Đánh giá ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy

Nội dung text: Đánh giá ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy

1. Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Assess Power System Stability Of Multimachine Đánh Giá Ổn Định Hệ Thống Điện Cho Hệ Nhiều Máy PGS. TS. Quyền Huy Ánh Nguyễn Thị Phương Quỳnh Trường Đại học SPKT.TPHCM Trường Đại học SPKT .TPHCM TÓM TẮT Hệ thống điện Việt Nam trong những năm qua đã có những bước phát triển nhảy vọt về công suất và quy mô lãnh thổ. Ngành công nghiệp hệ thống điện là một lĩnh vực có sự thay đổi liên tục và ngày càng trở nên phức tạp hơn khi chúng liên kết với nhau. Do đó, vấn đề đặt ra là phải đảm bảo sự ổn định cho toàn hệ thống điện. Mục đích của đề tài này là khảo sát và đánh giá tính ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy phát bằng phương pháp mô phỏng Để đạt được mục đích này người nghiên cứu tiến hành các công việc: - Xây dựng phương pháp đánh giá ổn định hệ thống điện. - Xây dựng chương trình tính toán phân bố công suất cho hệ nhiều máy - Xây dựng mô hình mô phỏng bằng ngôn ngữ lập trình m.file có trong phần mềm Matlab. - Mô phỏng và đánh giá các kết quả đạt được từ việc đánh giá tính ổn định trong hệ thống điện 9 nút và 3 máy phát. ABSTRACT Vietnam's power system in recent years has seen dramatic development in power and territorial size. Industrial power system is a field with constantly changing and becoming more complex as they relate to each other. Therefore, the problem posed is to ensure the stability of the entire electrical system The purpose of thesis is set up the method and tools to evaluate the dynamic stability of power system by simulation. To get this objective, the researcher have to carry out following steps: - Set up the method to evaluate the dynamic stability of power system. - Set up the calculated equations to distribute the power of power system of multimachine - Set up the simulation model by programming language m.file in Matlab software. - Simulation and accessing the result from 9 bus, 3 generators. 1
2. Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh I. Giới thiệu Dữ liệu nút, dữ liệu đường dây và biến áp, dữ liệu máy phát được trình bày trong phụ Khi hệ thống bị mất ổn định có thể dẫn lục đến cắt hàng loạt các tổ máy phát, phụ tải, II. Mô hình toán hệ thống có thể làm tan rã hệ thống và gây hậu quả Trong hệ thống điện với n máy phát. Ta có, nghiêm trọng cho nền kinh tế. phương trình điện áp nút (với nút 0 là nút Việc khảo sát ổn định hệ thống điện có chuẩn): thể dự báo được các trường hợp mất ổn định có thể xảy ra, để từ đó ta có thể dự trữ 0 YYVnn nm n t ' (1) được khả năng ổn định của hệ thống trong IYYEm nn mm m mọi tình huống vận hành, ở chế độ bình thường cũng như chế độ sự cố. Với: Ổn định hệ thống điện nhằm đảm bảo n: chỉ nút máy phát chất lượng điện năng, độ tin cậy, sự an m: chỉ các nút còn lại toàn và tính kinh tế trong suốt quá trình Khai triển (1): vận hành. Do đó, việc khảo sát, phân tích ' t ' và đánh giá hệ thống điện với hệ nhiều 0 YVYEnn n nm m ; IYVYEm nm n mm m (2) máy phát là việc cần thiết. Một ví dụ đưa Từ đó, suy ra: VYYE 1' (3) ra để khảo sát và kiểm chứng lý thuyết là n nn nm m mô hình hệ thống điện 3 máy – 9 nút: Thay (3) vào (2): t 1 ' rut gon ' IYYYYEYEm mm nm nn nm m nut m rut gon t 1 Đặt: YYYYYnut mm nm nn nm (4) Công suất điện ngõ ra trong hệ thống: m '' PEEYei  i j ijcos  ij  i  j (5) j 1 Mặt khác, phương trình dao động của máy phát thứ i. Hd2 m ii EEY'' cos    (6) 2 Pmi  i j ij ij i j f0 dt j 1 Đặt công suất điện từ của máy phát thứ i là Hình 1. Mô hình hệ thống 3 máy – 9 nút. f P ei . Ta biến đổi phương trình (6), có Mô hình hệ thống có công suất cơ bản phương trình biến trạng thái: S = 100 MVA, trong hệ đơn tương đối, tần d i w dt i số f = 60Hz. Với sự cố tại nút số 7, và đoạn (7) và (8) d  wi f0 f đường dây được cắt ra là đoạn 5 -7. PPmi ei dt Hi 2
3. Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh III. Kết quả mô phỏng Hình 4: Góc lệch pha của máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn Góc lệch pha của máy phát 2 và máy phát (FCT=0.17s) 3 so với máy phát chuẩn được trình bày ở Vị trí góc pha của từng máy hình 2 , hình 3, và hình 4 tương ứng với 900 thời gian cắt tới hạn FCT=0.1s; 800 FCT=0.16s; FCT=0.17s. 700 600 Phase angle difference (fault cleared at 0.1s) 100 Máy phát 2 500 Máy phát 2 Máy phát 3 80 400 300 60 Máy phát 1 200 40 Máy phát 3 100 Delta, Delta, degree 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 Hình 5: Vị trí góc pha của từng máy -20 Mối quan hệ vận tốc góc w21 và w31 được 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t, sec trình bày ở hình 6, hình 7, và hình 8 tương Hình 2: Góc lệch pha của máy phát 2 và ứng với thời gian cắt tới hạn FCT=0.1s; FCT=0.16s; FCT=0.17s. máy phát 3 so với máy phát chuẩn 5 Máy phát 2 (FCT=0.1s) 4 Máy phát 3 Phase angle difference (fault cleared at 0.16s) 3 140 Máy phát 2 2 120 Máy phát 3 1 100 0 80 -1 60 -2 40 Delta, Delta, degree -3 20 -4 0 -5 -20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -40 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Hình 6: Mối quan hệ vận tốc góc w21 và t, sec w31 (FCT=0.1s) Hình 3: Góc lệch pha của máy phát 2 và 8 Máy phát 2 máy phát 3 so với máy phát chuẩn Máy phát 3 (FCT=0.16s) 6 Phase angle difference (fault cleared at 0.17s) 4 6000 2 5000 0 4000 -2 3000 Máy phát 3 -4 Delta, Delta, degree 2000 -6 Máy phát 2 -8 1000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Hình 7: Mối quan hệ vận tốc góc w21 và 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t, sec w31 (FCT=0.16s) 3
4. Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 90 5 80 4 Máy phát 2 Máy phát 3 3 70 Máy phát 3 2 60 1 50 0 40 Máy phát 2 -1 30 -2 20 -3 10 -4 0 -5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Hình 8: Mối quan hệ vận tốc góc w21 và Hình 11: Mối quan hệ vận tốc góc w21 và w31 (FCT=0.17s) w31 (FCT=0.1s) Tăng Tải tại nút số 5, nút số 6, và nút số 8 Khi tăng 90% Phase angle difference (fault cleared at 0.1s) từ 10% lên tới 90% 20 (Bảng tăng tải được cho trong phụ lục) Máy phát 2 10 Khi tăng 10% Máy phát 3 0 Phase angle difference (fault cleared at 0.1s) 90 Máy phát 2 80 -10 70 Máy phát 3 Delta, degree -20 60 50 -30 40 Delta, Delta, degree 30 -40 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 20 t, sec 10 Hình 12: Góc lệch pha của máy phát 2 và 0 máy phát 3 so với máy phát chuẩn -10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 (FCT=0.1s) t, sec 1200 Hình 9: Góc lệch pha của máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (FCT=0.1s) 1000 900 800 800 600 Máy phát 2 700 400 600 Máy phát 1 Máy phát 2 200 500 400 0 300 Máy phát 3 -200 Máy phát 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 200 Hình 13: Vị trí góc pha của từng máy 100 Máy phát 3 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Hình 10: Vị trí góc pha của từng máy 4
5. Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 4 [4] Lã Văn Út, Phân tích và điều khiển Máy phát 2 3 Máy phát 3 ổn định hệ thống điện , Nhà xuất bản 2 Khoa Học và Kỹ thuật, 2000. 1 [5] Nguyễn Phùng Quang, Matlab and Simulink, Nhà xuất bản KhoaHọc và 0 Kỹ Thuật, 2005. -1 [6] D.P.Kothari, T.S. Bhatti, Ramnarayan -2 Patel, Matlab/Simulink – based transient stability analysis of a -3 multimachine power system, Centre -4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 for Energy Studies, India, 1999. Hình 14: Mối quan hệ vận tốc góc w21 và [7] P.Kundur, Power System Stability w31 (FCT=0.1s) And Control, Mc.Graw – Hill Nhận xét International Editions, 1999. Ta nhận thấy, càng tăng tải thì hệ thống [8] D.P.Kothari, I.J.Nagrath, Modern càng mất ổn định, và giới hạn tối đa của tải Power System Analysis, The McGraw có khả năng tăng lên tới 90%. – Hill Companies, 2003. [9] Simulink, Dynamic System Simulation IV. Kết luận for Matlab, MathWorks Inc.,1998. Bài báo trình bày phương pháp sử dụng mô [10] M.A.Pai and Peter W.Sauer, Stability hình hóa mô phỏng để khảo sát và đánh giá Analysis of Power System by độ ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều Lyapunov ‘s Direct Method, IEEE máy. Control Systems, 1989. Cũng như, bài báo xác định được thời gian [11] Tharam S. Dillon, Dagmar Biebur, cắt tới hạn làm cho hệ thống mất ổn định Multimachine Eigenvalue Sensitivities of Power Systems Dựa vào góc lệch pha của máy phát 2 và Parameters, IEEE Transaction on máy phát 3 so với máy phát chuẩn hay dựa Power System, 2000. vào mối quan hệ của vận tốc góc w21 và [12] Anthony N. Michel, A. A. Fouad and w31, ta có thể đánh giá được hệ thống là ổn Vijay Vittal, Power System Transient định hay mất ổn định. Stability Using Individual Machine Kết quả thu được cho thấy phương pháp Energy Functions, IEEE Transaction này đơn giản, dễ sử dụng, không cần mô on Power System, 1983. hình toán [13] Hadi Saadat, Power System Analysis, Mc.Graw – Hill International Tài liệu tham khảo Editions, 1999. [1] Nguyễn Hoàng Việt, Ngắn mạch và ổn định trong hệ thống điện, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2010. [2] PGS.TS Quyền Huy Ánh, Mô hình hoá và mô phỏng, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh. [3] GS.TS. Nguyễn Công Hiền, Mô hình hóa hệ thống và mô phỏng, Đại Học Bách Khoa Hà Nội. 5
6. Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Phụ lục Dữ liệu nút Biên Góc Tải Máy phát Bù Số Tên độ pha tĩnh Nút gọi điện điện MW MVAR MW MVAR QMIN QMAX QC/ nút áp áp QL nút nút 1 1 1.03 0 0 0 71.62 0 0 0 0 2 2 1.02 0 0 0 162.9 0 0 150 0 3 2 1.02 0 0 0 85.04 0 0 100 0 4 0 1.02 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 1.02 0 125 50 0 0 0 0 0 6 0 1.02 0 90 30 0 0 0 0 0 7 0 1.02 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 1.02 0 100 35 0 0 0 0 0 9 0 1.02 0 0 0 0 0 0 0 0 Dữ liệu đường dây và biến áp Từ Đến R (đvtđ) X (đvtđ) 1/2B Mã nút nút (đvtđ) đường dây 1 4 0.0000 0.0576 0.0000 1.0 2 7 0.0000 0.0625 0.0000 1.0 3 9 0.0000 0.0586 0.0000 1.0 4 5 0.0100 0.0850 0.0880 1.0 4 6 0.0170 0.0920 0.0790 1.0 5 7 0.0320 0.1610 0.1530 1.0 6 9 0.0390 0.1700 0.1790 1.0 7 8 0.0085 0.0720 0.0745 1.0 8 9 0.0119 0.1008 0.1045 1.0 Dữ liệu máy phát ’ Máy phát Ra X d H 1 0 0.0608 23.64 2 0 0.1198 6.4 3 0 0.1813 3.01 Bảng tăng tải tại nút số 5, nút số 6, và nút số 8 Tăng % tải Nút 5 Nút 6 Nút 8 10% P = 137.5 MW P = 99 MW P = 110 MW Q = 55 MVAR Q = 33 MVAR Q = 38.5 MVAR 20% P = 150 MW P = 108 MW P = 120 MW Q = 60 MVAR Q = 36 MVAR Q = 42 MVAR 30% P = 162.5 MW P = 117 MW P = 130 MW Q = 65 MVAR Q = 39 MVAR Q = 45.5 MVAR 40% P = 175 MW P = 126 MW P = 140 MW Q = 70 MVAR Q = 42 MVAR Q = 49 MVAR 50% P = 187.5 MW P = 135 MW P = 150 MW Q = 75 MVAR Q = 45 MVAR Q = 52.5 MVAR 60% P = 200 MW P = 144 MW P = 160 MW Q = 80 MVAR Q = 48 MVAR Q = 56 MVAR 70% P = 212.5 MW P = 153 MW P = 170 MW Q = 85 MVAR Q = 51 MVAR Q = 59.5 MVAR 80% P = 225 MW P = 162 MW P = 180 MW Q = 90 MVAR Q = 54 MVAR Q = 63 MVAR 90% P = 237.5 MW P = 171 MW P = 190 MW Q = 85 MVAR Q = 57 MVAR Q = 66.5 MVAR 100% P = 250 MW P = 180 MW P = 200 MW Q = 100 MVAR Q = 60 MVAR Q = 70 MVAR 6
7. 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 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.