệ thống khi cô lập bus 151 sau sự cố.022.1disconnect bus20t(s)Sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng48Hình 38. Đáp ứng trong khi cắt đường dây 100-200 sau sự cố 3 pha.Hình 39. Đáp ứng của hệ thống sau sự cố 3 pha thoáng qua trên bus 151. Mô phỏng mạng 5 nútbằng phần mềm PSS/E49Sự cố ngắn mạch ba pha đối xứngSự cố ngắn mạch một pha chạm đất bất đối xứngSự cố ngắn mạch 1 pha bất đối xứng50Kịch bản: Mạng điện vận hành bình thường từ 0 đến 2s, sự cố ngắn mạch một pha chạm đất trên đường dây 150 – 200 xảy ra tại thời điểm 2s, sự cố thoáng qua tồn tại 0.1s rồi tự mất đi tại thời điểm 2.1s. Cấu trúc mạng điện không thay đổi. Tiếp tục mô phỏng đến thời điểm 20s.Hình 40. Sự cố thoáng qua đường dây 150-200.51Hình 41. So sánh góc rotor của hệ thống sự cố ngắn mạch 1 pha chạm đất.Sự cố ngắn mạch 1 pha bất đối xứng022.1clear fault20t(s)NỘI DUNG1234Giới thiệu đề tàiLý thuyếtMô phỏng mạng 5 nút bằng phần mềm PSS/E52Kết luận và hướng phát triểnKết luậnHiểu được khả năng và vai trò của các bộ điều chỉnh kích từ, bộ điều tốc và bộ ổn định đối với việc điều chỉnh đáp ứng góc rotor máy phát khi xảy ra các sự cố.Hiểu được kết quả mô phỏng và phần nào hình dung được các tình huống xảy ra trong thực tế, có những khác biệt nào.Khả năng mô phỏng mạnh mẽ, kết quả trực quan và dễ hiểu, phần mềm PSS/E hết sức phù hợp và có đầy đủ khả năng cũng như công cụ để giúp chúng ta phân tích tính ổn định của HTĐ.53Hướng phát triển	Nghiên cứu lập trình một phần mềm tự động có thể thay thế con người trong việc điều độ hệ thống điện, cụ thể là phần mềm này sẽ tự động thực hiện các việc:Tính toán các thông số của hệ thống điện.Cảnh báo các khả năng sự cố có thể xảy ra.Phân bố lại công suất trong mạng điện sau sự cố để đảm bảo sự ổn định của hệ thống.54Tài liệu tham khảo[1] Hồ Văn Hiến (2013). Hệ thống điện truyền tải và phân phối. Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh.[2] Nguyễn Hoàng Việt – Phan Thị Thanh Bình (2013). Ngắn mạch và ổn định trong hệ thống điện. Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh.[3] Nguyễn Hữu Phúc (2003). Kĩ thuật điện 2 – Máy điện quay. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.[4] Lã Văn Út (2001). Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện. Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật Hà Nội.[5] Prabha Kundur (1994). Power system stability and control. McGraw – Hill, USA.[6] P. M. Anderson, A. A. Fouad (2003). Power system control and stability. Institude of Electrical and Electronis Engineers.[7] Hadi Saadat (1998). Power system analysis. McGraw – Hill, USA.[8] Kimbark E. W. Power System Stability. Vol. III Synchronous Machines. New York: Wiley, 1948-1956. IEEE Press 1995.55XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠNCÁC THẦY CÔ VÀ CÁC BẠNĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI!56