Đánh giá ổn định hệ thống điện gồm một máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn có tích hợp sssc
ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN GỒM MỘT MÁY PHÁT NỐI VỚI THANH
CÁI VÔ CÙNG LỚN CÓ TÍCH HỢP SSSC
EVALUATION OF ELECTRICITY SYSTEM INCLUDING SINGLE ELECTRIC POWER
GENERATOR CONNECTING INFINITE BUS WITH SSSC
Trần Văn Đức
Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
TÓM TẮT
Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ ngày càng cao, điện năng ngày càng đóng vai trò
quan trọng trong tất cả các ngành kinh tế, sự phát triển của nhu cầu tiêu thụ điện năng đánh giá
sự phát triển của xã hội và nâng cao đời sống của một khu vực, một quốc gia. Do đó, hệ thống
điện cũng ngày càng phát triển cả về quy mô lẫn công nghệ. Ngày nay đã hình thành nhiều hệ
thống điện lớn trong phạm vi quốc gia hoặc liên quốc gia, xuất hiện nhiều nhà máy điện làm
nhiệm vụ đáp ứng công suất cho phụ tải điện. Chính điều này làm cho việc ổn định hệ thống trở
nên phức tạp do sự trao đổi công suất và dao động của các nhà máy ảnh hưởng qua lại với nhau
khi chúng được liên kết với nhau.Bài báo này đề xuất mô hình điều khiển mới sử dụng thiết bị
FACTS là SSSC để nâng cao ổn định tĩnh và động của hệ thống điện bằng cách thiết kế bộ điều
khiển giảm dao động PID trong các điều kiện vận hành khác nhau. Một cách tiếp cận trong miền
tần số, dựa trên một mô hình hệ thống tuyến tính sử dụng phân tích các giá trị riêng và một
phương pháp miền thời gian, dựa trên mô hình mô phỏng phi tuyến dưới những nhiễu loạn khác
nhau được thực hiện đề kiểm tra tính hiệu quả của bộ SSSC, kết hợp với bộ điều khiển giảm dao
động được thiết kế.
Từ khóa: FACTS; SSSC; PID; ổn định hệ thống điện.
ABSTRACT
With the increasing development of science and technology, electricity is increasingly playing an
important role in all economic sectors, the development of power consumption needs assessing
the development of society and lifting High life of a region, a country. Therefore, the power
system is also growing in both size and technology. Today, many large national or interna- tional
power systems have been established, and many power plants have been established to meet the
load capacity requirements. This makes system stability more complex due to the exchange of
capacity and fluctuations of plants that affect each other when they are linked together. This
paper proposes a control model The use of FACTS is SSSC to improve the static and dynamic
stability of the electrical system by designing a controller that reduces PID vibration under
different operating conditions. An approach in the frequency domain, based on a linear system
model, uses a separate value analysis and a time domain method, based on a nonlinear model of
simulation under various perturbations. The test of the efficiency of the SSSC, combined with the
reduced oscillator controller is designed.
Keywords: FACTS; SSSC; PID; stabilized power system.
Đánh giá ổn định hệ thống điện là vấn đề đã
và đang được các nhà khoa học, các tổ chức
trong nước và quốc tế quan tâm nghiên cứu
từ rất lâu bởi tầm quan trọng của nó. Nghiên
cứu tính ổn định của quá trình quá độ cung
cấp những thông tin liên quan tới khả năng
mất đồng bộ của hệ thống điện trong thời
gian bị sự cố do những nguyên nhân khác
nhau như mất đột ngột nguồn phát, cắt
đường dây mang tải, sự thay đổi phụ tải lớn
1. GIỚI THIỆU
Trong tất cả các hiện tượng phức tạp trên hệ
thống điện, ổn định hệ thống điện được xem
là vấn đề phức tạp nhất để có thể hiểu được
và phân tích một cách thấu đáo. Hệ thống
điện trong thế kỷ 21 sẽ còn đặt ra nhiều thách
thức thậm chí còn khó khăn hơn bởi chúng
buộc phải vận hành gần hơn với giới hạn ổn
định của chúng.
hoặc các sự cố ngắn mạch trên đường dây
truyền tải,..v.v. Đặc biệt vấn đề nghiên cứu
này cung cấp những thay đổi về điện áp,
dòng điện, công suất, tốc độ và mô men của
các máy trong hệ thống điện cũng như là sự
thay đổi về công suất của hệ thống trong
khoảng thời gian ngay tức khắc sau sự nhiễu
loạn [1].
hiện bằng mô phỏng để đo lường giá trị riêng
của hệ thống điện 5 máy theo chiều dọc bằng
sử dụng bộ mô phỏng tương tự và thay đổi
công suất bằng dạng sóng sin để đo các phần
thực của giá trị riêng của hệ thống điện nhiều
máy.
Trong tài liệu [5], các tác giả thiết kế các bộ
ổn định hệ thống điện logic mờ sử dụng các
giải thuật di truyền, hệ chuyên gia mờ và ứng
dụng giải thuật GA trong thiết kế bộ ổn định
hệ thống điện logic mờ. Các thông số để
chọn cho bộ điều khiển là độ lệch tốc độ và
đạo hàm của nó làm đầu vào mờ. Các tác giả
đã thực hiện các nghiên cứu bằng mô phỏng
trên hệ thống nhiều máy bị nhiễu nhỏ, sự cố
ba pha và mô phỏng bộ ổn định hệ thống
điện dựa trên GA để thấy tính ưu việt của bộ
ổn định hệ thống điện. Kết quả, công trình đã
cải thiện đáng kể đặc tính động của hệ thống
ở các điều kiện ổn định hệ thống điện logic
mờ cho mô hình nhiều máy.
2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN
CỨU
2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong
nước
Trong [2], các tác giả đã thực hiện cho một
hệ thống điện miền Bắc Việt Nam. Công
trình đánh giá khả năng của hệ thống điện để
chịu được các nhiễu loạn trong khi vẫn duy
trì chất lượng phục vụ. Từ đó, các tác giả đưa
ra nhiều kỹ thuật khác nhau để phân tích ổn
định quá độ trong các hệ thống điện, đặc biệt
cho một hệ thống nhiều máy. Các kỹ thuật
bao gồm các giải pháp miền thời gian, các
tiêu chí mở rộng vùng căn bằng, các phương
pháp ổn định trực tiếp bằng hàm năng lượng
và giải thuật phù hợp để phân tích sự ổn định
tạm thời cho hệ thống điện bằng một máy
tính cá nhân. Trong công trình, các tác giả
xác định thời gian tối thiểu phục hồi hệ thống
điện khi bị các sự cố ba pha để lập kế
hoạch hoặc vận hành các hệ thống điện.
3.MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ CẤU HÌNH
HỆ THỐNG ĐIỆN
3.1 Mô hình hệ thống điện [6]
Hệ nghiên cứu là mô hình gồm một máy phát
có công suất 600MVA phát lên hệ thống qua
máy biến áp 22/500KV. Phía sau máy biến áp
gồm 2 đường dây song song TL1 và TL2 nối
với thanh cái vô cùng lớn. Trên đường dây
TL2 có nối với bộ SSSC có công suất
100MVA
Trong [3], tác giả cũng ổn định hệ thống
điện nhưng sử dụng phương pháp xây dựng
chương trình tính toán phân bố công suất
trong hệ thống điện cho hệ nhiều máy bằng
phần mềm Matlab. Tác giả đã đạt được
những kết quả là dùng công cụ đánh giá ổn
định hệ thống 9 nút, 3 máy phát để ứng dụng
vào thực tiễn đối với hệ thống điện Việt
Nam.
2.2Một số kết quả nghiên cứu ngoài nước
Hình 3.1 Cấu hình hệ thống điện
Trong tài liệu [4], để đánh giá ổn định tĩnh hệ
thống, các tác giả tìm giá trị riêng từ các
phương trình trạng thái trong mô hình hệ
thống từ phân tích máy tính. Sau đó, nạp trực
tiếp các giá trị riêng này vào hệ thống để hệ
thống điện ổn định hơn và kinh tế hơn. Để đo
lường trực tuyến các giá trị riêng của hệ
thống, các tác giả sử dụng bộ tích điện từ
siêu dẫn (SMES). Các kết quả được thực
3.2 Mô hình máy phát điện đồng bộ [6]
Máy phát điện đồng bộ (SG), có ba cuộn dây
trên stator trong khi rotor có một cuộn dây từ
trường và ba cuộn dây giảm chấn. Để trình
bày mô hình SG đơn giản, bài báo sử dụng
phép biến đổi Park để chuyển đổi các thành
phần dây quấn stator 3 pha a-b-c thành
các thành phần 0-d-q dựa trên hệ qui chiếu
quay ở tốc độ góc của rotor ω.
3.3 Mô hình bộ giảm chấn [6]
Trục dọc (trục d) nằm dọc theo từ thông sinh
ra của roto của dây quấn từ trường, trong khi
trục ngang (trục q) vuông góc với trục d. Ở
đây, giả sử mô hình SG được hoạt động ở
điều kiện cân bằng ba pha, và do đó, có thể
bỏ qua thành phần trục 0. Mô hình SG tương
đương dựa trên trục d-q được vẽ trong Hình
3.2.Từ mạch tương đương này, có thể thu
được sáu phương trình vi phân trên trục d-q
bằng cách dùng định luật Kirchhoff. Có thể
tham khảo các thông số của mô hình SG ở
phần phụ lục và ý nghĩa vật lý của các thuật
ngữ được đề cập đến phần các ký hiệu.
Các sơ đồ của hệ máy phát điện tua-bin và hệ
bộ giảm chấn được trình bày lần lượt trong
Hình 3.3 (a) và (b). Bốn khối quay, tức là,
tuabin áp suất cao (HP), tuabin áp suất thấp
(LP), máy phát điện (GEN), và bộ kích từ
(EXC), đều được ghép bằng cơ trên cùng
một trục.
Trong hình 3.3 (b), bốn khối quay, các trục
và các bộ giảm chấn kết hợp tạo thành hệ
thống máy phát điện tuabin. Có thể biểu diễn
các mô hình toán học của bốn khối này bằng
bốn phương trình đại số vi phân của bộ giảm
chấn và bốn phương trình tốc độ góc được
nêu bên dưới. Tất cả các đại lượng có các
dấu chấm đặc trưng cho sự khác biệt của các
biến tương ứng.
Xd .id KMF .iF KMD .iD B .( R.id .Xq .iq .KMQ .iQ .KMS .iS V
)
(3.1)
(3-2)
cd
RF
KMF
KMF .id XF .iF MR .iD B .( RF .iF
.EFD
)
ωH
ωL
ω
ωX
KMD .id MR .iF XD .iD B .RD .iD
(3.3)
LP
GEN
EXC
HP
Xd .iq KMQ .iQ KMS .iS B .( R.iq .Xd .id .KMF .iF .KMD .iD V
)
(3.4)
(3-5)
(3-6)
cq
TL
Te
Tex
TH
(a) Hệ máy phát điện bằng tua bin
KMQ .iq XQ .iQ MQ .iS B .RQ .iQ
MX ,DX
MH ,DH
ML , DL
MG ,DG
KMS .iq MQ .iQ XS .iS B .RS .iS
KHL
KLG
KHL
EXC
HP
LP
GEN
RF
(b) Mô hình bộ giảm chấn
Hình 3.3 Hệ máy phát điện tuabin và mô
hình giảm chấn
XF
VF
iF
R
id
KMF
MR
vd
Xd
RD
iD
KMD
(3-7)
(3-8)
MH H TH DH H KHL (H L )
H B (H 1)
VD = 0
XD
ωλq
RQ
iQ
XQ
(3-9)
ML L TL DL L KHL (H L ) KLG (L )
VQ = 0
R
iq
KMQ
L B (L 1)
(3-10)
(3-11)
(3-12)
MQ
Xq
vq
RS
KMS
MG T DG KLG (L ) KGX ( X )
VS = 0
XS
iS
e
ωλd
B ( 1)
Hình 3.2 Mô hình mạch tương đương của
máy phát đồng bộ trên trục d-q
1
(3-20)
(3-21)
(XT XN )idT XL icd vcd
2 V sin( )
MX X T DX X KGX ( X )
ex
(3-13)
(3-14)
B
(RT RN )idT (XT XN )iqT ecd RL icd XL icq
X B (X 1)
1
(XT XN )iqT XL icq vcq
2 V cos( )
TH và TL ký hiệu cho ngõ nhập, M với chỉ
số dưới ký hiệu cho mỗi đơn vị quán tính của
mỗi khối, ω là tốc độ góc, D là hệ số giảm
chấn, θ là góc dịch chuyển, ωB là tốc độ
góc,và K là hằng số giảm chấn, δ là góc mô
men của máy phát. Mô hình toán học với các
thông số này là để đơn giản hóa hệ thống
thực tế. Trong phương trình (3-11), mô men
điện từ của máy phát đồng bộ SG có thể
được biểu diễn bằng
B
(RT RN )iqT (XT XN )idT ecq RL icq XL icd
Có một mối quan hệ khác nữa giữa idT, iqT và
icd, icq. Hiệu điện thế trên hai đường dây
truyền tải là giống hệt nhau, và do đó, có thể
tìm được các đại lượng của hai phương
trình vi phân liên quan đến điện áp như dưới
đây.
1
(3-22)
(XP XL )icd XP idT
B
Te d iq q id
(3-15)
RP idT XP iqT ecd (RP RL )icd (XP XL )icq
(Xd id KMF iF KMD iD )iq (Xq iq KMQ iQ KMS iS )id
1
(XP XL )icq XP iqT
(3-23)
3.4 Mô hình máy phát điện đồng bộ nối
với thanh cái vô cùng lớn [6]
B
RP iqT XP idT ecq (RP RL )icq (XP XL )icd
Để đo điện áp đầu dây vd và vq của SG , giả sử
một nhánh tụ điện nhỏ được nối giữa đất và
đầu dây của SG. Vì các điện áp đầu dây được
đo vd và vq của SG có liên quan đến các biến
trạng thái của các đường dây truyền tải và bên
trong SG, Tất cả các đại lượng đã được định
3.5 Mô hình hệ thống kích từ [6]
Ý nghĩa của mỗi khối trong bộ kích từ loại 1
của IEEE được liệt kê như sau:
a) VR: điện áp điều chỉnh, chỉ số dưới R có
nghĩa là quy định. Vì vậy, khối này được đặt
tên là bộ điều chỉnh.
nghĩa trong phần các ký hiệu.
(3-16)
(3-17)
C vcd B (id idT C vcq )
SE f (EFD
)
Vt
VR,max
VR
Vref
EFD
KA
1
C vcq B (iq iqT C vcd )
1 sTA
KE sTE
Một trong những đường dây truyền tải được
nối với một bộ bù nối tiếp, và do đó có thể tìm
được các phương trình vi phân dòng - áp của
VR,min
V3
s KF
1 s TF
bộ bù nối tiếp ở bên dưới.
Hình 3.4 Sơ đồ khối của hệ thống kích từ
loại 1 của IEEE
ecd B (ecq icd XC )
ecq B ( ecd icq XC )
(3-18)
(3-19)
b) SE: Chức năng bão hòa của bộ kích từ và
chỉ số dưới E là ngắn mạch kích từ. Vì vậy,
mạch vi phân của E là khối kích từ.
Từ thanh cái (bus) máy phát đến bus vô cùng
lớn, cũng được diễn tả bằng số trục d-q gồm
tất cả phương trình vi phân dòng - áp của
đường dây truyền tải thông qua phép biến đổi
Park. Ở đây, giả sử độ lớn và góc pha điện áp
bus vô cùng lớn là 1.0 p.u, và α tương ứng là
0 độ , δ là góc mô men của máy phát được đề
cập trong phần 3.2, trong phần này nối cả hệ
thống cơ và hệ thống điện.
c) V3: tín hiệu phản hồi của EFD, tín hiệu này
đại diện cho tín hiệu đầu ra của mạch ổn
định.
Theo Hình 3.4, các phương trình vi phân bậc
nhất của mô hình hệ thống kích từ loại 1 của
IEEE được diễn tả như dưới đây. Ngoài ra,
có thể tham khảo phần ký hiệu các ý nghĩa
vật lý của tất cả các đại lượng trong các
phương trình.
khiển nhận các đầu vào tại vị trí như dòng
điện đường dây và điện áp và tạo ra các tín
hiệu điều khiển thích hợp theo các giá trị
tham khảo mong muốn. Các bộ lọc LP được
sử dụng để lọc ra những sóng hài để có được
các dạng sóng gần sin từ đầu ra không sin
của SPVSC. Các biến áp ghép là một biến áp
công suất tăng áp được sử dụng để kết nối
các SPVSC đến đường dây truyền tải điện áp
cao.
TA .VR VR KA .(V V V )
(3-24)
(3-25)
(3-26)
ref
t
3
( BEX .EFD
TE .EFD VR (A
) KE ).EFD
EX
TF .V KF .EFD V
3
3
3.6 Mô hình SSSC [7-14]
Bộ chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) dựa trên
bộ SSSC đã được đề xuất bởi Gyugyi vào
năm 1989. Bộ SSSC bù nối tiếp và điều
khiển góc truyền tải.
Chức năng chính của bộ SSSC là điều khiển
luồng công suất. Nó cũng có thể dùng là để
triệt tiêu SSR, về cơ bản bộ SSSC là một
nguồn điện áp AC, nó chỉ hoạt động ở tần số
cơ bản. Khi nó bù điện dung trên đường dây,
bộ SSSC không thể gây ra mạch cộng
hưởng nối tiếp liên quan với điện kháng của
đường dây. Do đó, không thể có các dao
động của SSR.
Bộ SSSC có thể cung cấp chế độ bù điện áp
hoặc chế độ trở kháng. Ở chế độ bù điện áp,
bộ SSSC có thể duy trì được điện áp bù dung
hoặc cảm. Ở chế độ bù trở kháng, bộ SSSC
được sử dụng để duy trì điện dung bù công
suất định mức hoặc bù cao nhất.
Hình 3.5 cho thấy một mô hình chức năng
một pha của SSSC. Thành phần chính của nó
là; một tụ điện dc, chuyển đổi nguồn điện áp
một pha (SPVSC), một bộ lọc thông thấp
(LP) và một biến áp ghép. Nguồn gốc của
điện áp ac của SPVSC đến từ các điện áp DC
trên tụ dc, CDC. Các điện áp dc được giữ
không đổi
Như hình 3.6, mạch DC bên trong bộ SSSC
tương đương với nguồn dòng DC được nối
song song với tụ điện DC Cdc và điện trở
DC Rdc , mạch này trình bày các tổn thất
chuyển mạch của bộ VSI. Ngược lại, mạch
phía AC của bộ SSSC tương đương với
nguồn áp nối tiếp với đường dây truyền tải.
Ở hệ qui chiếu đồng bộ trục d-q, như trong
hình 3.6, có thể biểu diễn điện áp Vse như
hình bên dưới. Trong mô hình này Rse được
đặt bằng không và Lse là một điện kháng rất
nhỏ. Do đó, bộ SSSC có thể được mô phỏng
gần như là một nguồn điện áp lý tưởng.
trên tụ dc,
CDC
idc
Vdc
Rdc
Cdc
Hình 3.5 Mô hình khối chức năng một pha
của SSSC
DC side
Vse
Rse
Lse
icd, icq
không đổi (các tụ điện dc được duy trì không
đổi) tại một giá trị tham khảo bởi nguồn đã
chỉnh lưu từ các đường dây truyền tải AC
(một lượng nhỏ công suất phản kháng được
rút ra để cung cấp các mất mát nhỏ của
SPVSC). Các SPVSC có thể là một sóng
vuông-đơn tuyến đơn giản, một đa xung hoặc
một công cụ chuyển đổi đa bậc phức tạp. Bộ
chuyển đổi được điều khiển bởi các tín hiệu
cổng được tạo ra bởi một máy phát mẫu cổng
được điều khiển bởi bộ điều khiển. Bộ điều
AC side
Hình 3.6 Mạch tương đương của bộ
SSSC điển hình
Vsed N KVSI Vdc cosse
(3-27)
Vseq N KVSI Vdc sinse
(3-28)
Trong đó N là tỷ số lắp ghép của máy biến áp,
KVSI là một hằng số đại diện cho Vdc và Vse,
và θse đại diện cho góc pha của nguồn áp.
giảm tỷ lệ dao động giữa máy phát điện.Bộ
điều khiển giảm dao động PID được thiết kế
bằng cách sử dụng phương pháp gán cực.
4.1 Cấu hình bộ điều khiển giảm dao động
PID của SSSC
8 6
Đối với bộ nghịch lưu 48 xung, KVSI
/ .
=
Bộ điều khiển dao động PID được thiết kế
cho hệ thống nghiên cứu này. Độ lệch giữa
tốc độ ∆ωSG được cảm nhận để tạo ra các tín
hiệu ngõ ra Va1 của bộ điều khiển giảm dao
động PID. Tín hiệu ngõ ra Va1 của bộ điều
khiển giảm dao động PID là tín hiệu dao
động. Tín hiệu này được thêm vào để quyết
định tín hiệu góc pha se, được điều chế để
cải thiện tỷ lệ dao động của chế độ (A1,2 và
A3,4) của hệ thống nghiên cứu, các phần còn
lại chính là voltage sourced converser trong
sơ đồ khối bộ SSSC.
Càng nhiều xung đưa vào bộ nghịch lưu,
dạng sóng đầu ra của θse có thể đạt đến càng
gần tín hiệu hình sin, các tín hiệu này được
sử dụng trong phương trình (3-27) và (3-28).
Do các mạch tương đương như thể hiện trong
hình 3.6. Các phương trình trên bộ SSSC có
thể được sắp xếp như sau:
(3-29)
Cdc Vdc N KVSI (icd cosse icq sinse ) Vdc Rdc
Trong bài báo này, bộ SSSC bù điện dung và
có thể tìm được các phương trình điều khiển
bên trong của bộ SSSC từ hình 3.7 như sau:
KI
+ +SKD
STw
KP
SG
S
Xc
1+STw
PID controller
2
Va1
se i
(3-30)
(3-31)
Vdcref
Xcref
Vcref
KIse
S
1
KPse
+
KVSI
PI controller
KPse (Vdcref Vdc ) KIse XSSSC
Vdc
Magnitude and
phase
angle calculator
4 Thiết kế bộ điều khiển PID [15-19 ]
Icd
Icq
i
series
-transmission
line equation
Chương này mô tả các quy trình thiết kế và
kết quả thiết kế của bộ điều khiển giảm dao
động (oscillation damping controllers) (ODCs)
đề xuất cho SSSC. Mục đích của thiết kế bộ
điều khiển cho SSSC là để đạt được sự cải
thiện ổn định của hệ thống nghiên cứu.Các đề
xuất ODC cho SSSC là bộ điều khiển giảm
dao động PID, trong đó sử dụng các độ lệch
tốc độ rotor của máy phát điện và các dẫn
xuấtcủa chúng như các tín hiệu ngõ vào để tạo
ra các tín hiệu giảm dao động làm tín hiệu ngõ
Xc
se
PWM
To VSI
V pcc
pcc
Phase-locked
loop(PLL)
-/2
Hình 4.1 Sơ đồ khối của bộ SSSC có PID
5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG [20]
Mục tiêu của phần này là minh họa tính hiệu
quả của các bộ điều khiển giảm chấn của
SSSC đề xuất để nâng cao sự ổn định động
của hệ thống trong các điều kiện ngắn mạch
3 pha ở thanh cái vô cùng lớn và nhiễu trên
trục máy phát điện.
Vcref
Vdcref
Xcref
1
KVSI
KIse
s
PI controller
KPse
´
Vdc
Magnitude and phase
angle calculator
Mục tiêu này đạt được bằng cách thực hiện
các mô phỏng trong miền thời gian và so
sánh các đáp ứng động của hệ thống khi
SSSC không có PID, SSSC có PID. Các điều
kiện ổn định xem xét cho hệ thống bao gồm:
icq
icd
θi
series-transmission
line equation
se
PWM
Vpcc
θpcc
Phase-locked
loop (PLL)
To VSI
2
-Các đại lượng trên 2 đường dây và máy phát
điện có bộ SSSC không có PID
Hình 3.7 Khối điều khiển chức năng bên
trong của bộ SSSC
-Các đại lượng trên 2 đường dây và máy phát
điện có bộ SSSC có PID
vào cho bộ điều khiển SSSC để cải thiện
Các kết quả mô phỏng trong miền thời gian
trong được phân tích và chia thành hai
trường hợp. Các kết quả tính trong miền thời
gian của hệ thống có bộ SSSC và bộ
SSSC+PID được trình bày. Các trường hợp
khác nhau được thực hiện trong chương trình
MATLAB /SIMULINK. Mô hình Simulink
của hệ thống nghiên cứu được thiết kế bộ
điều khiển xây dựng dựa trên các phương
trình phi tuyến được thiết lập tại mục 3 và
mục 4.
đường dây 1 khi bộ SSSC có PID và bộ
SSSC không có PID
Từ hình 5.2, ta thấy khi đường dây 1 trước
ngắn mạch ( ở 5 giây trở về trước). Biên độ
dao động công suất tác dụng của đường dây
1, ở 2 trường hợp, không thay đổi. Khi
xảy ra ngắn mạch, ở đường dây 1 có bộ
SSSC + PID thời gian xác lập công suất
tác dụng, ngắn hơn (ở 9 giây). Biên độ dao
động công suất tác dụng lúc xảy ra ngắn
mạch, gần bằng nhau, nhưng đáp ứng ở đỉnh
đầu phía trên có một phần bị nhiễu, sau đó
biên độ dao động công suất tác dụng, nhỏ
hơn rồi về xác lập. Trong khi đó thời gian
xác lập công suất tác dụng của đường dây 1
có bộ SSSC, không có PID dài hơn (ở 17
giây) và biên độ dao động công suất tác
dụng cũng lớn hơn.
5.1 Kết quả mô phỏng ngắn mạch 3 pha
tại thanh cái vô cùng lớn
Từ hình 5.1, ta thấy thanh cái trước khi ngắn
mạch (5 giây về trước). Biên độ dao động
điện áp thanh cái ở 2 trường hợp không thay
đổi. Khi xảy ra ngắn mạch, ở thanh cái có bộ
SSSC+PID, thời gian xác lập điện áp trên
Từ hình 5.3, ta thấy khi đường dây 2 trước
ngắn mạch ( ở 5 giây trở về trước). Biên độ
dao động công suất tác dụng của đường dây
2, ở 2 trường hợp, không thay đổi. Khi xảy
ra ngắn mạch, ở đường dây 2 có bộ SSSC
+ PID, thời gian xác lập công suất tác dụng
ngắn hơn (ở 9 giây). Biên độ dao động công
suất tác dụng lúc xảy ra ngắn mạch gần
bằng nhau, sau đó biên độ dao động công
suất tác dụng, nhỏ hơn rồi về xác lập. Trong
khi đó thời gian xác lập công suất tác dụng
của đường dây 2 có bộ SSSC, không có
PID dài hơn (ở 17 giây) và biên độ dao
động công suất tác dụng cũng lớn hơn.
Ñieän aùp treân thanh caùi
1.1
SSSC
SSSC+PID
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t (s)
Hình 5.1 Đáp ứng của điện áp trên thanh
cái của bộ SSSC có PID và bộ SSSC
không có PID
Coâng suaát taùc duïng treân ñöôøng daây 2
thanh cái ngắn hơn (ở 8 giây). Biên độ dao
động điện áp lúc xảy ra ngắn mạch gần bằng
nhau, sau đó biên độ dao động điện áp nhỏ
hơn rồi về xác lập. Trong khi đó thời gian
xác lập điện áp trên thanh cái của hệ thống
điện có bộ SSSC, không có PID, dài hơn (ở
14 giây) và biên độ dao động điện áp cũng
lớn hơn.
0.48
SSSC
SSSC+PID
0.46
0.44
0.42
0.4
0.38
0.36
0.34
0.32
0.3
Coâng suaát taùc duïng treân ñöôøng daây 1
0.5
SSSC
SSSC+PID
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t (s)
0.45
Hình 5.3 Đáp ứng công suất tác dụng của
đường dây 2 khi bộ SSSC có PID và bộ
SSSC không có PID
Từ hình 5.4, ta thấy ở đầu dây máy phát điện
trước ngắn mạch ( ở 5 giây trở về trước).
Biên độ dao động công suất tác dụng ở đầu
dây máy phát điện, ở 2 trường hợp, không
thay đổi. Khi xảy ra ngắn mạch, ở đầu dây
0.4
0.35
0.3
0.25
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t (s)
Hình 5.2 Đáp ứng công suất tác dụng của
máy phát điện có bộ SSSC + PID thời gian
xác lập công suất tác dụng ngắn hơn (ở 9
giây). Biên độ dao động công suất tác dụng
lúc xảy ra ngắn mạch gần bằng nhau. sau đó
biên độ dao động công suất tác dụng nhỏ hơn
rồi về xác lập. Trong khi đó thời gian xác lập
công suất tác dụng đầu dây máy phát điện ,
không có PID dài hơn (ở 15 giây) và biên độ
cũng lớn hơn.
Từ hình 5.6, ta thấy đường dây 1 trước
nhiễu trên trục máy phát (ở 2 giây trở về
trước). Biên độ dao động công suất tác dụng
của đường dây 1, ở 2 trường hợp, không
thay đổi. Khi xảy ra nhiễu trên trục máy
phát, ở đường dây 1 có bộ SSSC + PID
thời gian xác lập công suất tác dụng ngắn
hơn (ở 8 giây).Biên độ dao động công suất
tác dụng lúc nhiễu trên trục máy phát nhỏ
hơn, sau đó biên độ dao động công suất tác
dụng cũng nhỏ hơn rồi về xác lập. Trong khi
đó thời gian xác lập công suất tác dụng của
đường dây 1 có bộ SSSC, không có PID
dài hơn (ở 16 giây) và biên độ dao động
dao động công suất tác dụng cũng lớn hơn.
Coâng suaát taùc duïng treân ñaàu daây maùy phaùt ñieän
1
SSSC
SSSC+PID
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
công
hơn.
0.47
suất
tác
dụng
cũng
lớn
0.65
Coâng suaát taùc duïng treân ñöôøng daây 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t (s)
SSSC+PID
SSSC
Hình 5.4 Đáp ứng công suất tác dụng trên
đầu dây máy phát điện khi bộ SSSC có PID
và bộ SSSC không có PID
5.2 Kết quả mô phỏng khi có nhiễu trên
trục máy phát
0.46
0.45
0.44
0.43
0.42
Ñieän aùp treân thanh caùi
1.005
SSSC+PID
SSSC
1
0.995
0.99
0.41
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t (s)
Hình 5.6 Đáp ứng công suất tác dụng trên
đường dây 1 của bộ SSSC có PID và bộ
SSSC không có PID
0.985
0.98
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t (s)
Coâng suaát taùc duïng treân ñöôøng daây 2
0.47
SSSC+PID
SSSC
Hình 5.5 Đáp ứng điện áp của đường dây
của bộ SSSC có PID và bộ SSSC không có
PID
0.46
0.45
0.44
0.43
0.42
0.41
Từ hình 5.5, ta thấy ở thanh cái trước nhiễu
trên trục máy phát (2 giây trở về trước).
Biên độ dao động điện áp ở thanh cái, ở 2
trường hợp, không thay đổi. Khi nhiễu
trên trục máy phát, ở thanh cái có bộ SSSC
+ PID thời gian xác lập điện áp trên thanh
cái ngắn hơn (ở 7 giây). Biên độ dao động
điện áp lúc nhiễu trên trục máy phát nhỏ
hơn, sau đó biên độ dao động điện áp cũng
nhỏ hơn rồi về xác lập. Trong khi đó thời
gian xác lập điện áp trên thanh cái của hệ
thống điện có bộ SSSC, không có PID dài
hơn (ở 13 giây) và biên độ dao động điện áp
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t (s)
Hình 5.7 Đáp ứng công suất tác dụng trên
đường dây 2 của bộ SSSC có PID và và bộ
SSSC không có PID
Từ hình 5.7, ta thấy ở đường dây 2 trước
khi nhiễu trên trục máy phát (ở 2 giây trở
về trước). Biên độ dao động công suất tác
dụng của đường dây 2, ở 2 trường hợp,
không thay đổi. Khi nhiễu trên trục máy
phát, ở đường dây 2 có bộ SSSC + PID
thời gian xác lập công suất tác dụng ngắn
hơn (ở 8 giây). Biên độ dao động công suất
tác dụng lúc nhiễu trên trục máy phát nhỏ
hơn, sau đó biên độ dao động công suất tác
dụng cũng nhỏ hơn rồi về xác lập. Trong
khi đó thời gian xác lập công suất tác dụng
của đường dây 2 có bộ SSSC, không có
PID dài hơn (ở 17 giây) và biên độ dao
động công suất tác dụng cũng lớn hơn.
lúc xảy ra nhiễu trên trục máy phát nhỏ
hơn, sau đó biên độ dao động công suất
tác dụng cũng nhỏ hơn rồi về xác lập.
Trong khi đó thời gian xác lập công suất
tác dụng ở đầu dây máy phát điện có bộ
SSSC, không có PID dài hơn (ở 14 giây)
và biên độ dao động công suất tác dụng
cũng lớn hơn.
6. KẾT LUẬN
Bài báonày đã sử dụng một thiết bị SSSC để
đạt được sự cải tiến tính ổn định của một hệ
thống điện bao gồm một nhà máy điện dựa
trên SG thông thường nối với thanh cái vô
cùng lớn được tích hợp với một bộ SSSC. Hệ
thống nghiên cứu được kết nối với mạng lưới
điện thông qua hai đường truyền song song,
trong đó có một thiết bị SSSC đề xuất dùng
để điều khiển dòng điện. Ngoài ra, phương
pháp phân cực đã áp dụng cho việc thiết kế
bộ điều khiển giảm dao động PID cho SSSC
cải tiến độ ổn định của hệ thống nghiên cứu.
Mô phỏng các phản ứng động của hệ thống
nghiên cứu với các điều kiện nhiễu loạn khác
nhau như nhiễu mô men, thay đổi đối với tải,
lỗi ngắn mạch ba pha vv... Từ kết quả thu
được, có thể kết luận rằng khi sử dụng SSSC
có thể cải thiện độ dao động của hệ thống.
Tuy nhiên, khi SSSC kết hợp với bộ điều
khiển giảm dao động PID thì mức độ giảm
dao động hiệu quả hơn.
Từ hình 5.8, ta thấy ở đầu dây máy phát
điện trước nhiễu trên trục máy phát điện
( ở 2 giây trở về trước), biên độ dao động
công suất tác dụng ở đầu dây máy phát
điện, ở 2 trường hợp không thay đổi. Khi
Coâng suaát taùc duïng treân ñaàu daây maùy phaùt ñieän
0.96
SSSC+PID
SSSC
0.94
0.92
0.9
0.88
0.86
0.84
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t (s)
Hình 5.8 Đáp ứng công suất tác dụng trên
đầu dây máy phát điện của bộ SSSC có
PID và bộ SSSC không có PID
nhiễu trên trục máy phát, ở đầu dây máy
phát điện có bộ SSSC + PID thời gian
xác lập công suất tác dụng ngắn hơn (ở 8
giây). Biên độ dao động công suất tác dụng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Minh Cường. Bài giảng ổn định hệ thống điện. Bộ môn Hệ thống điện, trường
Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, 2005
[2] Huynh Chau Duy, Huynh Quang Minh and Ho Dac Loc.Transient stability analysis of a
multi machine power system. Faculty of Electrical and Electronics Engineering,Ho Chi Minh
City University of Technology, VietNam, 18/7/2015
[3] Nguyễn Vũ Phương Thảo. Đánh giá ổn định của hệ thống nhiều máy bằng phương pháp mô
phỏng. Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 12/2012.
[4] Takenori Yonezu, Tanzo Nitta. On-line measurement of the eigenvalues of multi-machine
power system by use of smes, The University of Tokyo,18/7/2015
[5] Manisha Dubey, Aalok Dubey. Genetic Algorithm Based Design of Fuzzy Logic Power
System Stabilizers in Multimachine Power System.World Academy of Science, Engineering
and Technology, Vol:4, No:6, 2010
[6] P. Kundur. Power System Stability and Control. McGraw-Hill, 1994.
[7] H. F. Wang. Static synchronous series compensator to damp power system oscillations.
Electric Power Systems Research, vol. 54, pp. 113119, 2000.
[8] N, G, Hingorani and L, Gyugyi. Understanding FACTS. New York, IEEE Press, 1999,
pp, 244-265.
[9] A. C. Pradhan and P. W. Lehn. Frequency-domain analysis of the static synchronous series
compensator. IEEE Trans. Power Delivery, vol. 21, no. 1, pp. 440-449, Jan. 2006.
[10] S.C.Swain, Srikanta Mahapatra, Sidhartha Panda, Susmita Panda. Design of DE
Optimized SSSC-based FACTS controller. International Journal of Electronics and
Electrical Engineering, ISSN : 2277-7040 Volume 2 Issue 4, March 2012.
[11] Sidhartha Panda, N. P. Padhy. A PSO-based SSSC Controller for Improvement of
Transient Stability Performance. World Academy of Science, Engineering and Technology,
International Journal of Electrical and Computer Engineering,Vol:1, No:9, 2007.
[12] L. Gyugyi, C. D. Schauder and K. K. Sen . Static synchronous series compensator: a
solid-state approach to the series compensation of transmission lines. IEEE Transactions on
Power Delivery, vol. 12, no.1, pp. 406-17, Jan. 1997.
[13] K R Padiyar and K Uma Rao. Discrete control of series compensation for stability
improvement in power systems. Electrical Power & Energy Systems, vol. 19, no. 5, pp.
311-319, 1997.
[14] R. Mihalic and I. Papic.Static synchronous series compensator.a mean for dynamic
power flow control in electric power systems. Electric Power Systems Research, vol. 45, pp.
65–72, 1998.
[15] L. Wang and Z.-Y. Tsai, Stabilization of generator oscillations using PID STATCON
damping controllers and PID power system stabilizers, Proc. 1999 IEEE Power Engineering
Society Winter Meeting, New York, NY, USA, Jan. 31 - Feb. 4, 1999, vol. 2, pp. 616-621.
[16] Sobuj Kumar Ray, Md. Arifur Rahman and Md. Raju Ahmed. Tuning of PI and PID
Controller with STATCOM, SSSC and UPFC for Minimizing Damping of Oscillation, IOSR
Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE), 2278-1676, p-ISSN:
2320-3331, Volume 12, Issue 1 Ver. II (Jan. – Feb. 2017), PP 30-44.
[17] Soheil GANJEFAR, Mojtaba ALIZADEH, On-line self-learning PID controller design of
SSSC using self-recurrent wavelet neural networks, Department of Electrical Engineering,
Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran, 2013.
[18] N.V.Nho, M.J. Youn. Two-mode overmodulation in two-level VSI using principle control
between limit trajectories. CD-ROM Proceedings PEDS, 2003, pp.1274-1279.
[19] N.V.Nho, M.J.Youn. A Comprehensive Study On SVPWM. Carrier Based PWM
Correlation In Multilevel Inverters, IEE Proceedings -Electric Power Applications, 2005.
[20] Pranamita Basu, Aiswarya Harichandan. Power system stability using Matlab. 18/7/2015
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:
Họ tên: Trần Văn Đức
Đơn vị:
Điện thoại: 0976929672
Email: [email protected]
XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
BÀI BÁO KHOA HỌC
THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ
Bài báo khoa học của học viên
có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn
Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ
Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.
Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý
của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!
Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
11 trang
09/01/2024
20260
Free
Bạn đang xem tài liệu "Đánh giá ổn định hệ thống điện gồm một máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn có tích hợp sssc", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- danh_gia_on_dinh_he_thong_dien_gom_mot_may_phat_noi_voi_than.pdf
