Luận văn Đánh giá ổn định hệ nhiều máy (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Đánh giá ổn định hệ nhiều máy (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ HỒNG LAN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ NHIỀU MÁY NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 7 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ HỒNG LAN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ NHIỀU MÁY NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THỊ MISA Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2015
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trần Thị Hồng Lan Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 07 / 10 / 1982 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: B4/9A khu phố Bình Thuận 2, phường Thuận Giao, thị xã Thuận An, tỉnh Bình Dương. Điện thoại cơ quan: 0650.3820655 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail:lanvsvc@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9 / 2000 đến 2 / 2005 Nơi học (trường, thành phố): trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Ngành học: Điện khí hóa – Cung cấp điện i
4. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Đồ án: Bảo vệ rơle trong hệ thống điện. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Bảo vệ đồ án tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2/2005 Người hướng dẫn: TS. Quyền Huy Ánh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 10/ 2005 Trường Cao đẳng nghề Việt Nam - Giảng viên đến nay Singapore ii
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 Học viên Trần Thị Hồng Lan iii
6. LỜI CẢM TẠ Trong quá trình học tập ở trường, tôi đã nhận được sự giúp đỡ chân tình từ nhiều phía để có được kết quả như ngày hôm nay. Do đó tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô bộ môn, những người đã trang bị cho tôi những kiến thức chuyên ngành rất hữu ích. Tôi xin cảm ơn lãnh đạo trường, lãnh đạo khoa, thầy chủ nhiệm ngành đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học này. Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các anh chị em học viên trong lớp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian học tập. Đặc biệt tôi xin cảm ơn Cô – TS. Nguyễn Thị Misa, người đã trực tiếp hướng dẫn để tôi hoàn thành cuốn luận văn này. Cô đã rất tận tình giảng giải những điều tôi thắc mắc để từ đó tôi có cơ sở đọc hiểu được các tài liệu liên quan đến lĩnh vực mà mình nghiên cứu. Do đó một lần nữa tôi xin được gửi đến Cô lời cảm ơn sâu sắc nhất. Cuối cùng tôi kính chúc Cô và mọi người có được nhiều niềm vui, dồi dào sức khoẻ và thành công trong cuộc sống. iv
7. TÓM TẮT Việc phân tích ổn định quá độ trong thời gian gần đây đã trở thành một vấn đề quan trọng trong việc vận hành hệ thống điện do sự gia tăng các sự cố trên lưới. Điều này đòi hỏi sự đánh giá về khả năng chịu đựng của hệ thống điện trước các nhiễu loạn mà vẫn duy trì được chất lượng điện năng. Nhiều kỹ thuật khác nhau đã được đề xuất để phân tích ổn định quá độ trong hệ thống điện, đặc biệt cho hệ thống điện nhiều máy phát. Các phương pháp này bao gồm phương pháp miền thời gian – tần số. Tuy nhiên đa số các phương pháp phải biến đổi từ hệ nhiều máy về một máy tương đương nối với thanh cái vô cùng lớn. Luận văn này giới thiệu một phương pháp mới được xem là một thuật toán chính xác dùng để phân tích ổn định cho hệ thống điện với từng máy riêng lẻ. Đây là công cụ nhận biết các điều kiện ổn định hay bất ổn định của hệ thống điện sau sự cố bằng việc giải các phương trình vi phân. Phương pháp này được trình bày thông qua hệ thống điện hai vùng bốn máy của Kundur. Mặc dù đây là hệ thống điện đơn giản nhưng các chế độ của nó rất gần với các hệ thống điển hình trong thực tế vận hành. Trong luận văn này, người viết đã thực hiện các công việc chính như sau: - Xây dựng mô hình toán học của máy phát đồng bộ có xét đến ảnh hưởng của cuộn kích từ, cuộn cản và bộ kích từ PSS. - Đánh giá ổn định cho hệ thống gồm một máy phát đồng bộ kết nối thanh cái vô cùng lớn. - Đánh giá ổn định cho hệ thống hai vùng bốn máy của Kundur Kết quả đánh giá ổn định đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp đề xuất. Phương pháp này có thể được áp dụng vào thực tiễn để đánh giá ổn định cho một hệ nhiều máy bất kỳ cũng như hệ thống điện ở Việt Nam. v
8. ABSTRACT Transient stability analysis has recently become a major issue in the operation of power systems due to the increasing stress on power system networks. This problem requires evaluation of a power system's ability to withstand disturbances while maintaining the quality of service. Many different techniques have been proposed for transient stability analysis in power systems, specially for a multi-machine system. These methods include the frequency and time domain solutions. However, the most methods must transform from a multi-machine system to an equivalent machine and infinite bus system [10], [11], [12], [14]. This thesis introduces a method as an accurate algorithm to analyze transient stability for power system with an individual machine. It is as a tool to identify stable and unstable conditions of a power system after fault clearing with solving differential equations. This method is performed for an four- machine Kundur power system. Despite its small size, it mimics very closely the behavior of typical systems in actual operation. In this thesis, the author have to carry out the following main steps: - Set up the mathematical model of synchronous generator with effect of field circuit, amortissuers and excitation – system models PSS. - Evaluate the dynamic stability of a single machine infinite bus system. - Evaluate the dynamic stability of an four-machine Kundur power system. The results of transient stability assessment have showed the effectiveness of proposed method. It can be applied to evaluate the dynamic stability of any multi – machine network as well as the power system in Vietnam. vi
9. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách các chữ viết tắt ix Danh sách các hình x Danh sách các bảng xii Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Tổng quan về hướng nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu 1 trong và ngoài nước 1.2. Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu 5 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 5 1.4. Phương pháp nghiên cứu 6 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 7 2.1. Các khái niệm cơ bản 7 2.2. Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh 13 2.3. Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định động 17 Chƣơng 3. ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ MỘT MÁY 24 3.1. Tổng quan về hệ thống gồm một máy phát đồng bộ kết nối 24 thanh cái vô cùng lớn dùng trong nghiên cứu ổn định 3.2. Khảo sát mô hình toán học của hệ thống gồm một máy phát đồng bộ 25 vii
10. kết nối thanh cái vô cùng lớn dùng trong nghiên cứu ổn định 3.3. Đánh giá ổn định tĩnh hệ thống gồm một máy phát đồng bộ kết nối 30 thanh cái vô cùng lớn 3.4. Đánh giá ổn định động hệ thống gồm một máy phát đồng bộ kết nối 47 thanh cái vô cùng lớn Chƣơng 4. ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ NHIỀU MÁY 60 4.1. Tổng quan về hệ thống điện nhiều máy ( hai vùng bốn máy ) 60 dùng trong nghiên cứu ổn định 4.2. Mô hình toán học hệ thống điện nhiều máy ( hai vùng bốn máy ) 61 dùng trong nghiên cứu ổn định 4.3. Đánh giá ổn định tĩnh hệ nhiều máy 68 4.4. Đánh giá ổn định động hệ nhiều máy 78 Chƣơng 5. KẾT LUẬN 86 5.1. Tổng kết 86 5.2. Những mặt còn tồn tại và hướng phát triển trong tương lai 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 90 viii
11. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu khoa học / Chữ viết tắt Ý nghĩa HTĐ Hệ thống điện CĐXL Chế độ xác lập CĐQĐ Chế độ quá độ CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng MP Máy phát điện R – K Runge – Kutta PSS Power System Stabilizer IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers TQD Torque Disturbances ix
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Hệ thống điện đơn giản và sơ đồ tương đương 14 Hình 2.2. Minh họa nguyên lý áp dụng phương pháp Euler 20 Hình 2.3. Xác định thời gian cắt giới hạn 23 Hình 3.1. Hệ gồm máy đồng bộ kết nối với thanh cái vô cùng lớn. 24 Hình 3.2. Mạch tương đương máy phát đồng bộ. 25 Hình 3.3. Hệ thống kích từ với PSS 26 Hình 3.4. Hệ thống kích từ với PSS ở dạng đơn giản. 26 Hình 3.5. Hệ thống thực được xem xét. 30 Hình 3.6. Mô hình tương đương của hệ gồm 1 MP nối với thanh cái vô cùng 31 lớn. Hình 3.7. Sơ đồ khối của hệ thống khi có nhiễu trên trục máy phát 50 Hình 3.8. Dạng sóng của hệ thống khi có nhiễu trên trục máy phát 53 Hình 3.9. Sơ đồ khối của hệ thống khi có ngắn mạch 3 pha tại thanh cái vô cùng lớn. 55 Hình 3.10. Dạng sóng của hệ thống khi có ngắn mạch 3 pha tại thanh cái vô cùng lớn 58 Hình 4.1. Sơ đồ đơn tuyến hệ thống hai vùng bốn máy của Kundur 61 Hình 4.2. Mô hình hóa hệ thống điện cho mục đích phân tích ổn định động 63 Hình 4.3. Phép biến đổi giữa hai hệ qui chiếu khác nhau 64 Hình 4.4. Sự cố ngắn mạch 3 pha xảy ra tại F 79 Hình 4.5. Dạng sóng ra của trường hợp 1 80 x
13. Hình 4.6. Dạng sóng ra của trường hợp 2 82 Hình 4.7. Dạng sóng ra của trường hợp 3 83 Hình 4.8. Dạng sóng ra của trường hợp 4 84 xi
14. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1. Ý nghĩa các ký hiệu trong phương trình 28 Bảng 3.2. Các trị riêng ứng với trường hợp KD = 0 41 Bảng 3.3. Kết quả n,  và d tương ứng với các trị riêng 42 Bảng 3.4. Các trị riêng ứng với trường hợp KD = - 10 43 Bảng 3.5. Kết quả n,  và d tương ứng với các trị riêng. 44 Bảng 3.6. Các trị riêng ứng với trường hợp KD = 10 45 Bảng 3.7. Kết quả n,  và d tương ứng với các trị riêng. 45 Bảng 3.8. Bảng hệ số tham gia tương ứng với trường hợp KD = 10 46 Bảng 4.1. Số liệu của máy phát 66 Bảng 4.2. Số liệu của bộ kích từ 66 Bảng 4.3. Số liệu của đường dây 66 Bảng 4.4. Kết quả phân bố công suất của hệ thống trước khi xảy ra sự cố 67 Bảng 4.5. Các thông số ở công suất định mức 67 Bảng 4.6. Các trị riêng của hệ bốn máy Kundur 77 xii
15. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC. 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. Ở Việt Nam, trong những năm qua, sự hội nhập về kinh tế dẫn tới nhu cầu điện năng gia tăng đáng kể. Hệ thống điện Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển với việc xây dựng các nhà máy và đường dây truyền tải mới làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn. Nguyên nhân chính là sự tác động qua lại giữa các nhà máy điện khác nhau và những dao động của các máy phát giữa miền Bắc và Nam 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. 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 1
16. 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 nhiễu loạn quan trọng do những nguyên nhân khác nhau như mất đột ngột nguồn phát, cắt đường dây mang tải, sự thay đổi phụ tải lớn 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 môment 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 [9]. Nếu hệ thống mất đồng bộ trong thời gian dài sẽ dẫn đến tan rã hệ thống, gây thiệt hại rất lớn cho nền kinh tế [1]. Do đó độ ổn định của hệ thống điện là yếu tố quan trọng trong việc vạch phương thức vận hành. Và khi thiết kế hệ thống điện điều quan trọng là phải đánh giá được tính ổn định của hệ thống ở bất kỳ sự nhiễu loạn nào [9]. Vì thế việc nghiên cứu ổn định của hệ thống để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và tin cậy từ đó giúp tìm giải pháp nâng khả năng ổn định của hệ thống là yêu cầu mang tính cấp thiết hiện nay. Xuất phát từ yêu cầu này người viết đã lựa chọn đề tài “ Đánh giá ổn định hệ nhiều máy”. Mô hình hệ nhiều máy trong đề tài được nghiên cứu trên cơ sở hệ bốn máy của tác giả Kundur, được xem như một mô hình hệ thống điện chuẩn. Kundur là một tác giả nổi tiếng thế giới không chỉ về những hiểu biết lý thuyết mà còn những kinh nghiệm thực tế của ông trong lĩnh vực ổn định hệ thống điện [10]. 1.1.1 Một số kết quả nghiên cứu trong nƣớc. Hệ thống điện Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển với việc xây dựng các các trạm biến áp 500KV, 220KV, các đường dây truyền tải và các nhà máy mới làm cho việc ổn định của hệ thống trở nên phức tạp. Nguyên nhân chính là sự tác động qua lại giữa các nhà máy điện khác nhau và những dao động của các máy phát giữa miền Bắc và Nam. Do đó việc nghiên cứu ổn định của hệ thống để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và tin cậy cũng như tìm giải pháp nâng cao khả năng ổn định của hệ thống là việc làm cấp thiết hiện nay được nhiều những người làm việc trong lĩnh vực 2
17. khoa học kỹ thuật quan tâm nghiên cứu. Sau đây là một số công trình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực ổn định của hệ thống điện nhiều máy. - Huynh Chau Duy, Huynh Quang Minh and Ho Dac Loc. Transient stability analysis of a multi machine power system. Internet: 29208969.html, 18/7/2015. Bài báo trình bày phương pháp phân tích ổn định HTĐ nhiều máy dựa trên mô hình toán học của từng máy riêng lẻ. Việc mô phỏng kết quả đánh giá ổn định được thực hiện cho HTĐ miền Bắc Việt Nam. - Nguyễn Thị Mi Sa. “Đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy phát bằng phương pháp mô phỏng” – Luận văn thạc sĩ, 9/2009. Luận văn này giải quyết vấn đề ổn định hệ thống điện nhiều máy bằng cách đề xuất một bộ ổn định dùng hai tín hiệu ngõ vào là độ lệch tốc độ và độ lệch CSTD đưa vào bộ điều khiển nơron. Kết quả mô phỏng cho thấy tính hiệu quả của bộ ổn định hệ thống điện đề xuất so với bộ ổn định hệ thống điện thông thường. - Nguyễn Vũ Phương Thảo, “Đánh giá ổn định của hệ thống nhiều máy bằng phương pháp mô phỏng” – Luận văn thạc sĩ, 12/2012. Luận văn này đề xuất bộ ổn định hệ thống điện FTDNN – PSS ( Focused Time Delay Neural Network PSS ) là bộ PSS dựa trên cơ sở mạng nơron truyền thẳng có delay ngõ vào. Bộ FTDNN – PSS với hai ngõ vào là độ lệch tốc độ và độ lệch công suất tăng tốc có các thông số được cập nhật và tự điều chỉnh theo điều kiện phụ tải và các thông số khác nhau của hệ thống nhiều máy phát. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ FTDNN – PSS có ưu điểm hơn so với bộ PSS Kundur. - Nguyễn Thị Phương Quỳnh, “Ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy” – Luận văn thạc sĩ, 01/2013. Luận văn này trình bày phương pháp xây dựng mô hình đánh giá ổn định bằng phương pháp mô phỏng cho hệ thống điện 3 máy 9 nút. - Nguyễn Hồng Anh – Nguyễn Bê ( Đại học Đà Nẵng ). Ảnh hưởng của thời gian tồn tại ngắn mạch trên đường dây 500 kV đến sự ổn định của các nhà máy điện trong hệ thống điện Việt Nam. Internet: 14/5/2015. Bài báo 3
18. trình bày kết quả nghiên cứu dao động góc lệch roto và dao động tốc độ các máy phát ở các nhà máy thuỷ điện Hoà bình, Phả lại, Yaly và Phú Mỹ 1 ở các vị trí ngắn mạch khác nhau với thời gian tồn tại khác nhau. Mô phỏng chương trình được thực hiện trên phần mềm EUROSTAGE của công ty Electricité de France. Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy rằng thời gian tồn tại ngắn mạch tương ứng với các vị trí ngắn mạch khác nhau có ảnh hưởng nhiều đến tốc độ của các máy phát: thời gian càng dài thì biên độ dao động càng lớn. 1.1.2 Một số kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc. - Pranamita Basu, Aiswarya Harichandan. Power system stability using Matlab. Internet: 18/7/2015. Trong luận văn này tác giả đã trình bày các chương trình viết bằng Matlab Code để phân tích, đánh giá ổn định tĩnh, ổn định động nói chung và cụ thể là đánh giá một hệ nhiều máy bằng phương pháp biến đổi tương đương thành hệ một máy kết nối thanh cái vô cùng lớn. - Takenori Yonezu, Tanzo Nitta – The University of Tokyo. On-line measurement of the eigenvalues of multi-machine power system by use of smes. Internet: 18/7/2015. Bài báo trình bày phương pháp đo trị riêng online của HTĐ bằng cách sử dụng cuộn dây siêu dẫn tích trữ năng lượng từ trường ( SMES ). Việc đo trực tiếp các trị riêng của một HTĐ đang vận hành giúp cho hệ thống ổn định hơn và kinh tế hơn. Mô phỏng việc đo trị riêng được thực hiện trên hệ 5 máy. - Manisha Dubey, Aalok Dubey. Genetic Algorithm Based Design of Fuzzy Logic Power System Stabilizers in Multimachine Power System. Internet: 18/7/2015. Bài báo này trình bày phương pháp thiết kế một bộ PSS fuzzy logic sử dụng thuật toán Genetic với ngõ vào là độ lệch tốc độ và vi phân của nó. Để chứng tỏ hiệu quả tin cậy của bộ PSS fuzzy logic, tác giả đã thực hiện mô phỏng trên hệ nhiều máy ứng với trường hợp hệ thống bị kích động nhỏ và bị sự cố ngắn mạch 3 pha. 4
19. 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục đích nghiên cứu: Đánh giá ổn định hệ nhiều máy dựa trên mô hình toán học của hệ. Xây dựng nền tảng cho việc nghiên cứu đánh giá ổn định hệ nhiều máy nói chung thông qua việc đánh giá ổn định hệ bốn máy. Kết quả nghiên cứu được áp dụng để vạch ra phương án vận hành, điều khiển các thiết bị đóng cắt tác động với thời gian ngắn nhất khi có sự cố xảy ra nhằm duy trì sự ổn định hoặc từ đó tìm ra các biện pháp nâng cao tính ổn định cho một hệ thống điện. Nghiên cứu ổn định hệ nhiều máy là cơ sở để đánh giá tính khả thi khi thiết kế và xây dựng thêm các nhà máy điện và đường dây truyền tải mới. 1.2.2 Đối tƣợng nghiên cứu: Mô hình hệ thống điện hai vùng bốn máy của tác giả Kundur 1.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài Tìm hiểu tài liệu, các bài báo của các tác giả trong và ngoài nước về vấn đề ổn định hệ thống điện nhiều máy phát. Khảo sát mô hình toán học và nghiên cứu phương pháp đánh giá ổn định cho hệ thống gồm một máy phát điện đồng bộ kết nối thanh cái vô cùng lớn. Khảo sát mô hình toán học và nghiên cứu phương pháp đánh giá ổn định cho hệ thống nhiều máy phát. Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình m.file trong phần mềm Matlab và phương pháp xây dựng sơ đồ khối của hệ thống dựa trên phương trình toán học để từ đó mô phỏng kết quả đánh giá ổn định. Đưa ra nhận xét, kết luận 5
20. 1.3.2 Giới hạn đề tài Luận văn còn tồn tại một số vấn đề sau: Chỉ đánh giá ổn định hệ hai vùng bốn máy của Kundur Phương pháp mô phỏng theo thời gian có thể cho kết quả chính xác tuy nhiên thời gian tính toán khá lâu nên không thể áp dụng đánh giá ổn định theo thời gian thực. 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Với đề tài này, người viết chọn phương pháp nghiên cứu là đánh giá, khảo sát sự ổn định của HTĐ dựa trên mô hình toán học. Trong mô hình toán học, các phần tử của hệ thống điện và các quá trình diễn ra trong phần tử đó cũng như mối quan hệ giữa các phần tử trong tổng thể hệ thống đều được biểu diễn bằng các mô tả toán học, như sơ đồ thay thế các phần tử, các thông số ban đầu, các phương trình trạng thái, các kích thích và các đáp ứng [4]. Các phương trình và các mô tả toán học này sẽ được tổ chức lại và được giải bằng các thuật toán chạy trên máy tính cụ thể trong đề tài này sẽ sử dụng công cụ là phần mềm Matlab. Ưu điểm của phương pháp này là có tính tổng quát cao, khi đã xây dựng được phương trình toán học của hệ thống thì chúng ta có thể đánh giá ổn định cho một hệ thống với máy phát có thông số bất kỳ. 6
21. CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2.1.1 Hệ thống điện (HTĐ) và chế độ của HTĐ [3] 2.1.1.1 Hệ thống điện (HTĐ ) HTĐ là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng. Các phần tử của HTĐ được chia thành hai nhóm: Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng như máy phát, đường dây tải điện và các thiết bị dùng điện. Các phần tử điều chỉnh làm nhiệm vụ điều chỉnh và biến đổi trạng thái HTĐ như điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, bảo vệ rơle, máy cắt điện Mỗi phần tử của HTĐ được đặc trưng bởi các thông số, các thông số này được xác định về lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữa chúng và nhiều sự giản ước tính toán khác. Ví dụ: tổng trở, tổng dẫn của đường dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự động điều chỉnh kích thích Các thông số của các phần tử cũng được gọi là các thông số của HTĐ. Nhiều thông số của HTĐ là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúng phụ thuộc vào dòng công suất, tần số như là X, Y, độ từ hoá trong phần lớn các bài toán thực tế có thể coi là hằng số và như vậy ta có hệ thống tuyến tính. Nếu tính đến sự biến đổi của các thông số ta có hệ thống phi tuyến, đây là một dạng phi tuyến của HTĐ, dạng phi tuyến này chỉ phải xét đến trong một số ít trường hợp như khi phải tính đến độ bão hoà của máy phát, máy biến áp trong các bài toán ổn định. 2.1.1.2 Chế độ của HTĐ. 7