ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
HUỲNH TẤN PHÁT
XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH
TÍN HIỆU BÉ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
CÓ THIẾT BỊ FACTS
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Mã số: 605251
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Nguyễn Văn Liêm. Chữ ký:….....
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƢỞNG KHOA…………
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Huỳnh Tấn Phát.
MSHV:12820134
Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1989. Nơi sinh: Huyện Tam Bình – Vĩnh Long.
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện. Mã số : 605251
I. TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng chương trình phân tích ổn đỊnh tín hiệu bé của hệ thống
điện có thiết bị FACTS
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:Nghiên cứu về một số thiết bị FACTS. Xây dựng
mô hình các phần tử của hệ thống điện phục vụ cho mục đích nghiên cứu ổn định
tín hiệu bé. Xây dựng các ma trận đặc trưng và xác định các giá trị riêng. Xây
dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện sử dụng phần
mềm Matlab
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 07/07/2014
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/05/2015
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: Tiến sĩ Nguyễn Văn Liêm.
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CẢM ƠN
Sau gần 10 tháng thực hiện Luận án tốt nghiệp “ Xây dựng chƣơng
trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có thiết bị FACTS ”
đã phần nào hoàn thành, ngoài sự cố gắng của bản thân em đã nhận được sự
khích lệ rất nhiều từ phía Nhà trường, Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Lời đầu tiên em muốn nói là em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn
tận tình của Thầy TS. Nguyễn Văn Liêm Khoa điện- điện tử trường ĐH Bách
khoa thành phố Hồ Chí Minh. Dù rất bận rộn với công việc nhưng Thầy vẫn
luôn dành nhiều thời gian để hướng dẫn em hoàn thiện luận án này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Điện– Điện tử
trường ĐH Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh cũng như các thầy cô trong
trường đã giảng dạy, giúp đỡ em trong 2 năm học vừa qua. Chính các Thầy cô
đã xây dựng cho chúng em những kiến thức nền tảng và những kiến thức
chuyện môn để có thể hoàn thiện luận án này cũng như công việc của mình
sau này.
Xin chân thành cảm ơn các Anh Chị, bạn bè cùng lớp Thiết bị, mạng và
nhà máy điện khoá 2012 (đào tạo tại trường Đại Học Cần Thơ) đã giúp đỡ em
trong quá trình học tập cũng như trong cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, tháng 05 năm 2015
Huỳnh Tấn Phát
Abstract
The integration of Vietnam’s economy in recent years has resulted in
increasing demand of electricity, with the establishment of many plants
leading to various load centers.Therefore, in operation of power system will
occur transient stability and small signal stability. So, power system stability
problem has been analysised. The negative impacts of instability on power
system are matters of concern for scientists as well as for domestic and
international organizations. For this reason, the providing stability ability for
elements of power system, especially, providing rotor angle stability, is of
paramount importance in the determination of instability of power system.
This thesis presents the application of FACTS device to provide rotor angle
stability of generator and some measures and solutions for the reduction of
negative impacts of these fields will also be discussed.
TÓM TẮT
Ở Việt Nam, trong những năm qua, sự hội nhập về kinh tế dẫn tới nhu cầu
điện năng là rất lớn, xuất hiện nhiều nhà máy điện để đáp ứng nhu cầu của phụ tải,
nên trong quá trình vận hành sẽ xuất hiện nhiễu loạn nhỏ và quá trình quá độ gây lên
mất đồng bộ cho các máy phát điện. Vậy vấn đề về ổn định hệ thống điện cần được
xem xét. Ảnh hưởng bất lợi của việc mất ổn định đến toàn bộ hệ thống điện là vấn
đề đã và đang được các nhà khoa học, các tổ chức trong nước cũng như quốc tế quan
tâm nghiên cứu. Trong đó, việc nâng cao khả năng ổn định cho các phần tử trong hệ
thống điện đặc biệt là nâng cao khả năng ổn định góc rotor máy phát điện là một
việc hết sức quan trọng nhằm hạn chế sự mất ổn định cho hệ thống. Trong luận văn
này trình bày một ứng dụng của thiết bị FACTS để nâng cao khả năng ổn định góc
rotor máy phát điện từ đó rút ra kết luận cũng như biện pháp nhằm giảm thiểu ảnh
hưởng bất lợi của các nhiễu loạn cũng như quá trình quá độ khi xảy ra sự cố trong
hệ thống điện.
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do em thực hiện. Các số liệu sử
dụng trong thuyết minh, kết quả phân tích và tính toán được tìm hiểu qua các tài
liệu.
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1
1.Lý do chọn đề tài ................................................................................................................. 1
2.Mục tiêu của nghiên cứu ..................................................................................................... 1
3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................................ 2
4.Các nội dung nghiên cứu ..................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................................... 3
1.1 Tổng quan các vấn đề có liên quan................................................................................... 3
1.2 Tóm lược các bài báo liên quan ........................................................................................ 3
CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH TÍN HIỆU BÉ .............................. 8
2.1. Lịch sử hình thành của bài toán ....................................................................................... 8
2.2. Các hạn chế trước đây ..................................................................................................... 9
2.3. Cơ sở phát triển của bài toán ......................................................................................... 10
2.4. Thành lập bài toán ......................................................................................................... 14
2.4.1. Tính những giá trị riêng .................................................................................................. 14
2.4.2. Tính những vecto riêng................................................................................................... 15
CHƯƠNG 3:MÔ HÌNH CỔ ĐIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ............................................ 16
3.1. Tổng quan ...................................................................................................................... 16
3.2. Các mô hình cổ điển ...................................................................................................... 16
3.2.1. Máy phát điện ................................................................................................................. 16
3.2.2 Ảnh hưởng của máy điện đồng bộ có cuộn dây kích thích ............................................. 20
3.2.3 Ảnh hưởng của bộ kích từ ............................................................................................... 32
3.2.4 Ma trận trạng thái hệ thống bao gồm PSS ....................................................................... 35
3.2.5 Ổn định tín hiệu bé của hệ thống nhiều máy điện ........................................................... 37
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH THIẾT BỊ FACTS CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ............................ 46
4.1 Tổng quan về công nghệ sử dụng FACTS ..................................................................... 46
4.2 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor (SVC – STATIC VAR COMPENSATOR).47
4.2.1. Cấu tạo và nguyên lý SVC ............................................................................................. 47
4.2.2. Chức năng và ưu điểm của SVC..................................................................................... 48
4.2.3. Đặc tính làm việc của SVC............................................................................................. 48
4.2.4. Mô hình SVC .................................................................................................................. 49
4.3. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC -THYRISTOR CONTROLLED
SERIES CAPACITOR). ....................................................................................................... 51
4.3.1. Nguyên lý cấu tạo ........................................................................................................... 51
4.3.2.Các chức năng chính của TCSC ...................................................................................... 52
4.3.3. Mô hình TCSC ............................................................................................................... 52
4.4 Mô hình tuyến tính hóa của thiết bị FACTS .................................................................. 53
4.4.1 Mô hình tuyến tính hóa của SVC .................................................................................... 53
4.4.2 Tuyến tính mô hình TCSC .............................................................................................. 54
4.5. NHẬN XÉT ................................................................................................................... 55
CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH TÍN HIỆU BÉ 57
5.1 Khảo sát ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện đơn giản có xét đến mức độ chi tiết khác
nhau của máy phát ................................................................................................................ 57
5.1.1 Mô tả hệ thống ................................................................................................................. 57
5.1.2 Sử dụng mô hình cổ điển của máy phát........................................................................... 58
5.1.3 Xét ảnh hưởng của quá trình quá độ trong cuộn dây kích thích ...................................... 62
5.1.4 Xét ảnh hưởng của hệ thống kích từ ................................................................................ 70
5.1.5 Xét ảnh hởng của bộ PSS ................................................................................................ 78
5.2 Khảo sát ổn định tín hiệu bé của hệ thống có thiết bị FACTS ....................................... 87
5.2.1 Mô tả hệ thống điện ......................................................................................................... 88
5.2.2 Hệ thống không có TCSC................................................................................................ 88
5.2.3 Hệ thống có TCSC........................................................................................................... 98
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN .................................................................................................... 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 113
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 116
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Những điểm kỳ dị tương xứng với những cặp giá trị riêng ............................. 14
Hình 3.1: Mô hình cổ điển của máy phát điện ......................................................................... 16
Hình 3.2:Sơ đồ khối của một máy điện mô hình cổ điển nối với nút vô hạn .......................... 19
Hình 3.3: Góc rotor và hệ trục d-q ........................................................................................... 20
Hình 3.4 Mô hình mạch tương liên quan đến thông móc vòng và dòng điện.......................... 22
Hình 3.5: Mô hình mạng tương đương .................................................................................... 24
Hình 3.6: Những phần tử phi tuyến và từ thông móc vòng qua khe hở không khí của mạch điện
tương đương ............................................................................................................................. 28
Hình 3.7 : Sơ đồ khối đại diện với hằng số Efd ........................................................................ 30
Hình 3.8: Hệ thống kích từ với AVR ....................................................................................... 33
Hình 3.9: Hệ thống kích từ với AVR và PSS .......................................................................... 35
Hình 3.10: Câu trúc của mô hình hệ thống điện hoàn chỉnh ................................................... 39
Hình 3.11: Phép biến đổi hệ quy chiếu .................................................................................... 40
Hình 3.12: Tổng dẫn song song nối đất ................................................................................... 42
Hình 3.13: Thành phần R và I của dòng điện tải ..................................................................... 43
Hình 4.1: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của SVC ................................................................. 47
Hình 4.2: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp ............................................... 49
Hình 4.3 : Sơ đồ khối điều khiển SVC .................................................................................... 50
Hình 4.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC ............................................................. 52
Hình 4.5: Sơ đồ khối điều khiển của TCSC ............................................................................ 53
Hình 5.1: Mô hình hệ thống mô phỏng ................................................................................... 57
Hình 5.2 : Đồ thị biễu diễn thời gian đáp ứng của độ lệch góc rotor theo thời gian ............... 61
Hình 5.3: Thời gian đáp ứng của góc rotor theo thời gian ...................................................... 62
Hình 5.4: Đồ thị biễu diễn thời gian đáp ứng của độ lệch góc rotor theo thời gian ................ 69
Hình 5.5: Thời gian đáp ứng của góc rotor theo thời gian ...................................................... 69
Hình 5.6: Đồ thị biễu diễn thời gian đáp ứng của độ lệch góc rotor theo thời gian ................ 77
Hình 5.7: Thời gian đáp ứng của góc rotor theo thời gian ...................................................... 77
Hình 5.8: Đồ thị biễu diễn thời gian đáp ứng của độ lệch góc rotor theo thời gian ................ 86
Hình 5.9: Thời gian đáp ứng của góc rotor theo thời gian ...................................................... 86
Hình 5.10: Mô hình hệ thống có kết nối với TCSC ................................................................. 88
Hình 5.11: Đồ thị biễu diễn thời gian đáp ứng của độ lệch góc rotor theo thời gian .............. 97
Hình 5.12: Thời gian đáp ứng của góc rotor theo thời gian .................................................... 97
Hình 5.13: Đồ thị biễu diễn thời gian đáp ứng của độ lệch góc rotor theo thời gian ............ 110
Hình 5.14: Thời gian đáp ứng của góc rotor theo thời gian .................................................. 110
Hình 5.15: Thời gian đáp ứng của góc rotor theo thời gian khi có và không có TCSC ........ 111
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
LỜI MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
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. Trong những năm qua, cùng với sự phát triển về kinh tế, nhu cầu điện năng
của Việt Nam là rất lớn, xuất hiện nhiều nhà máy nhiệt điện và nhà máy thủy điện làm
cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn đặc biệt là vấn đề về đồng bộ
cũng như tính ổn định của hệ thống. Một số rối loạn nhỏ có thể gây ra biến động về tần
số, tải và điện áp trên hệ thống điện, vì vậy, sự mất ổn định tín hiệu nhỏ là một trong
những yếu tố chính hạn chế khả năng truyền tải giữa các hệ thống điện có thể dẫn đến
tan ra hệ thống điện.
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp
chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống
điện, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã được
ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng điện của hệ
thống điện. Các thiết bị thường dùng là: thiết bị bù tĩnh (SVC), thiết bị bù dọc (TCSC).
Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu
quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất
phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng. Vì vậy việc nghiên
cứu xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé có dùng thiết bị FACTS có
tầm quan trọng rất lớn. Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương
pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ thống điện.
2.Mục tiêu của nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:
+ Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện.
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 1
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
+ Nghiên cứu tìm hiểu vai trò các thiết bị FACTS trong việc điều khiển hệ
thống điện
+ Làm cơ sở cho việc thiết kế điều khiển phối hợp nhằm nâng cao ổn định tín
hiệu bé
3. Phạm vi nghiên cứu
+ Phân tích ổn định tín hiệu bé
+ Nghiên cứu về công nghệ FACTS, cấu tạo nguyên lý làm việc và vai trò của một số
thiết bị FACTS ( SVC, TCSC)
4.Các nội dung nghiên cứu
+ Xây dựng mô hình của các phần tử của hệ thống điện phục vụ cho mục đích nghiên
cứu ổn định tín hiệu bé
+ Tuyến tính hóa phương trình vi phân đại số để mô tả chê độ làm việc của hệ thống
điện.
+ Xây dựng ma trận đặc trưng và xác định các giá trị riêng.
+ Xác định các vectơ riêng tính đáp ứng trong miền thời gian của HTĐ khi chịu tác
động của nhiễu nhỏ
+ Xây dựng chương trình sử dụng phần mềm Matlab
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 2
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan các vấn đề có liên quan
Phân tích ổn định tín hiệu nhỏ trong hệ thống điện đã được công nhận là một
vấn đề quan trọng đối với hệ thống điện hoạt động an toàn kể từ những năm 1920
Nhiều sự cố mất điện lớn đã xảy ra bởi sự mất ổn định hệ thống điện. Sự không ổn
định tạm thời chiếm tỷ trọng lớn trên hầu hết các hệ thống điện, và đã là trọng tâm của
nhiều sự chú ý trong ngành công nghiệp liên quan đến ổn định hệ thống. Điều này đã
tạo ra một nhu cầu lớn về nghiên cứu phân tích ảnh hưởng ổn định tín hiệu nhỏ để có
một sự hiểu biết rõ ràng về các loại bất ổn khác nhau là điều cần thiết cho việc thiết kế
và vận hành hệ thống điện tốt hơn đang là vấn đề cấp thiết.Thuật toán và chương trình
phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện đã được nghiên cứu và xây dựng từ
lâu. Tuy nhiên phần mềm có tính chất thương mại đòi hỏi phải có kinh phí để mua.
Gần đây với sự ứng dụng của các thiết bị FACTS trong các hệ thống điện việc
nghiên cứu và xây dựng thuật toán, chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé được
quan tâm [1], [2], [3]
1.2 Tóm lƣợc các bài báo liên quan
[1] X. D. Liu, Meixber. IEEE, S. Z. Xu, Z. D. Li, and H. D. Chiang, Fellow, IEEE
“A New Methodology for Small-signal Stability Analysis of FACTS System”
Bài viết này đưa ra một phương pháp mới để phân tích sự ổn định tín hiệu nhỏ
của hệ thống điện với các thiết bị FACTS. Cơ sở phân tích của phương pháp là lý
thuyết bản đồ Poincare và kỹ thuật phép lấy vi phân tự động cung cấp một phương
pháp hiệu quả để dễ dàng mở rộng các phần mềm mô phỏng trong miền thời gian để
có hàm phân tích giá trị riêng. Định thức Jacobian của các hệ thống phi tuyến trong
thời gian khác nhau là số lượng tính thông qua phép vi phân tự động với độ chính xác
cao, phương pháp tiếp cận này có thể giải các hệ thống quy mô lớn với các thiết bị
điện tử công suất và nó được dùng để mô hình toàn bộ hệ thống.
[2] Seung-Cheol Lee, Student Member, IEEE Jin-yi Kim, Student Member,
IEEE, Jong-Hoon Lee, Student Member, IEEE Jung-Wook Lim, Student
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 3
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
Member, IEEE. Seung-11 Moon, Member, IEEE “Hybrid Linearization of a
Power System with FACTS Devices for a Small Signal stability Study”
Bài viết này đưa ra một phương pháp tuyến tính hóa một hệ thống điện với thiết
bị FACTS ( Một thiết bị linh hoạt trong hệ thống truyền tải) Mô hình hệ thống điện
được tuyến tính cung cấp kiến thức hữu ích, đó là cần thiết cho việc nghiên cứu sự ổn
định tín hiệu nhỏ và thiết kế kiểm soát, nó tính toán nhiều hơn cho hệ thống điện lớn
với nhiều thiết bị FACTS. Việc xác định trị số của hệ thống tuyến tính bằng cách sử
dụng dữ liệu số đầu vào-đầu ra là rất linh hoạt. Trong bài báo này, một phương pháp
đại số tuyến tính và kỹ thuật tuyến tính số được kết hợp được trình bày. Trong khi cả
hai hệ thống điện và các thiết bị FACTS được tuyến tính riêng bằng cách sử dụng
phương pháp đại số, các điều kiện tương tác giữa các hệ thống điện và các thiết bị
FACTS được xác định bởi việc áp dụng kỹ thuật tối ưu hóa bậc hai. Đề xuất kỹ thuật
tuyến tính hóa được kiểm tra trên hệ thống WSCC trong đó một TCSC (Thyristorkiểm soát (Tụ) được cài đặt. Sự phân tích giá trị riêng lẫn những kết quả mô phỏng
trong miền thời gian xác minh rằng các phương pháp đề xuất có hiệu quả để xác định
các mô hình tuyến tính của hệ thống điện với các thiết bị FACTS.
[3] Yousin Tang, A. P. Sakis Meliopoulos Fellow “Power System Small Signal
Stability Analysis with FACTS Elements”
FACTS (hệ thống truyền dẫn AC linh hoạt) Những phần tử bao gồm những
thiết bị chuyển mạch điện tử tần số thấp mà dẫn đến điện áp và những dạng sóng
không sin. Phương pháp dựa trên giả định các dạng sóng hình sin không chính xác cho
hệ thống với các phần tử FACTS, trong khi các phương pháp lấy trung bình làm việc
tốt cho các hệ thống chuyển mạch tần số cao nhưng ít chính xác cho các hệ thống
chuyển mạch với tần số thấp. Bài viết này trình bày một phương pháp chính xác hơn
cho việc phân tích ổn định tín hiệu nhỏ của hệ thống với các phần tử FACTS và các
phần tử phi tuyến.
Phương pháp này bao gồm:
(a) FACTS và mô hình thiết bị phi tuyến.
(b) Phân tích trạng thái ổn định tuần hoàn hệ thống
(c) Phân tích hệ thống giá trị riêng.
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 4
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
Phương pháp được so sánh với phương pháp lấy trung bình
[4] IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions
“Definition and Classification of Power System Stability”
Vấn đề xác định và phân loại sự ổn định hệ thống điện đã được giải quyết bởi
một số bài báo cáo của diễn đàn toàn c ầu ngành Công nghi ệp điê ̣n . (CIGRE) và IEEE
Task Force trước đây. Những nỗ lực trước đó, không hoàn toàn phản ánh nhu cầu,
kinh nghiệm và sự hiểu biết của ngành công nghiệp hiện nay. Đặc biệt, các định nghĩa
không chính xác và không phân loại tất cả các trường hợp bất ổn thực tế.
Báo cáo này giải quyết các vấn đề định nghĩa ổn định và phân loại chúng trong hệ
thống điện từ một quan điểm cơ bản và kiểm tra chặt chẽ các nhánh thực tế.. Báo cáo
nhằm mục đích xác định sự ổn định hệ thống điện chính xác hơn, cung cấp một cách
có hệ thống phân loại của nó, và thảo luận về mối liên hệ đến các vấn đề liên quan như
độ tin cậy và an ninh hệ thống điện.
[5] Xu Zheng Feng Zhouyan “A Novel Unified Approach For Analysis of SmallSignal Stability of Power Systems”
Phân tích ổn định tín hiệu nhỏ thường là trong phạm vi tần số và bằng phương
pháp phân tích giá trị riêng. Bài viết này đề xuất một phương pháp mới để phân tích sự
ổn định tín hiệu nhỏ trong phạm vi thời gian, bao gồm cả dao động thấp tần số (LFO)
và dao động đồng bộ (SSO). Đặc tính phương pháp phân tích giá trị riêng của ổn định
tín hiệu nhỏ được xem xét và so sánh với các phương pháp hệ số mô-men phức hợp.
Nó chỉ ra rằng các phương pháp hệ số mô-men phức hợp có điểm mạnh duy nhất khi
sử dụng để phân tích các vấn đề về SSO là nguyên nhân được gây ra bởi HVDC hoặc
các phần tử FACTS, phương pháp này được thực hiện bằng cách mô phỏng trong miền
thời gian. Các khái niệm về tổng dẫn cơ được giới thiệu để phân tích các vấn đề LFO,
và thực hiện nó bằng cách mô phỏng trong miền thời gian được thành lập vào bài báo.
[6] Xiaoqing HAN, Nannan TIAN,Zhijing ZHENG “Small Signal Stability
Analysis on Power System Considering Load Characteristics”
Xem xét các vấn đề phổ biến của sự ổn định tín hiệu nhỏ trên hệ thống điện, đe
dọa nghiêm trọng đến các hoạt động an toàn của hệ thống điện, sự khác biệt giữa kết
quả tính toán và thực tế trong phân tích ổn định bằng cách chọn mô hình tải phù hợp,
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 5
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
do đó, ảnh hưởng của đặc tính tải về phân tích ổn định tín hiệu nhỏ trên hệ thống điện
đã trở thành một chủ đề nghiên cứu. Trong bài báo này, các khái niệm và phương pháp
phân tích ổn định tín hiệu nhỏ được trình bày trước tiên, và do tầm quan trọng của việc
phân tích ổn định tín hiệu nhỏ trên các mô hình tải của hệ thống điện , hai loại mô hình
tải được giới thiệu. Lấy một hệ thống điện đơn giản như đối tượng nghiên cứu, những
ảnh hưởng của các đặc tính tải khác nhau và sự biến thiên một số thông số tải của động
cơ cảm ứng theo chế độ hoạt động khác nhau được nghiên cứu.
[7] Xu Zheng Feng Zhouyan “A Novel Unified Approach For Analysis of SmallSignal Stability of Power Systems”
Phân tích ổn định tín hiệu nhỏ thường là trong phạm vi tần số và bằng phương
pháp phân tích giá trị riêng. Bài viết này đề xuất một phương pháp mới để phân tích sự
ổn định tín hiệu nhỏ trong phạm vi thời gian, bao gồm cả dao động thấp tần số (LFO)
và dao động đồng bộ (SSO). Đặc tính phương pháp phân tích giá trị riêng của ổn định
tín hiệu nhỏ được xem xét và so sánh với các phương pháp hệ số mô-men phức hợp.
Nó chỉ ra rằng các phương pháp hệ số mô-men phức hợp có điểm mạnh duy nhất khi
sử dụng để phân tích các vấn đề về SSO là nguyên nhân được gây ra bởi HVDC hoặc
các phần tử FACTS, phương pháp này được thực hiện bằng cách mô phỏng trong miền
thời gian. Các khái niệm về tổng dẫn cơ được giới thiệu để phân tích các vấn đề LFO,
và thực hiện nó bằng cách mô phỏng trong miền thời gian được thành lập vào bài báo.
[8]IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions “Definition
and Classification of Power System Stability”
Vấn đề xác định và phân loại sự ổn định hệ thống điện đã được giải quyết bởi
một số bài báo cáo của diễn đàn toàn c ầu ngành Công nghi ệp điê ̣n . (CIGRE) và IEEE
Task Force trước đây. Những nỗ lực trước đó, không hoàn toàn phản ánh nhu cầu,
kinh nghiệm và sự hiểu biết của ngành công nghiệp hiện nay. Đặc biệt, các định nghĩa
không chính xác và không phân loại tất cả các trường hợp bất ổn thực tế.
Báo cáo này giải quyết các vấn đề định nghĩa ổn định và phân loại chúng trong hệ
thống điện từ một quan điểm cơ bản và kiểm tra chặt chẽ các nhánh thực tế.. Báo cáo
nhằm mục đích xác định sự ổn định hệ thống điện chính xác hơn, cung cấp một cách
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 6
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
có hệ thống phân loại của nó, và thảo luận về mối liên hệ đến các vấn đề liên quan như
độ tin cậy và an ninh hệ thống điện.
[9] Xiaoqing HAN, Nannan TIAN,Zhijing ZHENG “Small Signal Stability
Analysis on Power System Considering Load Characteristics”
Xem xét các vấn đề phổ biến của sự ổn định tín hiệu nhỏ trên hệ thống điện, đe
dọa nghiêm trọng đến các hoạt động an toàn của hệ thống điện, sự khác biệt giữa kết
quả tính toán và thực tế trong phân tích ổn định bằng cách chọn mô hình tải phù hợp,
do đó, ảnh hưởng của đặc tính tải về phân tích ổn định tín hiệu nhỏ trên hệ thống điện
đã trở thành một chủ đề nghiên cứu. Trong bài báo này, các khái niệm và phương pháp
phân tích ổn định tín hiệu nhỏ được trình bày trước tiên, và do tầm quan trọng của việc
phân tích ổn định tín hiệu nhỏ trên các mô hình tải của hệ thống điện, hai loại mô hình
tải được giới thiệu. Lấy một hệ thống điện đơn giản như đối tượng nghiên cứu, những
ảnh hưởng của các đặc tính tải khác nhau và sự biến thiên một số thông số tải của động
cơ cảm ứng theo chế độ hoạt động khác nhau được nghiên cứu.
[10] Mohammed Osman Hassan, S. J. Cheng, Senior Member, IEEE, Zakaria
Anwar Zakaria“Steady-State Modeling of SVC and TCSC forPower Flow
Analysis”
Trong bài báo này của mô hình Thyristor bù tĩnh (SVC) và Thyristor kiểm soát
dòng bù (TCSC) trạng thái ổn định cho các nghiên cứu dòng dòng công suất đã được
đại diện và thảo luận chi tiết. Mô hình góc cho SVC đã được đề xuất để kiểm soát điện
áp mà tại đó nó được kết nối. Mô hình cho TCSC được sử dụng để kiểm soát dòng
công suất thực của được cài đặt. Để xác nhận tính hiệu quả của các mô hình đề xuất
phương pháp thuật toán Newton-Raphson đã được phát triển để giải quyết phương
trình dòng công suất trong sự hiện diện của SVC và TCSC.
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 7
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH
TÍN HIỆU BÉ
2.1 Lịch sử hình thành của bài toán:
Phân tích ổn định tín hiệu nhỏ trong hệ thống điện đã được công nhận là một
vấn đề quan trọng đối với hoạt động an toàn của hệ thống điện kể từ những năm 1920
[4] . Nhiều sự cố mất điện lớn đã xảy ra bởi sự mất ổn định trong hệ thống điện. Sự bất
ổn định thoáng qua chiếm tỷ trọng lớn trên hầu hết các hệ thống điện và có thể dẫn tới
tan rã hệ thống điện, nó đã và đang là trọng tâm của nhiều sự chú ý trong ngành công
nghiệp liên quan đến ổn định hệ thống. Điều này đã tạo ra một nhu cầu lớn về nghiên
cứu, phân tích ảnh hưởng ổn định tín hiệu nhỏ để có một sự hiểu biết rõ ràng hơn về
các loại bất ổn khác nhau, và điều đó là rất cần thiết cho việc thiết kế và vận hành hệ
thống điện tốt hơn .
Trong bài toán phân tích ổn định tín hiệu nhỏ sử dụng phương pháp phân tích
giá trị riêng với các bước thông thường là [4] :
+ Đầu tiên, phát triễn mô hình toán học tuyến tính của hệ thống điện.
+ Thành lập các ma trận đặc trưng
+ Giải quyết các giá trị riêng và các vectơ riêng của hệ thống tuyến tính
+ Cuối cùng là dựa vào các giá trị riêng để kết luận về tính ổn định của hệ
thống.
Phương pháp này đã gần như trở thành một phương pháp tiêu chuẩn. Thuật toán
và chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện đã được nghiên cứu và
xây dựng từ lâu. Tuy nhiên phần mềm có tính chất thương mại đòi hỏi phải có kinh phí
để mua. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp
chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống
điện, các thiết bị bù điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã được ứng dụng và
mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng điện của hệ thống điện.
Các thiết bị thường dùng là: thiết bị bù tĩnh (SVC), thiết bị bù dọc (TCSC). Các thiết
bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong
chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và
các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng. Vì vậy việc nghiên cứu xây dựng
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 8
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé có dùng thiết bị FACTS có tầm quan trọng
rất lớn. Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh,
điều khiển hoạt động của hệ thống điện.
2. 2 Các hạn chế trƣớc đây:
Trong vấn đề phân tích ổn định tín hiệu bé với dao động tần số thấp (LFO) bằng
cách sử dụng phương pháp phân tích giá trị riêng bỏ qua quá trình quá độ điện từ và
trở kháng trong cuộn dây stator máy phát điện ở tần số đồng bộ, tính hợp lý của giả
định được kiểm tra từ hai điểm [5]:
+ Hằng số thời gian nạp và xả của cuộn cảm và tụ điện trong mạng điện là nhỏ
so với chu kỳ dao động của LFO vì vậy quá trình chuyển tiếp trong mạng có thể được
bỏ qua.
+ Tần số của LFO thường là trong khoảng 0.1-1Hz cho dao động trong khu vực
và 1-3Hz cho dao động địa phương. Dãy tần số được xem xét trong khoảng f 0= 0.1 ~ 3
Hz với f0 là tần số đồng bộ.
Tuy nhiên, các giả định trên có thể không được chấp nhận trong vấn đề phân
tích dao động đồng bộ (SSO) bằng cách sử dụng phương pháp phân tích giá trị riêng.
Lý do là:
+ Các tần số của SSO là cao hơn nhiều so với LFO, vì vậy chu kỳ dao động của
nó là ít hơn nhiều so với các LFO. Do đó, quá trình chuyển tiếp điện trong mạng
không thể bỏ qua, do đó mạng sẽ được mô tả bằng phương trình vi phân.
+ Giá trị của dãi tần số trong mạng được xem xét là f 0 = fsub với fsub là tần số của
dao động đồng bộ, nói cách khác dãy tần số được xem xét trong mạng là từ 0 ~ 2f 0
Trong nghiên cứu vấn đề dao động đồng bộ (SSO) do HVDC hoặc FACTS, các
mô hình toán học cho HVDC và FACTS trở thành một thách thức lớn đối với phương
pháp phân tích giá trị riêng của việc phân tích ổn tín hiệu nhỏ. Các mô hình trạng thái
bán ổn định chỉ là một mô hình trung bình cho các thành phần cơ bản. Để các thành
phần cơ bản trong mô hình trung bình này có thể được chấp nhận vì tần số chuyển đổi
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 9
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có
thiết bị FACTS
tương đối cao trong các thiết bị HVDC và FACTS trong dao động đồng bộ, dãy tần số
có thể được chấp nhận trong khoảng 0 ~ 2f0 , điều này có nghĩa là mô hình toán học
nên có giá trị trong phạm vi tần số 0-2f0 nhưng trong thực tế các mô hình trạng thái
gần như ổn định của HVDC và FACTS là tại fo
2.3 Cơ sở phát triển của bài toán
Quá trình quá độ của HTĐ có các thiết bị FACTS khi chịu tác động của nhiễu
có thể được mô tả bằng hệ phương trình vi phân đại số [6]:
x f ( x, u )
y g ( x, u )
.
(2.1)
Trong đó:
x là vecto biến trạng thái của hệ thống
u là vecto biến trạng thái đầu vào của hệ thống
y là vecto biến trạng thái đầu ra của hệ thống
f là vecto hàm mô tả đặc tính động của hệ thống
g là hàm mô tả mối quan hệ giữa các biến dòng điện và điện áp của hệ thống kể
cả các thiết bị FACTS
Trong phân tích ổn định tín hiệu nhỏ hệ (2.1) được tuyến tính hóa xung quanh điểm
làm việc:
x x u
(2.2)
y C x D u
HVTH: Huỳnh Tấn Phát
MSHV:12820138
Trang 10
GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm
- Xem thêm -