Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Kỹ thuật - Công nghệ Kỹ thuật viễn thông Phân tích ổn định hệ thống điện mạng IEEE 9 nút bằng phần mềm ETAP...

Tài liệu Phân tích ổn định hệ thống điện mạng IEEE 9 nút bằng phần mềm ETAP

.DOCX
140
284
79

Mô tả:

Phân tích ổn định hệ thống điện mạng IEEE 9 nút bằng phần mềm ETAP
LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Được sự phân công của bộ môn Hệ thống điện, Khoa Điện – Điện tử trường đại học Bách Khoa TP. HCM và sự đồng ý của thầy Đặng Tuấn Khanh, em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: “Phân tích ổn định hệ thống điện mạng IEEE 9 nút bằng phần mềm ETAP”. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô của trường, các thầy cô của khoa Điện – Điện tử, và đặc biệt là quý thầy cô của bộ môn Hệ thống điện của trường đại học Bách Khoa TP. HCM đã tận tình chỉ dạy, đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian em được học tập tại trường. Em đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Đặng Tuấn Khanh đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất cho em để hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp. Thầy đã tổng hợp những kiến thức cơ bản cũng như những kiến thức nâng cao, bổ sung vào những khuyết điểm và cung cấp những tài liệu quý báu cho em. Thầy đã dành rất nhiều thời gian và động viên em trong suốt thời gian qua. Sự hỗ trợ của thầy đã giúp em rất nhiều để có thể hoàn thành bài tốt nghiệp. Khi thực hiện bài tốt nghiệp, em đã cố gắng tham khảo các tài liệu nước ngoài lẫn trong nước, phân tích các kết quả đạt được để đưa ra những kết luận tốt nhất. Nhưng do tài liệu và thời gian có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, do đó em kính mong quý thầy cô có những góp ý cho đề tài tốt nghiệp lần này của em. Những góp ý của quý thầy cô sẽ là kiến thức cần thiết cho việc học tập cũng như công việc sau này của em. Tp. HCM ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực hiện: HOÀNG MINH TRIẾT i SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH TÓM TẮT NỘI DUNG CÁC CHƯƠNG - CHƯƠNG 1: Lịch sử phát triển của hệ thống điện, giới thiệu về tình hình hiện tại của hệ thống và các khái niệm về ổn định hệ thống điện. - CHƯƠNG 2: Tìm hiểu mô hình, các phương trình mô tả các phần tử của hệ thống dùng để giải và phân tích ổn định, bao gồm: mô hình máy phát, bộ điều chỉnh kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định Power system stabilizers. - CHƯƠNG 3: Các tiêu chuẩn, phương pháp dùng để đánh giá tính ổn định của hệ thống. Gồm có tiêu chuẩn diện tích, và phương pháp tích phân số. - CHƯƠNG 4: Giới thiệu tổng quan về phần mềm ETAP, giao diện, các chức năng và cụ thể là chức năng mô phỏng ổn định động. - CHƯƠNG 5: Sử dụng mạng IEEE 9 nút để thực hiện mô phỏng và đánh giá các đáp ứng của hệ thống. Các số liệu của hệ thống gồm đường dây, máy biến áp, phụ tải, và đặc biệt là số liệu của máy phát, bộ điều chỉnh kích từ, bộ điều tốc và bộ ổn định PSS khi thực hiện mô phỏng động hệ thống. - CHƯƠNG 6: Các kịch bản sẽ thực hiện mô phỏng bằng phần mềm ETAP đối với mạng IEEE 9 nút. - CHƯƠNG 7: Kết quả của quá trình mô phỏng, đánh giá các đáp ứng của hệ thống, cụ thể là đáp ứng của góc lệch rotor máy phát để đánh giá tính ổn định của hệ thống, từ đó đưa ra những kết luận nhằm để duy trình tính ổn định đồng bộ của hệ thống điện. ii SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. i TÓM TẮT NỘI DUNG CÁC CHƯƠNG......................................................................ii MỤC LỤC....................................................................................................................iii DANH MỤC HÌNH ẢNH..........................................................................................viii DANH MỤC BẢNG..................................................................................................xiii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT...........................................................................xiv CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN......................................1 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống điện........................................................................1 1.2 Các chế độ của hệ thống điện...................................................................................1 1.3 Khái niệm về ổn định...............................................................................................2 1.3.1 Ổn định tĩnh..........................................................................................................2 1.3.2 Ổn định động........................................................................................................3 1.4 Hậu quả của mất ổn định đồng bộ............................................................................3 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN MÔ TẢ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN.......................................................................................................5 2.1 Khái niệm chung......................................................................................................5 2.2 Mô hình máy phát điện đồng bộ..............................................................................5 2.2.1 Lí thuyết về mô hình máy phát điện đồng bộ........................................................5 2.2.2 Phép biến đổi dq0.................................................................................................9 2.2.3 Xây dựng phương trình mô tả máy phát từ phương trình điện áp máy phát.......11 2.2.4 Phương trình chuyển động của rotor..................................................................14 2.2.5 Tổng kết về mô hình máy phát điện đồng bộ.......................................................15 2.3 Bộ kích từ..............................................................................................................16 2.3.1 Tổng quan và phân loại......................................................................................16 iii SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH 2.3.2 Hệ thống kích từ một chiều.................................................................................17 2.3.3 Hệ thống kích từ xoay chiều...............................................................................18 2.3.4 Hệ thống kích từ tĩnh..........................................................................................20 2.3.5 Mô hình toán học của hệ thống kích từ...............................................................20 2.3.6 Một số hệ thống kích từ khác..............................................................................25 2.4 Bộ điều tốc.............................................................................................................26 2.4.1 Giới thiệu và chức năng của bộ điều tốc (Governor).........................................26 2.4.2 Mô hình toán học của bộ điều tốc.......................................................................26 2.4.3 Tìm hiểu hệ số R của bộ điều tốc........................................................................29 2.5 Bộ ổn định PSS (Power system stabilizers)...........................................................31 2.5.1 Khái niệm bộ ổn định PSS (Power system stabilizers)........................................31 2.5.2 Mô hình bộ ổn định PSS1A.................................................................................31 2.6 Phụ tải.................................................................................................................... 33 2.6.1 Khái niệm phụ tải trong hệ thống điện...............................................................33 2.6.2 Mô hình tải tĩnh..................................................................................................34 2.6.3 Mô hình tải động................................................................................................36 2.7 Máy biến áp...........................................................................................................37 2.8 Đường dây truyền tải.............................................................................................40 2.8.1 Đường dây ngắn và trung bình...........................................................................40 2.8.2 Đường dây dài....................................................................................................44 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG.................46 3.1 Khái niệm chung....................................................................................................46 3.2 Trạng thái của hệ thống khi xảy ra kích động........................................................46 3.3 Tiêu chuẩn diện tích...............................................................................................49 3.4 Phương pháp tích phân số......................................................................................51 iv SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH 3.4.1 Phương pháp Euler............................................................................................51 3.4.2 Phương pháp Euler cải tiến................................................................................53 3.4.3 Phương pháp Runge – Kutta..............................................................................54 3.5 Nhược điểm của các phương pháp tích phân số.....................................................54 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ETAP..............................................56 4.1 Tổng quan về phần mềm ETAP.............................................................................56 4.2 Giao diện của phần mềm ETAP.............................................................................57 4.3 Thanh công cụ của ETAP......................................................................................57 4.4 Phân tích ổn định động bằng ETAP.......................................................................61 4.4.1 Thanh công cụ phân tích ổn định động...............................................................61 4.4.2 Tạo các sự kiện trong phân tích ổn định động....................................................61 4.4.3 Thực hiện mô phỏng và xem kết quả...................................................................66 CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG MẠNG IEEE 9 NÚT THỰC HIỆN MÔ PHỎNG ĐỘNG ..................................................................................................................................... 68 5.1 Giới thiệu mạng IEEE 9 nút...................................................................................68 5.2 Thông số tiêu chuẩn của mạng IEEE 9 nút............................................................69 5.2.1 Thông số đường dây...........................................................................................69 5.2.2 Thông số máy biến áp.........................................................................................70 5.2.3 Thông số phụ tải.................................................................................................70 5.3 Mô hình và thông số của mô hình phân tích ổn định động trong ETAP................71 5.3.1 Mô hình các phần tử được sử dụng phân tích ổn định........................................71 5.3.2 Thông số các phần tử được sử dụng để phân tích ổn định..................................75 CHƯƠNG 6: TẠO CÁC KỊCH BẢN KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG..................81 6.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của các bộ kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định PSS...............81 6.2 Khảo sát một số kịch bản các sự cố đối xứng........................................................83 v SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH 6.2.1 Kịch bản 1: Sự cố thoáng qua thanh cái số 8.....................................................83 6.2.2 Kịch bản 2: Sự cố thoáng qua thanh cái số 8 có bộ PSS....................................84 6.2.3 Kịch bản 3: Cô lập thanh cái số 8 sau sự cố 3 pha.............................................84 6.2.4 Kịch bản 4: Cô lập thanh cái số 8 sau sự cố 3 pha có bộ PSS............................84 6.2.5 Kịch bản 5 : Sự cố thoáng qua đường dây số 6..................................................84 6.2.6 Kịch bản 6: Sự cố thoáng qua đường dây số 6 có bộ ổn định PSS.....................85 6.2.7 Kịch bản 7: Sự cố 3 pha và cắt đường dây số 6..................................................85 6.2.8 Kịch bản 8: Sự cố 3 pha và cắt đường dây số 6 có bộ PSS.................................85 6.2.9 Kịch bản 9: Sự cố 3 pha và cắt đường dây số 6 sau đóng tự đóng lại................86 6.2.10 Kịch bản 10: Sự cố 3 pha và cắt đường dây số 6, tìm thời gian tới hạn...........86 6.2.11 Kịch bản 11: Sự cố 3 pha và cắt đường dây số 6, tìm thời gian tới hạn, cô lập máy phát bị mất ổn định đồng bộ................................................................................86 6.3 Khảo sát kịch bản sự cố không đối xứng...............................................................86 CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG BẰNG ETAP.......87 7.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của các bộ kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định PSS...............87 7.1.1 Đáp ứng góc lệch rotor của hệ thống đối với sự cố............................................88 7.1.2 Điện áp đầu cực của máy phát đồng bộ đối với sự cố........................................92 7.1.3 Công suất cơ đầu vào của máy phát đối với sự cố..............................................94 7.1.4 Công suất điện từ của máy phát đối với sự cố....................................................95 7.1.5 Tác động của các bộ kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định PSS tới thời gian tới hạn của hệ thống................................................................................................................97 7.2 Khảo sát đáp ứng của hệ thống với các sự cố đối xứng.......................................101 7.2.1 Sự cố ba pha thanh cái số 8..............................................................................101 7.2.2 Sự cố ba pha đường dây số 6............................................................................106 vi SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH 7.3 Khảo sát đáp ứng của hệ thống với các sự cố không đối xứng – sự cố một pha chạm đất thanh cái số 1..............................................................................................118 KẾT LUẬN...............................................................................................................122 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................124 vii SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các loại ổn định trong hệ thống điện..............................................................2 Hình 2.1 Cấu trúc của máy điện đồng bộ.......................................................................5 Hình 2.2 Mạch thay thế stator và rotor máy phát điện đồng bộ.....................................6 Hình 2.3 Mạch thay thế stator và rotor máy phát.........................................................11 Hình 2.4 Sơ đồ khối hệ thống kích từ hoàn chỉnh........................................................16 Hình 2.5 Hệ thống kích từ một chiều...........................................................................18 Hình 2.6 Hệ thống chỉnh lưu cố định...........................................................................19 Hình 2.7 Hệ thống chỉnh lưu động...............................................................................19 Hình 2.8 Hệ thống kích từ tĩnh....................................................................................20 Hình 2.9 Mô hình tổng quát của hệ thống kích từ........................................................20 Hình 2.10 Hệ thống kích từ tĩnh..................................................................................21 Hình 2.11 Đặc tính bão hòa của dòng điện và điện áp.................................................22 Hình 2.12 Quá trình tạo điện áp trên cuộn dây kích từ................................................23 Hình 2.13 Khối hiệu chỉnh và khuếch đại hệ thống.....................................................23 Hình 2.14 Khối tín hiệu hồi tiếp (Washout).................................................................24 Hình 2.15 Hệ thống kích từ DC1A..............................................................................25 Hình 2.16 Hệ thống kích từ AC1A..............................................................................25 Hình 2.17 Hệ thống kích từ ST1A...............................................................................26 Hình 2.18 Bộ điều tốc hơi nước...................................................................................27 Hình 2.19 Khối điều khiển ngõ ra từ sự thay đổi của công suất cơ và tần số...............28 Hình 2.20 Khối turbine của bộ điều tốc.......................................................................29 Hình 2.21 Mô hình toán học của bộ điều tốc hơi nước đơn giản.................................29 Hình 2.22 Đường đặc tính bộ điều tốc.........................................................................29 viii SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH Hình 2.23 Đường đặc tính mối quan hệ giữa tải và tốc độ...........................................30 Hình 2.24 Bộ ổn định PSS1A......................................................................................31 Hình 2.25 Bộ PSS1A nếu không có khối Washout......................................................32 Hình 2.26 Mô hình tải tổng hợp...................................................................................37 Hình 2.27 Mô hình máy biến áp lí tưởng.....................................................................37 Hình 2.28 Mô hình máy biến áp có nấc phân áp..........................................................39 Hình 2.29 Mô hình máy biến áp khi quy đổi từ sơ cấp sang thứ cấp...........................39 Hình 2.30 Mô hình hình  của máy biến áp................................................................40 Hình 2.31 Mô hình hình  của máy biến áp dựa theo thông số Ye ..............................40 Hình 2.32 Mô hình mạng hai cửa của đường dây........................................................41 Hình 2.33 Mô hình hình  đối với đường dây trung bình...........................................42 Hình 2.34 Mạch tương đương của đường dây trung bình – ngắn và thông số..............44 Hình 2.35 Mô hình hình  của đường dây dài............................................................44 Hình 3.1 Sơ đồ một sợi xét ổn định hệ thống...............................................................46 Hình 3.2 Tương quan thay đổi góc rotor và công suất máy phát..................................47 Hình 3.3 Tiêu chuẩn diện tích ổn định.........................................................................50 Hình 3.4 Biểu diễn đường cong phi tuyến bằng phương pháp tích phân số.................51 Hình 3.5 Nhược điểm của phương pháp Euler.............................................................52 Hình 3.6 Phương pháp Euler cải tiến...........................................................................53 Hình 4.1 Giao diện của phần mềm ETAP....................................................................57 Hình 4.2 Thanh Project Toolbar..................................................................................57 Hình 4.3 Thanh Select ETAP System..........................................................................58 Hình 4.4 Project View.................................................................................................58 Hình 4.5 Thanh Base and Revision Toolbar................................................................59 ix SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH Hình 4.6 Thanh công cụ các chế độ phân tích..............................................................59 Hình 4.7 a) Phân bố công suất b) Phân tích ổn định quá độ c)Phân tích ngắn mạch hệ thống d) Phân tích sóng hài..........................................................................................60 Hình 4.8 Các phần tử hệ thống....................................................................................60 Hình 4.9 Thanh công cụ phân tích ổn định động.........................................................61 Hình 4.10 Thanh công cụ Study Case..........................................................................62 Hình 4.11 Cửa sổ Edit Study Case...............................................................................62 Hình 4.12 Mục Events của Edit Study Case................................................................63 Hình 4.13 Thêm các sự kiện trong mô phỏng hệ thống...............................................64 Hình 4.14 Cửa sổ tùy chỉnh sự cố................................................................................64 Hình 4.15 Cửa sổ Plot trong Edit Study Case..............................................................65 Hình 4.16 Cửa sổ hiển thị thời gian và sự kiện các mô phỏng động............................66 Hình 4.17 Cửa sổ tùy chỉnh vẽ đồ thị mô phỏng động.................................................66 Hình 4.18 Đồ thị góc công suất của máy phát..............................................................67 Hình 5.1 Sơ đồ một sợi của mạng IEEE 9 nút.............................................................68 Hình 5.2 Mô hình mô phỏng máy phát đồng bộ cực lồi...............................................71 Hình 5.3 Mô hình mô phỏng máy phát đồng bộ cực ẩn...............................................72 Hình 5.4 Mô hình bộ kích từ tĩnh.................................................................................73 Hình 5.5 Mô hình bộ điều tốc máy phát.......................................................................73 Hình 5.6 Mô hình bộ ổn định PSS1A.........................................................................74 Hình 5.7 Thông số của máy phát đồng bộ cực lồi........................................................75 Hình 5.8 Thông số của máy phát đồng bộ cực ẩn........................................................76 Hình 5.9 Thông số của bộ kích từ tĩnh máy phát đồng bộ............................................77 Hình 5.10 Thông số bộ điều tốc máy phát...................................................................78 Hình 5.11 Thông số bộ ổn định PSS1A.......................................................................79 x SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH Hình 6.1 Sự cố 3 pha thoáng qua xảy ra ở nút số 1......................................................81 Hình 6.2 Sự cố 3 pha ở thanh cái số 8..........................................................................83 Hình 6.3 Sự cố 3 pha trên đường dây số 6...................................................................85 Hình 7.1 Hệ thống mất ổn định....................................................................................88 Hình 7.2 Đáp ứng của hệ thống không có kích từ, điều tốc, PSS.................................88 Hình 7.3 Đáp ứng của hệ thống khi có một bộ kích từ ST1.........................................89 Hình 7.4 Đáp ứng của hệ thống khi có bộ điều tốc ST.................................................89 Hình 7.5 Đáp ứng của hệ thống khi có bộ kích từ và bộ điều tốc.................................90 Hình 7.6 Đáp ứng của hệ thống khi có bộ kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định PSS..........90 Hình 7.7 So sánh đáp ứng hệ thống khi có và không có bộ kích từ.............................91 Hình 7.8 Đáp ứng hệ thống khi có và không có bộ điều tốc........................................91 Hình 7.9 Đáp ứng của hệ thống khi có và không có bộ ổn định PSS...........................92 Hình 7.10 Điện áp đầu cực của máy phát số 2 khi có và không có bộ kích từ.............92 Hình 7.11 Điện áp đầu cực của máy phát số 2 khi có và không có bộ điều tốc............93 Hình 7.12 Điện áp đầu cực máy phát 2 khi có và không có bộ điều tốc, bộ kích từ.....93 Hình 7.13 Điện áp đầu cực máy phát số 2 khi có và không có bộ ổn định PSS...........94 Hình 7.14 Công suất cơ đầu vào của máy phát số 2 đối với sự cố...............................94 Hình 7.15 Công suất cơ đầu vào của máy phát số 2 khi có thêm bộ kích từ................95 Hình 7.16 Công suất điện từ của máy phát số 2 khi có và không có bộ kích từ...........95 Hình 7.17 Công suất điện từ của máy phát số 2 khi có và không có bộ điều tốc.........96 Hình 7.18 Công suất điện từ của máy phát số 2 khi có bộ kích từ và bộ điều tốc........96 Hình 7.19 Đáp ứng của hệ thống sự cố thoáng qua thanh cái số 8.............................101 Hình 7.20 Đáp ứng của hệ thống đối với sự cố 3 pha thoáng qua khi có bộ PSS.......102 Hình 7.21 So sánh đáp ứng của hệ thống khi có và không có bộ PSS........................102 Hình 7.22 Đáp ứng tần số của hệ thống khi có và không có bộ ổn định PSS.............103 xi SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH Hình 7.23 Đáp ứng của hệ thống khi cô lập thanh cái số 8 gặp sự cố 3 pha...............104 Hình 7.24 Đáp ứng hệ thống khi cô lập thanh cái số 8 gặp sự cố 3 pha có bộ PSS....105 Hình 7.25 So sánh đáp ứng hệ thống cô lập thanh cái 8 khi có và không có PSS......105 Hình 7.26 Đáp ứng của hệ thống khi sự cố thoáng qua ở đường dây số 6.................107 Hình 7.27 Đáp ứng hệ thống khi sự cố thoáng qua ở đường dây số 6 có bộ PSS.......107 Hình 7.28 So sánh đáp ứng hệ thống có và không có PSS sự cố thoáng qua đường dây số 6............................................................................................................................ 108 Hình 7.29 Đáp ứng hệ thống khi cô lập đường dây số 6 không có bộ PSS................109 Hình 7.30 Đáp ứng của hệ thống khi cô lập đường dây số 6 có bộ PSS....................109 Hình 7.31 So sánh đáp ứng của hệ thống khi cô lập đường dây số 6 có và không có bộ PSS............................................................................................................................ 110 Hình 7.32 Đáp ứng tần số của hệ thống khi có và không có bộ ổn định PSS.............110 Hình 7.33 Đáp ứng hệ thống vẫn duy trì được ổn định đồng bộ................................112 Hình 7.34 Đáp ứng hệ thống khi bị mất ổn định đồng bộ..........................................113 Hình 7.35 Tương quan công suất truyền tải và thời gian tồn tại ngắn mạch..............114 Hình 7.36 Đáp ứng hệ thống khi máy phát số 2 mất đồng bộ và bị cô lập.................114 Hình 7.37 Đáp ứng tần số của hai máy phát số 2 và số 3...........................................115 Hình 7.38 Đáp ứng hệ thống tự đóng lại sau khi cô lập đường dây 1s.......................116 Hình 7.39 Đáp ứng hệ thống tự đóng lại sau khi cô lập đường dây 2s.......................116 Hình 7.40 Đáp ứng tần số máy phát khi hệ thống tự đóng lại....................................117 Hình 7.41 Đáp ứng hệ thống tự đóng lại sau khi đã cô lập máy phát số 2.................117 Hình 7.42 Đáp ứng của hệ thống khi có sự cố một pha chạm đất thoáng qua............118 Hình 7.43 Đáp ứng hệ thống sự cố thoáng qua một pha chạm đất có PSS.................119 Hình 7.44 So sánh đáp ứng của hệ thống khi có và không có bộ PSS đối với sự cố một pha chạm đất ở thanh cái số 1....................................................................................119 xii SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH Hình 7.45 Đáp ứng hệ thống khi xảy ra sự cố một pha chạm đất (sự cố vĩnh viễn)...120 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Các sự cố để mô phỏng ổn định động bằng ETAP.......................................64 Bảng 5.1 Thông số đường dây mạng IEEE 9 nút.........................................................69 Bảng 5.2 Thông số đường dây thứ tự không................................................................70 Bảng 5.3 Thông số thứ tự thuận máy biến áp 3 pha.....................................................70 Bảng 5.4 Thông số thự tự không của máy biến áp 3 pha.............................................70 Bảng 5.5 Thông số phụ tải...........................................................................................70 Bảng 5.6 Thông số mô phỏng động của máy phát đồng bộ cực lồi..............................75 Bảng 5.7 Thông số mô phỏng động của máy phát đồng bộ cực ẩn..............................77 Bảng 5.8 Thông số mô phỏng động của bộ kích từ tĩnh máy phát...............................78 Bảng 5.9 Thông số mô phỏng động bộ điều tốc máy phát đồng bộ.............................79 Bảng 5.10 Thông số mô phỏng động bộ ổn định PSS1A.............................................80 Bảng 7.1 Thời gian tới hạn để hệ thống duy trì ổn định đồng bộ.................................97 xiii SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CĐQĐ: Chế độ quá độ CĐXL: Chế độ xác lập PSS: Bộ ổn định hệ thống Power system stabilizers DC: Dòng điện một chiều AC: Dòng điện xoay chiều xiv Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 1 KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1 Khái niệm ổn định hệ thống điện 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống điện Lịch sử điện năng đã có những phát minh vượt bậc và nổi trội trong thế kỉ XIX: phát minh ra hệ thống điện xoay chiều ba pha (1883), tải điện năng đi xa bằng dòng điện xoay chiều (1884) hay đường dây tải điện ba pha được vận hành thử nghiệm ở khoảng cách 175 km (1891). Kể từ đó, hệ thống điện xoay chiều ba pha ngày càng phát triển, khoảng cách truyền tải ngày càng tăng, công suất truyền tải ngày càng lớn. Lúc này đã xuất hiện các vấn đề cần được giải quyết. Đối với các đường dây truyền tải sẽ tồn tại các giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định hệ thống, hoặc khi có các thay đổi trong hệ thống như thay đổi chế độ làm việc của máy phát, xảy ra sự cố làm thay đổi cấu trúc của hệ thống hay sự cố dẫn đến phân bố lại công suất,… Khi đó hệ thống sẽ rơi vào trạng thái không giữ được cân bằng dẫn tới các máy phát quay với các tốc độ khác nhau, hay còn nói cách khác là hệ thống bị mất ổn định đồng bộ. Vì những lí do này mà dẫn đến yêu cầu phát triển lí thuyết ổn định hệ thống điện. 1.2 Các chế độ của hệ thống điện Hệ thống điện làm việc ở hai chế độ chính đó là: chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ). CĐXL là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi, hoặc chỉ thay đổi xung quanh giá trị xác lập với sai số rất nhỏ trong một khoảng thời gian ngắn. Chế độ làm việc bình thường và lâu dài của hệ thống là CĐXL. Sau sự cố, hệ thống làm việc và duy trì ở một chế độ nhất định cũng được gọi là CĐXL. CĐQĐ là chế độ trung gian chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác sau khi xảy ra các tác động. CĐQĐ sau tác động bị biến thiên nhưng sau một thời gian trở về vị trí ban đầu hoặc có trị số gần định mức được gọi là CĐQĐ bình thường. Ngược lại, CĐQĐ với thông số biến thiên mạnh nhưng sau đó tăng trưởng vô hạn hay bị giảm dần về giá trị 0, CĐQĐ đó được gọi là CĐQĐ sự cố. 1 Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.3 Khái niệm về ổn định Ổn định hệ thống điện có thể được định nghĩa một cách tổng quát là đặc tính của hệ thống điện cho phép nó duy trì trạng thái cân bằng trong chế độ vận hành bình thường và đạt đến trạng thái cân bằng với sai số chấp nhận được sau khi chịu các tác động của nhiễu. CĐQĐ có thể được gây ra bởi các nhiễu bé hoặc lớn. Nhiễu bé xảy ra thường xuyên trong hệ thống điện dưới dạng thay đổi công suất của phụ tải, nhiễu lớn là các sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải, sự cố dẫn đến cắt tổ máy phát hoặc tải lớn, mất đường dây kết nối của hệ thống,… Ổn định hệ thống có thể chia làm các loại như sau: ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR NHIỄU LỚN NHIỄU BÉ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ NGẮN HẠN DÀI HẠN NGẮN HẠN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NHIỄU LỚN NGẮN HẠN NHIỄU BÉ DÀI HẠN Hình 1.1 Các loại ổn định trong hệ thống điện 1.3.1 Ổn định tĩnh Ổn định tĩnh (hay còn gọi là ổn định tín hiệu bé) được định nghĩa là khả năng ổn định của hệ thống dưới sự tác động của các tín hiệu nhiễu bé, sau khi ổn định hệ thống sẽ hoạt động ở trạng thái ban đầu hoặc trạng thái gần bằng với lúc trước khi xảy ra các nhiễu loạn. Ổn định tĩnh khi mất ổn định có hai loại là: mất ổn định phi chu kì (Non – oscillatory Instability) và mất ổn định dao động (Oscillatory Instability). 2 Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Bản chất của đáp ứng hệ thống đối với nhiễu bé còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm chế độ làm việc ban đầu, mức tải của đường dây và hệ thống kích thích được sử dụng cho máy phát. Nhiễu được xem là bé nếu phương trình mô tả đáp ứng của hệ thống có thể tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc. Các tín hiệu nhiễu bé là những thay đổi của phụ tải hay máy phát, cụ thể là đóng hoặc cắt phụ tải một cách đột ngột… Các nguyên nhân gây ra mất ổn định tín hiệu bé có thể được chia làm hai loại:  Góc rotor máy phát tăng dần do thiếu momen đồng bộ.  Góc rotor dao động với biên độ tăng dần do thiếu momen cản. 1.3.2 Ổn định động Ổn định động (hay còn gọi là ổn định quá độ) được định nghĩa là khả năng ổn định của hệ thống điện khi chịu tác động của nhiễu quá độ nghiêm trọng. Đáp ứng của hệ thống liên quan đến sự thay đổi của góc rotor máy phát và chịu ảnh hưởng của mối quan hệ công suất góc phi tuyến. Ổn định động hệ thống bao gồm: ổn định ngắn hạn (Transient stability), ổn định trung hạn (Mid – term stability), ổn định dài hạn (Long – term stability). Ổn định động thể hiện đặc tính của quá trình quá độ bằng việc chuyển trạng thái từ điểm cân bằng này sang điểm cân bằng khác. Hệ thống ổn định quá độ nếu có:  Tồn tại điểm cân bằng ổn định sau sự cố (ứng với chế độ xác lập sau sự cố).  Thông số biến thiên của quá trình quá độ hữu hạn và tắt dần về chế độ xác lập mới. Nhiễu quá độ nghiêm trọng thường là các sự cố ngắn mạch xảy ra trên đường dây truyền tải, thanh góp, máy biến áp, hoặc cắt đột ngột máy phát điện, đóng – cắt phụ tải lớn… Trong các nhiễu nói trên thì ngắn mạch là nhiễu quá độ nghiêm trọng nhất. 1.4 Hậu quả của mất ổn định đồng bộ  Các máy phát làm việc ở trạng thái không đồng bộ, cần phải cắt ra, mất những lượng công suất lớn.  Tần số hệ thống bị thay đổi, ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ. 3 Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN  Điện áp giảm thấp, có thể gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp tại các nút phụ tải.  Khiến cho bảo vệ relay tác động nhầm, cắt thêm nhiều phần tử đang làm việc.  Cắt nối tiếp các nguồn, các phụ tải lớn có thể dẫn đến làm tan rã hệ thống. 4 Chương 2: MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 2 MÔ HÌNH ĐỘNG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 2 Các phương trình vi phân mô tả các phần tử của hệ thống điện 2.1 Khái niệm chung Do trong CĐQĐ có sự mất cân bằng công suất momen quay rotor của các máy phát, dẫn đến sự biến thiên thông số trạng thái của hệ thống. Góc pha và biên độ các suất điện động thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào quy luật chuyển động cơ học của các máy điện quay. Vì vậy để phân tích ổn định, người ta đều dưa trên cơ sở các phương trình vi phân mô tả sự thay đổi của hệ thống khi xảy ra sự biến thiên của thông số hệ thống, hay cụ thể hơn là phương trình vi phân mô tả các phần tử quan trọng của hệ thống điện gồm máy phát, máy biến áp, đường dây,… 2.2 Mô hình máy phát điện đồng bộ 2.2.1 Lí thuyết về mô hình máy phát điện đồng bộ Máy điện đồng bộ bao gồm 2 phần: phần cảm và phần ứng. Phần cảm đặt ở rotor và phần ứng đặt ở stator. Cuộn dây ở phần cảm (cuộn kích từ) được cung cấp dòng DC để tạo ra từ trường quay. Phần ứng gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120 độ trong không gian. Hình 2.2Hình 2.3 Cấu trúc của máy điện đồng bộ 5 Chương 2: MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Ngoài cuộn dây kích từ, trên rotor còn có cuộn dây cản có tác dụng làm tắt dần các dao động của máy phát Mạch thay thế của rotor và stator với giả thiết:  Cuộn dây stator phân bố theo quy luật hình sin dọc theo khe hở giữa stator và rotor  Rãnh stator không ảnh hưởng đến sự thay đổi của điện cảm rotor theo vị trí của rotor  Bỏ qua từ trễ  Bỏ qua hiện tượng bão hòa Hình 2.4 Mạch thay thế stator và rotor máy phát điện đồng bộ Trong đó : a, b, c: các cuộn dây stator f d : Cuộn dây kích từ k d : Cuộn cản dọc trục kq : Cuộn cản ngang trục k = 1, 2, … n: Là số cuộn cản  : Góc trục d vượt trước trục từ trường cuộn dây pha a, tính bằng rad điện 6
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan