Luận văn Đánh giá ổn định hệ thống nhiều máy bằng phương pháp mô phỏng (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Đánh giá ổn định hệ thống nhiều máy bằng phương pháp mô phỏng (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 NGUYỄN VŨ PHƯƠNG THẢO ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG NHIỀU MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 3 9 4 0 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VŨ PHƯƠNG THẢO ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG NHIỀU MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số ngành: 60 52 50 Cán bộ hướng dẫn KH: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH
3. Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cán bộ chấm nhận xét 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luận văn thạc sĩ được bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH. Ngày . . . tháng . . . năm 2012
4. LÍ LỊCH KHOA HỌC Họ và tên: Nguyễn Vũ Phương Thảo Sinh ngày: 21/08/1982 Nơi sinh: Quảng Ngãi. Địa chỉ liên lạc: 189/9, Đường Tâân Thới Hiệp 22, P Tâân Thới Hiệp, KP3, Quận 12, TP Hồ Chí Minh. Quá trình đào tạo (bắt đầu từ bậc đại học đến nay): Từ 2002 đến 2007: Sinh viên ngành Điện khí hoá- Cung cấp điện, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Từ 2009 đến nay: Học viên Cao học ngành Thiết bị mạng và Nhà máy điện, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Quá trình công tác (bắt đầu từ đi làm đến nay): Từ 2007 đến 2009: Nhân viên Dự Án công ty Xây Lắp Kỹ Thuật Việt (VIETEKCONS) - Thủ Đức. Từ 2010- 2011: Nhân viên Dự Án công ty Xây Lắp Kỹ Thuật Việt (VIETEKCONS) - Thủ Đức. Từ 2012 đến nay: công tác tại Công ty Xây Dựng Cơ Điện Hợp Tiến- Q12, TPHCM
5. Lời cam đoan Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Vũ Phương Thảo Nguyễn Vũ Phương Thảo Page i
6. Lời cảm ơn Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, tơi đã hồn thành đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của mình. Để cĩ được thành quả này, tơi đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ từ thầy cơ, gia đình, cơ quan và bạn bè. Thơng qua luận văn này tơi xin chân thành cám ơn: PGS.TS Quyền Huy Ánh, người thầy mẫu mực, tận tụy, định hướng, chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức chuyên mơn và kinh nghiệm nghiên cứu trong quá trình tơi thực hiện luận văn này. Quí Thầy/Cơ phản biện, đã đưa ra những quan điểm, đánh giá bổ sung vào lĩnh vực tơi đang nghiên cứu, giúp tơi hiểu rộng hơn về hướng nghiên cứu đề tài, và tự đánh giá lại cơng việc đã thực hiện của mình. Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Điện-Điện tử, Quí Thầy/Cơ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức chuyên mơn, kinh nghiệm, giúp tơi tự tin tìm hiểu kiến thức chuyên ngành, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi hồn thành khố học. Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ cho tơi trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Vũ Phương Thảo Nguyễn Vũ Phương Thảo Page ii
7. Mục Lục Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục Lục iii Tĩm tắt luận văn .vi Danh sách các chữ viết tắt viii Danh sách các hình ix Danh sách các bảng xi Chương 1: Tổng quan 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu của Luận văn 2 1.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2 1.3.1. Nội dung nghiên cứu 2 1.3.2. Phương pháp nghiên cứu 3 1.4. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu 3 1.5. Tính mới và giá trị thực tiễn của đề tài 3 Chương 2: LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 4 2.1. Các khái niệm cơ bản: 4 2.1.1 Khái niệm về ổn định 4 2.1.2 Phân loại 4 2.1.2.1 Ổn định tĩnh 4 2.1.2.2 Ổn định động 5 2.2. Các tiêu chuẩn khảo sát ổn định tĩnh 6 2.2.1. Tiêu chuẩn năng lượng 6 Nguyễn Vũ Phương Thảo Page iii
8. 2.2.2 Phương pháp dao động bé 6 2.3. Các tiêu chuẩn khảo sát ổn định động 8 2.3.1. Tiêu chuẩn diện tích 8 2.3.2. Tiêu chuẩn năng lượng 11 Chương 3: BỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 14 3.1. Ổn định của 1 hệ thống điện chứa máy phát làm việc với thanh cái cĩ cơng suất vơ hạn 14 3.2. Ảnh hưởng động học của mạch kích từ 17 3.3. Ảnh hưởng sự thay đổi từ thơng kích tới sự ổn định 23 3.4. Ảnh hưởng của hệ thống kích từ 25 3.5. Thiết kế bộ ổn định hệ thống điện (PSS) 28 3.5.1. Chức năng bộ ổn định PSS 28 3.5.2. Thiết kế bộ PSS nơron nhận dạng 32 3.5.2.1. Mơ tả hệ thống điện 33 3.5.2.2. Xây dựng bộ ổn định hệ thống điện nơron 35 3.5.2.3. Lưu đồ giải thuật chung của mạng nơron 38 Chương 4: KHẢO SÁT & SO SÁNH BỘ PSS NƠRON VỚI PSS KUNDUR 45 4.1. Mục đích mơ phỏng 45 4.2. Các kết quả mơ phỏng 45 4.2.1. Trường hợp 1: Sự cố ngắn mạch thống qua giữa đường dây L1 45 4.2.2. Trường hợp 2: Sự cố ngắn mạch thống qua trên L1 cách B1 80km 48 4.2.3. Trường hợp 3: Sự cố ngắn mạch thống qua trên L1 cách B1 50km 50 4.2.4.Trường hợp 4: Sự cố ngắn mạch thống qua cách B2 50km 53 4.2.5. Trường hợp 5: Sự cố ngắn mạch thống qua cách B2 30km và tăng tải KV 1 thêm 10%. 55 4.2.6. Trường hợp 6: Sự cố ngắn mạch thống qua cách B1 70km và giảm tải KV2 5% 57 4.2.7. Trường hợp 7: Sự cố ngắn mạch thống qua trên L1 cách B2 20km và phụ tải KV1 tăng thêm 5%. 59 Nguyễn Vũ Phương Thảo Page iv
9. 4.2.8. Trường hợp 8: Sự cố ngắn mạch thống qua trên L1 ở giữa đường dây, phụ tải KV1 tăng thêm 10%, phụ tải KV2 giảm bớt 5% 61 4.3. Kết luận 64 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài 65 5.1. Kết luận 65 5.1.1. Các kết quả đã đạt được trong đề tài 65 5.1.2. Hạn chế 65 5.2. Hướng phát triển của đề tài 66 Tài liệu tham khảo 67 Phụ lục 69 Nguyễn Vũ Phương Thảo Page v
10. Tĩm tắt luận văn Hệ thống điện là những hệ thống phi tuyến phức tạp, các điểm vận hành cĩ thể thay đổi trên diện rộng, những dao động tần số thấp liên tục xuất hiện dẫn đến sự liên kết giữa các hệ thống yếu dần đi. Trong máy phát điện, luơn tồn tại những dao động xung quanh điểm vận hành cân bằng, theo sau bất kỳ loại nhiễu loạn, thí dụ như thay đổi các phụ tải đột ngột, thay đổi các thơng số của đường dây truyền tải, dao động cơng suất ở ngõ ra của tuốc bin. Ổn định hệ thống điện bao gồm ổn định gĩc lệch rotor, ổn định tần số và ổn định điện áp liên quan mật thiết với nhau [2]. Bộ ổn định PSS Kundur [1]với tín hiệu ngõ vào là độ lệch tốc độ đã được sử dụng rộng rãi nhằm cung cấp tín hiệu ổn định bổ sung vào hệ thống kích từ máy phát để xĩa bỏ dao động điện cơ và nâng cao sự ổn định tồn cục của hệ thống; cung cấp một moment cản dương trong pha để xĩa bỏ ảnh hưởng của moment cản âm của hệ thống. Với các thơng số cố định, bộ PSS Kundur khơng thể cung cấp đường đặc tính tối ưu cho tất cả các điểm vận hành khác nhau; vì hệ thống cĩ thể thay đổi theo thời gian và các thơng số của bộ PSS Kundur phải được phục hồi lại để nĩ cĩ thể tiếp tục cung cấp các đường đặc tính mong muốn. Ứng dụng các bộ PSS này trong một hệ thống nhiều máy phát gây ra nhiều sự phức tạp khi tổng hợp các thơng số của bộ PSS; các thơng số này được tối ưu hĩa bằng cách sử dụng một mơ hình động tuyến tính đạt được do tuyến tính hĩa mơ hình phi tuyến xoay quanh một điều kiện vận hành cố định ban đầu, thường khơng cung cấp kết quả thỏa đáng trên diện rộng của điều kiện vận hành [1, 2, 3, 4]. Bộ FTDNN-PSS được đề xuất với hai ngõ vào là độ lệch tốc độ (dw) và độ lệch cơng suất tăng tốc (dPa) cĩ các thơng số được cập nhật và tự điều chỉnh để mơ phỏng hệ thống trong các trường hợp sự cố ngắn mạch ba pha, tăng giảm phụ tải trên diện rộng, vừa tăng giảm phụ tải hai khu vực cĩ xét đến ngắn mạch ba pha trên đường dây. Bộ FTDNN- PSS hai ngõ vào là độ lệch tốc độ và cơng suất gia tốc, cĩ độ hội tụ nhanh nhằm nhận dạng bộ PSS Kundur trong các điều kiện vận hành khác nhau. Các nhân tố cĩ ảnh hưởng đến tốc độ hội tụ trong luật học lan truyền ngược của mạng nơron, từ đĩ cĩ thể ứng dụng tốt nhất và phát huy hết hiệu quả của mạng Nguyễn Vũ Phương Thảo Page vi
11. nơron trong ứng dụng và điều khiển. Sự thay đổi thơng số của bộ FTDNN- PSS được điều chỉnh phù hợp vào điều kiện phụ tải và các thơng số khác nhau của hệ thống nhiều máy phát. Kết quả mơ phỏng cho các loại nhiễu loạn khác nhau và các điều kiện vận hành khác nhau chứng tỏ tính hiệu quả và mạnh mẽ của bộ FTDNN-PSS. Bộ FTDNN-PSS cĩ khả năng thích nghi phi tuyến sẽ cĩ năng suất tốt hơn và tắt dần nhanh hơn đối với các nhiễu loạn lớn và nhỏ thậm chí các thay đổi trong các điều kiện vận hành hệ thống. Sự tắt dần nhanh và tốt hơn nghĩa là các máy phát cĩ thể vận hành gần tới khả năng phát tối đa của chúng. Vì vậy, đảm bảo rằng các máy phát duy trì ổn định sau các sự cố như sự ngắn mạch ba pha. Nguyễn Vũ Phương Thảo Page vii
12. Danh sách các chữ viết tắt GOV : Bộ kích từ (Governor). SMIB : Hệ thống một máy phát cĩ bus vơ hạn (single-machine infinite-bus). AVR : Bộ tự động điều chỉnh điện áp (AutomaticVoltage Regulator). PSS : Bộ ổn định điện áp (Power System Stabilizer). ANN : Mạng nơron nhân tạo (Artificial neural network) GA : Giải thuật di truyền (Generic Algorithm). AFLPSS : Bộ PSS cĩ cơ sở mờ (Artifical Fuzzy Logic PSS). MSE : Sai số bình phương trung bình (Mean square error). FTDNN-PSS: Bộ PSS dựa trên cơ sở mạng nơron truyền thẳng cĩ delay ngõ vào (Focused Time Delay Neural Network PSS). Newff : Tạo mạng nơron truyền thẳng với giải thuật lan truyền ngược sai số BTF : Hàm huấn luyện mạng nơron truyền thẳng với giải thuật lan truyền ngược sai số mặc định là trainlm- Backpropagation network training function (default = 'trainlm'). Nguyễn Vũ Phương Thảo Page viii
13. Danh sách các hình Hình Trang Hình 2.1a: Trường hợp hệ ổn định. 10 Hình 2.1.b: Trường hợp ranh giới ổn định 10 Hình 2.1.c. Trường hợp hệ mất ổn định 10 Hình 2.2. Cắt một trong hai đường dây vận hành song song 10 Hình 2.3. Trường hợp hệ ổn định 11 Hình 2.4. Ngắn mạch đầu một trong hai đường dây vận hành song song 12 Hình 2.5. Trường hợp ranh giới ổn định 12 Hình 3.1. Hệ một máy phát nối với hệ thống vơ cùng lớn 14 Hình 3.2. Sơ đồ Thevenin tương đương của hệ một máy phát nối với hệ thống vơ cùng lớn 14 Hình 3.3. Mơ hình máy phát làm việc với hệ thống vơ cùng lớn 15 Hình 3.4. Sơ đồ khối khảo sát máy phát dùng cho đáp ứng nhiễu nhỏ 16 Hình 3.5. Giản đồ điện áp máy phát trong hệ tọa độ dq 18 Hình 3.6. Giản đồ từ thơng mĩc vịng Stator và Rotor máy phát 18 Hình 3.7. Giản đồ khối của bộ AVR . 22 Hình 3.8. Mơment cản dương và moment đồng bộ âm theo K 2  fd . 24 Hình 3.9. Mơ hình hệ thống kích từ khi khảo sát ổn định nhiễu nhỏ. 26 Hình 3.10. Sơ đồ khối của bộ AVR. 27 Hình 3.11. Sơ đồ khối của bộ AVR với PSS. 29 Hình 3.12. Hệ thống kích từ Thyrister với AVR và PSS . 30 Hình 3.13. Mơ hình hệ thống điện gồm bốn máy phát chia làm hai khu vực. 33 Hình 3.14.Mơ hình hệ thống điện gồm bốn máy phát chia làm hai khu vực trong Simulink Matlab 35 Hình 3.15. Mơ hình hệ thống điện sử dụng bộ PSS Kundur tạo file mat 37 Nguyễn Vũ Phương Thảo Page ix
14. Hình 3.16. Lưu đồ giải thuật chung thực hiện thu thập dữ liệu để huấn luyện mạng nơ ron 38 Hình 3.17. Sơ đồ khối bộ nơron FTDNN-PSS 41 Hình 3.18. Mạng nơron 4 lớp cĩ 3 delay ngõ vào với giải thuật lan truyền ngược 42 Hình 3.19. Lưu đồ giải thuật huấn luyện mạng đa lớp với thuật tốn BP 43 Hình 4.1. Các thơng số mơ phỏng và cách chọn lựa mơ hình PSS thực hiện mơ phỏng 45 Hình 4.2. So sánh kết quả mơ phỏng giữa 2 bộ PSS trong sự cố ngắn mạch thống qua ở giữa đường dây L1 47 Hình 4.3. So sánh kết quả mơ phỏng giữa 2 bộ PSS trong sự cố ngắn mạch thống qua cách B1 80 km 50 Hình 4.4. So sánh kết quả mơ phỏng giữa 2 bộ PSS trong sự cố ngắn mạch thống qua cách B1 50 km 52 Hình 4.5. So sánh kết quả mơ phỏng giữa 2 bộ PSS trong sự cố ngắn mạch thống qua cách B2 50 km. 54 Hình 4.6. So sánh kết quả mơ phỏng giữa 2 bộ PSS trong TH sự cố ngắn mạch thống qua cách B2 30km và tăng tải KV 1 thêm 10% 56 Hình 4.7. So sánh kết quả mơ phỏng TH sự cố ngắn mạch thống qua cách B1 70km và giảm tải KV2 thêm 5%. 58 Hình 4.8. So sánh kết quả mơ phỏng TH sự cố ngắn mạch thống qua cách B2 20km và phụ tải KV1 tăng thêm 5%. 61 Hình 4.9. So sánh kết quả mơ phỏng TH sự cố ngắn mạch thống qua trên L1 ở giữa đường dây, phụ tải KV1 tăng thêm 10%, phụ tải KV2 giảm bớt 5%. 63 Nguyễn Vũ Phương Thảo Page x
15. Danh sách các bảng Bảng Trang Bảng 3.1. Sai số (MSE) để so sánh các mạng nơron. 39 Bảng 3.2. Lựa chọn kiểu mạng nơron phù hợp qua MSE đạt được 40 Bảng 4.1. Kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi xảy ra sự cố NM thống qua giữa đường dây L1 (110km) 48 Bảng 4.2 Kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi xảy ra sự cố NM thống qua cách B1 80km. 50 Bảng 4.3 Kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi xảy ra sự cố NM thống qua cách B1 50km. 52 Bảng 4.4 Kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi xảy ra sự cố NM thống qua cách B2 50km. 54 Bảng 4.5 Kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi xảy ra sự cố NM thống qua cách B2 80km. 57 Bảng 4.6 Kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi xảy ra sự cố NM thống qua cách B2 30km và phụ tải KV2 tăng lên 10% 59 Bảng 4.7 Kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi xảy ra sự cố NM thống qua cách B1 70km và giảm phụ tải KV2 xuống 5% 61 Bảng 4.8 Kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi xảy ra sự cố NM thống qua trên L1 ở giữa đường dây, phụ tải KV1 tăng lên 10% và phụ thải KV2 giảm 5% 63 Bảng 4.9 Bảng tổng hợp kết quả so sánh tác động của hai bộ BSS lên hệ thống khi vận hành 64 Nguyễn Vũ Phương Thảo Page xi
16. Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền Huy Ánh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề: Hệ thống điện là những hệ thống phi tuyến phức tạp, các điểm vận hành cĩ thể thay đổi trên diện rộng, những dao động tần số thấp liên tục xuất hiện dẫn đến sự liên kết giữa các hệ thống yếu dần đi [5]. Trong máy phát điện, luơn tồn tại những dao động xung quanh điểm vận hành cân bằng, theo sau bất kỳ loại nhiễu loạn, thí dụ như thay đổi các phụ tải đột ngột, thay đổi các thơng số của đường dây truyền tải, dao động cơng suất ở ngõ ra của tuốc bin Ổn định hệ thống điện bao gồm ổn định gĩc lệch rotor, ổn định tần số và ổn định điện áp, chúng cĩ liên quan mật thiết với nhau [2]. Bộ ổn định PSS Kundur [1] với tín hiệu ngõ vào là độ lệch tốc độ đã được sử dụng rộng rãi nhằm cung cấp tín hiệu ổn định bổ sung vào hệ thống kích từ máy phát để xĩa bỏ dao động điện cơ và nâng cao sự ổn định tồn cục của hệ thống; cung cấp một moment cản dương trong pha để xĩa bỏ ảnh hưởng của moment cản âm của hệ thống. Với các thơng số cố định, bộ PSS Kundur khơng thể cung cấp đường đặc tính tối ưu cho tất cả các điểm vận hành khác nhau; vì hệ thống cĩ thể thay đổi theo thời gian và các thơng số của bộ PSS Kundur phải được phục hồi lại để nĩ cĩ thể tiếp tục cung cấp các đường đặc tính mong muốn. Ứng dụng các bộ PSS này trong một hệ thống nhiều máy phát gây ra nhiều sự phức tạp khi tổng hợp các thơng số của bộ PSS; các thơng số này được tối ưu hĩa bằng cách sử dụng một mơ hình động tuyến tính đạt được do tuyến tính hĩa mơ hình phi tuyến xoay quanh một điều kiện vận hành cố định ban đầu. Bộ PSS Kundur cung cấp đường đặc tính động tối ưu cho một điểm vận hành cố định ban đầu và các thơng số hệ thống. Thiết kế bộ PSS Kundur được dựa vào cách sử dụng của hàm chuyển đổi được thiết kế cho mơ hình tuyến tính mơ tả máy phát tại điểm vận hành cố định ban đầu, nĩ thường khơng cung cấp kết quả thỏa đáng trên diện rộng của điều kiện vận hành. Do đĩ, học viên đề xuất bộ FTDNN-PSS hai ngõ vào là độ lệch tốc độ (dw) và độ lệch cơng suất tăng tốc (dPa), các thơng số được cập nhật và điều chỉnh bằng giải thuật lan truyền ngược sai số (BP), cĩ khả năng thích ứng dùng mạng nơron truyền thẳng cĩ delay ngõ vào [2, 3]. Bộ FTDNN-PSS được đề xuất sẽ giải quyết những Nguyễn Vũ Phương Thảo Page 1
17. Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền Huy Ánh vấn đề mà bộ PSS Kundur chưa làm được, thể hiện tiềm lực to lớn trong việc gia tăng sự tắt dần dao động của máy phát và cải thiện đặc tính động khi các điểm vận hành thay đổi khác nhau. Nội dung chính của luận văn này tập trung nghiên cứu thiết kế bộ FTDNN- PSS hai ngõ vào là độ lệch tốc độ và cơng suất tăng tốc; cĩ thể dễ dàng thực thi với hệ thống kích từ số, được sử dụng cho sự thay đổi thơng số của bộ PSS hai ngõ vào theo thời gian thực, sự thay đổi phụ thuộc vào điều kiện phụ tải và các thơng số hệ thống của một hệ thống nhiều máy phát. Các kết quả mơ phỏng cho thấy bộ FTDNN-PSS đề xuất đáp ứng nhanh hơn trong việc dập tắt dao động liên vùng, gĩp phần nâng cao sự ổn định của hệ thống dưới sự thay đổi trên diện rộng theo yêu cầu phụ tải. 1.2. Mục tiêu của luận văn: Thiết kết bộ ổn định hệ thống điện PSS hai ngõ vào (dw và dPa) thay đổi theo thời gian thực bằng mạng nơron truyền thẳng cĩ delay ngõ vào cho một hệ thống nhiều máy phát. Mơ phỏng và đánh giá sự ổn định tồn cục của hệ thống nhiều máy phát sau khi sử dụng bộ FTDNN-PSS điều khiển tín hiệu điện áp kích từ máy phát dưới sự thay đổi điều kiện phụ tải và các trường hợp sự cố cĩ thể xảy ra trên đường dây truyền tải. Cho thấy kết quả việc ứng dụng bộ FTDNN-PSS vào mơ hình hệ thống nhiều máy phát gĩp phần cải thiện, nâng cao sự ổn định tồn cục tốt hơn bộ PSS Kundur. 1.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu: 1.3.1 Nội dung nghiên cứu:  Tìm hiểu về lý thuyết ổn định hệ thống điện.  Thiết kế mơ hình bộ FTDNN-PSS hai ngõ vào là độ lệch tốc độ và độ lệch cơng suất tăng tốc, một ngõ ra là tín hiệu điện áp điều chỉnh kích từ Upssnr để điều khiển ổn định hệ thống điện khi hệ thống xảy ra sự cố.  Thực hiện mơ phỏng, so sánh và đánh giá đáp ứng của bộ ổn định FTDNN- PSS trong hệ thống điện gồm mười một bus đến mười ba bus (cố định) với bốn máy phát chia làm hai khu vực đối xứng nhau cĩ sự cố ba pha giữa Nguyễn Vũ Phương Thảo Page 2
18. Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền Huy Ánh đường dây truyền tải trong các trường hợp gắn phụ tải chuẩn, phụ tải nặng, phụ tải nhẹ. 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu:  Tra cứu, tìm hiểu về mạng nơron nhân tạo ứng dụng trong nhận dạng và điều khiển hệ thống [4, 5, 6, , 18].  Nghiên cứu, xây dựng phương pháp điều khiển dựa trên các phương pháp điều khiển cổ điển, hiện đại và thơng minh.  Ứng dụng phần mềm Matlab để xây dựng mơ hình và mơ phỏng việc nhận dạng và điều khiển ổn định các máy phát thơng qua bộ ổn định FTDNN-PSS [2, 7].  Thiết kế bộ điều khiển, lập chương trình điều khiển trên Matlab.  Phân tích, đánh giá dựa trên kết quả mơ phỏng. 1.4. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu: Luận văn tập trung chủ yếu thiết kế bộ FTDNN-PSS và xem xét đáp ứng của hệ thống điện, chủ yếu với các nội dung như sau: Thiết kế mạng nơron truyền thẳng cĩ delay hai ngõ vào (dw & dPa) với giải thuật lan truyền ngược BP sai số. Xem xét đáp ứng của hệ thống điện chứa bốn máy phát kết nối với nhau xuất hiện sự cố ba pha giữa đường dây truyền tải trong các trường hợp: gắn phụ tải chuẩn, phụ tải nặng, phụ tải nhẹ, sự cố ngắn mạch ba pha trên đường dây truyền tải. 1.5. Tính mới và giá trị thực tiễn của đề tài: 1. Bộ FTDNN-PSS hai ngõ vào (dw & dPa) thay thế cho bộ PSS Kundur một ngõ vào (dw) điều khiển tín hiệu ổn định điện áp kích từ cho hệ thống điện bốn máy phát trong các điều kiện vận hành và các nhiễu loạn khác nhau trong hệ thống. 2. Các kết quả này là nền tảng cho việc nghiên cứu thiết kế bộ PSS cĩ khả năng dập tắt dao động tối ưu nhất cho các nhiễu loạn và các điều kiện vận hành phụ tải khác nhau trong hệ thống điện quy mơ lớn hơn, phục vụ các nghiên cứu ở mức độ cao hơn. Nguyễn Vũ Phương Thảo Page 3
19. Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền Huy Ánh CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1. Các khái niệm cơ bản: 2.1.1. Khái niệm về ổn định: Hệ thống điện vận hành ổn định ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện vận hành bình thường và giữ nguyên trạng thái cân bằng sau khi chịu tác động của nhiễu loạn [3, 5, 11]. Theo cách truyền thống, vấn đề ổn định đã được hiểu là phải duy trì hệ thống hoạt động ở một điểm vận hành đồng bộ. Điều kiện để hệ thống điện hoạt động ổn định là tất cả các máy phát điện đồng bộ ở trạng thái đồng bộ với nhau. Các trạng thái của hệ thống điện khi xuất hiện nhiễu loạn quá độ, gồm nhiễu loạn lớn hoặc nhỏ là cơ sở đánh giá ổn định. Nhiễu loạn nhỏ như phụ tải thay đổi liên tục và hệ thống phải tự điều chỉnh theo các thơng số trên. Hệ thống điện cĩ thể phải hoạt động đúng theo các thay đổi trên và cung cấp cơng suất đầy đủ cho số lượng lớn phụ tải đĩ. Đáp ứng của hệ thống điện tới nhiễu loạn kéo theo nhiều thiết bị tác động. Ví dụ, ngắn mạch trên một phần tử hệ thống sẽ được rơle bảo vệ cách ly làm sẽ làm biến đổi việc phân bố cơng suất; tốc độ rotor máy phát và điện áp thanh cái; điện áp khác nhau sẽ làm kích thích bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát tác động; tốc độ của máy phát điện khác nhau sẽ kích thích bộ điều chỉnh tốc độ động cơ sơ cấp; thay đổi đường dây liên kết các phụ tải cĩ thể khởi động (kích thích) các bộ điều khiển; thay đổi điện áp và tần số sẽ ảnh hưởng đến các phụ tải theo nhiều cấp độ khác nhau phụ thuộc vào các đường đặc tính riêng biệt của thiết bị. Các nhiễu lớn xảy ra trong hệ thống: ngắn mạch, tăng/giảm tải đột ngột, tải lớn vào hệ thống, mất/giảm kích từ các máy cĩ cơng suất lớn hoặc mất/giảm cơng suất cơ của các máy phát đều làm cho hệ thống dao động, trải qua quá trình dao động hệ thống cĩ thể tiến tới trạng thái xác lập mới hoặc cĩ thể làm cho dao động đĩ càng ngày càng lớn và tiến ra vơ cùng, lúc đĩ hệ thống sẽ mất ổn định. 2.1.2. Phân loại: Ổn định trong hệ thống điện được phân làm hai loại: 2.1.2.1 Ổn định tĩnh: Nguyễn Vũ Phương Thảo Page 4
20. Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền Huy Ánh Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống điện trở lại vận hành ở trạng thái ban đầu sau khi hệ thống bị những nhiễu loạn nhỏ kích thích. Nếu cho rằng chế độ xác lập của hệ thống điện tương ứng với vị trí cân bằng thì cĩ thể xét đốn ổn định tĩnh theo một trong những điều kiện sau: Khi hệ thống chịu tác động đủ nhỏ thì các thơng số chế độ của hệ thống cũng biến đổi nhỏ. Khi độ lệch của các thơng số chế độ của hệ so với vị trí cân bằng đủ bé thì những biến đổi tiếp theo của các thơng số cũng sẽ đủ bé. Đặc điểm của điều kiện làm việc của hệ thống điện là sự xuất hiện thường xuyên những tác động nhỏ khơng chu kỳ và chính những tác động này làm cho các thơng số của hệ biến đổi nhưng rất chậm và khơng cĩ chu kỳ nên cĩ thể coi như hệ thống ổn định. Vì vậy, xét ổn định của hệ thống điện với hai phương pháp tương đương nhau: khảo sát các tác động bé hoặc các độ lệch thơng số bé ở trạng thái ban đầu và sau đĩ đối với cả hai trường hợp. Các biện pháp ổn định tĩnh của hệ thống điện: Dùng tự động điều chỉnh kích từ. Hạn chế giảm điện áp ở các nút chủ yếu của hệ thống. Hạn chế gĩc lệch rơto các máy phát điện. Sa thải phụ tải theo tần số. Dự trữ đủ cơng suất tác dụng và phản kháng. 2.1.2.2 Ổn định động: Ổn định động của hệ thống là khả năng hệ thống cĩ thể chuyển về một chế độ xác lập khác mà các thơng số chế độ tại các nút gần với giá trị bình thường khi hệ thống chịu tác động của những biến đổi lớn tạm thời và đột ngột. Nếu hệ thống cĩ khả năng chịu những biến đối lớn mà khơng mất ổn định thì cũng sẽ ổn định với những biến đổi nhỏ. Do đĩ, lúc hệ thống đã cĩ dự trữ ổn định động thì cũng sẽ cĩ một dự trữ ổn định tĩnh nào đĩ. Nhưng cũng cĩ ngoại lệ, trong trường hợp muốn nâng cao ổn định động người ta dùng những biện pháp đặc biệt như tự động cắt một số máy phát và điện kháng lúc sự cố. Nguyễn Vũ Phương Thảo Page 5
21. Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền Huy Ánh Như vậy, sự khác nhau giữa mất ổn định tĩnh và ổn định động là do sự khác nhau giữa các mức độ biến đổi (mức độ của nhiễu kích động). Tuy nhiên trong cả hai trường hợp lúc thuận lợi đều dẫn đến cùng một kết quả là giữ được thơng số bình thường ở các nút của hệ thống. Khi nghiên cứu ổn định tĩnh là đã xét đến tính làm việc ổn định của hệ thống trong điều kiện bình thường, nghĩa là nĩ chỉ tồn tại những dao động nhỏ. Một hệ thống cĩ ổn định tĩnh chưa chắc đã cĩ ổn định động. Những dao động lớn (cịn gọi là đột biến) xảy ra trong hệ thống điện như cắt phụ tải đột ngột, cắt đường dây, máy phát hoặc máy biến áp đang mang tải đặc biệt nguy hiểm là sự cố ngắn mạch các loại, trong đĩ ngắn mạch ba pha ít xảy ra nhưng do tính nguy hiểm đối với ổn định nên phải xét đến khi thiết kế hệ thống điện. Mất ổn định tĩnh hoặc ổn định động thường gây ra việc ngừng cung cấp điện cho rất nhiều phụ tải dẫn đến tổn thất lớn đối với nền kinh tế quốc dân. Do đĩ việc tiến hành các biện pháp loại trừ hoặc hạn chế đến mức thấp nhất khả năng mất ổn định luơn luơn cĩ lợi về mặt kinh tế. 2.2. Các tiêu chuẩn khảo sát ổn định tĩnh: 2.2.1. Tiêu chuẩn năng lượng: Hệ ở chế độ xác lập khi cĩ sự cân bằng giữa năng lượng phát và tiêu thụ. Mỗi chế độ xác lập sẽ tương thích với các thơng số xác định trạng thái hệ. Nếu cĩ nhiễu (kích động) làm các thơng số này thay đổi theo hướng khuếch đại thì hệ sẽ khơng ổn định. Điều này xảy ra khi năng lượng phát lớn hơn năng lượng tiêu tán. Tiêu chuẩn năng lượng về ổn định hệ được mơ tả qua bất đẳng thức sau: W 0  Với:  - gia số thơng số W W W W Δ - năng lượng dư và Δ Δ F Δ t W W Δ F , Δ t số gia năng lượng phát và tiêu tán. 2.2.2. Phương pháp dao động bé: Hệ thống động thường được mơ tả bởi hệ phương trình vi phân sau: x f (x1 , x 2 , ,x n , u1, u 2 , ,u r , t) (2.1) Nguyễn Vũ Phương Thảo Page 6