Luận văn Ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ổn định hệ thống điện cho 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 NGUYỄN THỊ PHƯƠNG QUỲNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CHO HỆ NHIỀU MÁY S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 3 9 3 2 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 THỊ PHƯƠNG QUỲNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CHO HỆ NHIỀU MÁY NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 1/2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ PHƯƠNG QUỲNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CHO HỆ NHIỀU MÁY NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Tp.Hồ Chí Minh, tháng 1/2013
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN THỊ PHƢƠNG QUỲNH Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 14-12-1985 Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh Quê quán: TP. Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 99F, Đƣờng 379, P. Tăng Nhơn Phú A, Quận 9 Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0973432949 Fax: E-mail: phuongquynhcdn@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: 09/2004 đến 05/2009 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Điện-Điện Tử Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Điều khiển lập trình nâng cao, Thiết kế hệ thống điện, Quản lý dự án. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 03/2009, tại Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 5/2009 đến Trƣờng Cao Đẳng Nghề Kỹ Thuật Công Giảng viên nay Nghệ TPHCM i
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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 Họ và tên Nguyễn Thị Phƣơng Quỳnh ii
6. LỜI CẢM TẠ Lời đầu tiên, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tất cả thầy cô giáo trong Khoa Điện – Điện Tử , Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã truyền đạt cho tác giả những kinh nghiệm và kiến thức thật sự hết sức quý báu trong thời gian học tập tại trƣờng. Đặc biệt xin chân thành cám ơn thầy PGS TS. Quyền Huy Ánh, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Xin đƣợc gởi lời cám ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và ngƣời thân, những ngƣời đã giúp đỡ và động viên tác giả về tinh thần cũng nhƣ vật chất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kinh nghiệm có hạn nên chắc chắn sẽ không tránh đƣợc những thiếu xót, rất mong đƣợc sự quan tâm đóng góp của thầy cô và các bạn bè, anh chị để luận văn đƣợc hoàn chỉnh hơn. Mọi đóng góp về luận văn xin gởi qua địa chỉ email phuongquynhcdn@gmail.com. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2013 Học viên thực hiện Nguyễn Thị Phƣơng Quỳnh iii
7. TÓM TẮT Hệ thống điện Việt Nam trong những năm qua đã có những bƣớc 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. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để tìm ra phƣơng pháp đánh giá ổn định nhanh và chính xác thực sự trở nên cần thiết đối với hệ thống điện Việt Nam. Mục đích của đề tài này là khảo sát và đánh giá tính ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy phát bằng phƣơng pháp mô phỏng Để đạt đƣợc mục đích này ngƣời nghiên cứu tiến hành các công việc: - Xây dựng phƣơng pháp đánh giá ổn định hệ thống điện. - Xây dựng chƣơng trình tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện cho hệ nhiều máy bằng phần mềm Matlab - 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 đƣợc từ việc đánh giá tính ổn định trong hệ thống điện 9 nút và 3 máy phát. Những kết quả mà đề tài đạt đƣợc đó là: - Phƣơng pháp đánh giá tính ổn định hệ thống điện - Công cụ đánh giá ổn định hệ thống 9 nút và 3 máy phát Có thể kết luận rằng, phƣơng pháp và công cụ đánh giá tính ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy bằng phƣơng pháp mô phỏng đã góp phần vào việc nghiên cứu tìm ra một phƣơng pháp đánh giá chính xác, nhanh chóng và trực quan để có thể ứng dụng vào thực tiễn đối với hệ thống điện Việt Nam. iv
8. 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. Therefore, the research to find methods to evaluate stability quickly and accurately becomes really necessary for Vietnam's power 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 with many generators by Matlab software. - Set up the simulation model by programming language m.file in Matlab software. - Simulation and accessing the result from 9 bus, 3 generators. The result of thesis reached: - The new method to evaluate dynamic stability of power system. - Tools to evaluate the dynamic stability of 9 bus, 3 generators system. It could be said that the algorithm and tools to evaluate the dynamic stability of power system through simulation method is contributed to find the method which has accurately, quickly and visually. This new method is able to apply in the power system in Vietnam. v
9. MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm tạ iii Tóm tắt iv Abstract . .v Mục lục vi Danh sách các hình ix Danh sách các bảng xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.1 Kết quả nghiên cứu trong nƣớc 4 1.1.2 Kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc 4 1.2 Mục đích của đề tài 5 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 5 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài 5 1.3.2 Giới hạn đề tài 5 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 5 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các chế độ hệ thống điện 6 2.2 Các khái niệm về ổn định trong hệ thống điện 6 2.2.1 Ổn định tĩnh trong hệ thống điện 7 2.2.2 Ổn định động trong hệ thống điện 11 2.3 Sơ lƣợc về ứng dụng các phƣơng pháp toán học nghiên cứu ổn định trong hệ thống điện 13 vi
10. 2.3.1 Phƣơng pháp phân tích và đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn năng lƣợng . 14 2.3.2 Phƣơng pháp phân tích và đánh giá ổn định theo Lyapunov 16 2.3.2.1 Phƣơng pháp trực tiếp (hay còn gọi là phƣơng pháp thứ hai của Lyapunov) 20 2.3.2.2 Phƣơng pháp xấp xỉ bậc nhất của Lyapunov (hay còn gọi là phƣơng pháp thứ nhất của Lyapunov) 22 2.4 Hậu quả của sự mất ổn định và các yêu cầu đảm bảo ổn định cho hệ thống điện 30 2.5 Kết luận 31 Chƣơng 3: MÔ HÌNH TOÁN 3.1 Các giả thuyết 33 3.2 Giải thuật phân tích và đánh giá ổn định hệ nhiều máy bằng phƣơng pháp mô phỏng .34 3.2.1 Phƣơng pháp phân bố công suất bằng phép lặp Gauss – Seidel 36 3.2.2 Phƣơng pháp phân bố công suất bằng phép lặp Newton – Grapson 40 3.3 Thời gian cắt tới hạn 50 3.4 Kết luận 51 Chƣơng 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN 4.1 Công suất điện của mỗi máy phát . 52 4.1.1 Công suất điện của mỗi máy phát ngay tại thời điểm xảy ra sự cố . 52 4.1.2 Công suất điện của mỗi máy phát tại thời điểm sau khi sự cố xảy ra . 53 4.2 Trạng thái của các máy phát . 53 4.2.1 Trạng thái của các máy phát tại thời điểm sự cố xảy ra 53 vii
11. 4.2.2 Trạng thái của các máy phát sau khi sự cố xảy ra 56 4.2.3 Trạng thái của các máy phát trong toàn bộ quá trình khi có sự cố xảy ra . 57 4.3 Kết luận 57 Chƣơng 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.1 Hệ thống điện 3 máy – 9 nút 58 5.1.1 Tính toán thông số đầu vào bằng phƣơng pháp giải tích 60 5.1.2 Khảo sát và đánh giá ổn định hệ thống điện 3 máy – 9 nút .63 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Tổng kết 83 6.2 Những mặt còn tồn tại và hƣớng phát triển cho đề tài 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC viii
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ một hệ thống điện đơn giản 7 Hình 2.2: Đặc tính công suất điện từ của máy phát và đặc tính công suất cơ của tuabin 7 Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống điện xét nút phụ tải và tƣơng quan cân bằng công suất phản kháng 10 Hình 2.4: Đặc tính Q _ V 11 Hình 2.5: Hệ thống ổn định động. 12 Hình 2.6: Hệ thống mất ổn định động 12 Hình 2.7: Ổn định dao động bé theo Lyapunov 18 Hình 2.8: Tiêu chuẩn ổn định Mikhailov 28 Hình 2.9a: Quỹ đạo ổn định của hệ thống 30 Hình 2.9 b, c: Quỹ đạo không ổn định của hệ thống 30 Hình 3.1: Lƣu đồ giải thuật phân tích ổn định hệ nhiều máy 35 Hình 3.2: Sơ đồ thay thế hình 39 Hình 3.3: Sơ đồ thay thế tƣơng đƣơng hệ thống điện 3 nút 40 Hình 3.4: Sơ đồ thay thế hệ thống điện nhiều máy 46 Hình 3.5: Lƣu đồ thuật toán xác định thời gian cắt tới hạn 51 Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống điện 9 nút – 3 máy 58 Hình 5.2: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.1s) 64 Hình 5.3: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.16s) 64 Hình 5.4: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.17s) 65 Hình 5.5: Vị trí góc pha của từng máy 65 ix
13. Hình 5.6: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.1s) 66 Hình 5.7: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.16s) 66 Hình 5.8: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.17s) 67 Hình 5.9: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 10%) 69 Hình 5.10: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 10%) 69 Hình 5.11: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 10%) 70 Hình 5.12: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 20%) 70 Hình 5.13: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 20%) 71 Hình 5.14: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 20%) 71 Hình 5.15: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 30%) 72 Hình 5.16: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 30%) 72 Hình 5.17: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 30%) 73 Hình 5.18: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 40%) 73 Hình 5.19: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 40%) 74 Hình 5.20: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 40%) 74 Hình 5.21: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 50%) 75 Hình 5.22: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 50%) 75 Hình 5.23: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 50%) 76 Hình 5.24: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 60%) 76 Hình 5.25: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 60%) 77 Hình 5.26: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 60%) 77 Hình 5.27: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 70%) 78 x
14. Hình 5.28: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 70%) 78 Hình 5.29: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 70%) 79 Hình 5.30: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 80%) 79 Hình 5.31: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 80%) 80 Hình 5.32: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 80%) 80 Hình 5.33: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 90%) 81 Hình 5.34: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 90%) 81 Hình 5.35: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 90%) 82 xi
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 5.1: Dữ liệu nút 59 Bảng 5.2: Dữ liệu đƣờng dây và biến áp 60 Bảng 5.3: Dữ liệu máy phát 60 Bảng 5.4: Bảng kết quả phân bố công suất bằng phƣơng pháp lặp Newton – Raphson 61 Bảng 5.5: Ma trận tổng dẫn nút đƣợc rút gọn trƣớc sự cố 62 Bảng 5.6: Thông số điện áp tại đầu cực các máy phát 62 Bảng 5.7: Ma trận tổng dẫn ngay khi có sự cố và sau sự cố (sự cố xảy ra gần nút số 7 và đoạn đƣờng dây đƣợc cắt ra là đoạn 5 – 7) 63 Bảng 5.8: Bảng tăng tải 10% cho 3 nút 5, nút 6 và nút 8 68 xii
16. Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Lịch sử phát minh và sử dụng điện năng được đánh dấu bằng những sự kiện rất đáng ghi nhớ. . Năm 1883, phát minh ra hệ thống điện xoay chiều 3 pha. . Năm 1884, tại Pháp lần đầu tiên điện năng đã được tải đi xa bằng dòng điện xoay chiều . Năm 1885, được đánh dấu bằng việc phát minh ra máy biến áp điện lực . Năm 1891, lần đầu tiên đường dây tải điện 3 pha được vận hành thử nghiệm ở khoảng cách 175km. Từ đó lịch sử phát triển điện năng gắn liền với lịch sử hình thành và phát triển hệ thống điện xoay chiều 3 pha công suất lớn: khoảng cách truyền tải điện ngày càng tăng, công suất đơn vị các tổ máy phát điện đồng bộ 3 pha ngày càng lớn, số tổ máy phát làm việc song song trong hệ thống ngày càng nhiều. Chính những đặc điểm cuối cùng này đã dẫn đến yêu cầu phát triển lý thuyết ổn định hệ thống điện. Năm 1928, nhà bác học người Mỹ R. Park lần đầu tiên đặt nền móng nghiên cứu ổn định hệ thống điện dựa trên cơ sở thiết lập hệ phương trình vi phân quá trình quá độ điện cơ của các máy điện đồng bộ trong hệ tọa độ quay. Gần như đồng thời với Park, một loạt các công trình được công bố độc lập của nhà bác học người Nga A.A. Goriev trong những năm 1930 – 1935 về mô hình quá trình quá độ trong các máy điện quay đã làm phát triển lý thuyết nghiên cứu ổn định của hệ thống điện thêm một bước, sau này hệ phương trình đó được gọi tên là Park – Goriev. Mô hình quá trình quá độ của hệ thống điện trong hệ tọa độ quay đã làm đơn giản đáng kể hệ phương trình vi phân mô tả trạng thái quá độ của hệ thống điện. Dựa trên cơ sở đó 1
17. các phương pháp toán về ổn định hệ thống nói chung đã được nghiên cứu áp dụng cho hệ thống điện. Trước hết phải kể đến các phương pháp dựa trên khái niệm cân bằng năng lượng, còn gọi là tiêu chuẩn năng lượng. Phương pháp khá đơn giản, nhận được kết quả đúng và dễ áp dụng trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên, các phương pháp khác sau đó đã chỉ ra rằng, khái niệm ổn định theo ý nghĩa cân bằng năng lượng là không đầy đủ, không chỉ phát hiện được các hiện tượng mất ổn định do dao động quán tính. Hơn nữa, phương pháp cân bằng năng lượng không có cơ sở chặt chẽ và phương pháp để áp dụng đối với hệ thống điện phức tạp. Tiếp đến là các phương pháp toán nghiên cứu ổn định đối với các hệ vật lý nói chung của A. M. Lyapunov được phát triển và áp dụng cho hệ thống điện, đặc biệt là phương pháp dao động bé. Chính Goriev trong các công trình của mình đã chỉ ra các cách nghiên cứu ổn định hệ thống điện theo Lyapunov, đặc biệt là các hệ thống điện đơn giản, cũng như phức tạp. Ông đã chứng minh được rằng sử dụng tiêu chuẩn dấu dương của số hạng tự do phương trình đặc trưng của hệ phương trình vi phân quá trình quá độ có thể phát hiện được hầu hết các trường hợp mất ổn định hệ thống điện, còn gọi là tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ. Dựa trên tiêu chuẩn này những cách tính toán phân tích ổn định cho hệ thống điện phức tạp dạng chung đã được xây dựng và vẫn được áp dụng phổ biến hiện nay trong các chương trình phân tích hệ thống điện. Tiêu chuẩn còn đặc biệt tiện lợi khi tìm các thông số giới hạn chế độ theo điều kiện ổn định. Dựa trên cơ sở tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ I. M. Markovits cũng đã chứng minh bản chất của các tiêu chuẩn năng lượng, chúng chính là các trường hợp riêng đảm bảo ổn định phi chu kỳ. Nhờ các tiêu chuẩn riêng này có thể đánh giá nhanh được mức độ ổn định của các hệ thống điện cụ thể đang vận hành. Vấn đề là ở chỗ, trong những điều kiện cụ thể luôn tồn tại một hay một dP dQ dE vài tiêu chuẩn (dạng đạo hàm ' ' ) dễ bị vi phạm nhất. Trong vận hành d dU dU 2
18. nếu quan sát thấy những tiêu chuẩn này còn ở xa giới hạn thì hệ thống làm việc có độ tin cậy ổn định cao. Trong trường hợp ngược lại cần phải có các biện pháp xử lý. Hạn chế chủ yếu của tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ, bao hàm cả tiêu chuẩn năng lượng, là không áp dụng được khi xét đến các hiệu quả của các thiết bị tự động điều chỉnh, điều khiển. Các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp và tần số được trang bị trong các máy phát, máy bù đồng bộ có cấu trúc phức tạp, làm việc có quán tính, không thể bỏ qua hiện tượng mất ổn định dạng chu kỳ. Để phân tích ổn định hệ thống điện có điều chỉnh cần dựa trên các tiêu chuẩn đầy đủ, xét đến mọi hệ số của phương trình đặc trưng (các tiêu chuẩn đại số, tiêu chuẩn tần số .) Hàng loạt các công trình của các nhà bác học người Nga sau đó, đặc biệt từ sau năm 1950, đã đi sâu nghiên cứu ổn định hệ thống theo hướng này. Kết quả nghiên cứu của các chuyên gia Nga đã dẫn đến việc đề xuất các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động mạnh của các máy phát, cho phép nâng cao đáng kể giới hạn ổn định hệ thống. Tồn tại những nguyên tắc cơ bản để tổng hợp cấu trúc thiết bị tự động điều chỉnh kích từ đảm bảo chất lượng điện áp rất cao trong khi vẫn giữ được tính ổn định, không dao động của các khâu quán tính. Một số tác giả phương tây cũng đi theo hướng nghiên cứu này và đề xuất những cấu trúc cụ thể của các bộ ổn định hệ thống. Nhược điểm chủ yếu của việc nghiên cứu ổn định hệ thống điện theo mô hình đầy đủ là ở tính phức tạp có điều chỉnh, người ta cũng tìm tòi áp dụng những phương pháp khác nhau không dựa trực tiếp vào việc phân tích phương trình đặc trưng, chẳng hạn phương pháp thứ hai, còn gọi là phương pháp trực tiếp của Lyapunov, phương pháp hàm năng lượng . Tuy nhiên, hiệu quả ứng dụng của các phương pháp này cho đến nay vẫn còn rất hạn chế. Bên cạnh các bài toán phân tích, các bài toán điều khiển tổng hợp quá trình quá độ để nâng cao ổn định hệ thống điện cũng được nghiên cứu. Các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp tác động mạnh và các bộ ổn định hệ thống của rất nhiều tác giả là những ví dụ về điều khiển nâng cao giới hạn ổn định. Điều khiển quá trình quá độ 3
19. điện cơ khi xảy ra các kích động lớn thông qua các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp và tần số, các thiết bị tự động chống sự cố làm việc thông minh . Đang là những đề tài được quan tâm nhiều trong lĩnh vực nghiên cứu ổn định hệ thống. 1.1.1 Kết quả nghiên cứu trong nƣớc Trong điều kiện thực tế tại Việt Nam, sự phát triển nhảy vọt về công suất và quy mô lãnh thổ của hệ thống điện Việt Nam trong những năm qua đã làm tăng yêu cầu cấp thiết phải đi nghiên cứu sâu về đặc tính ổn định của hệ thống. Các nội dung thiết kế, vận hành đường dây siêu cao áp 500kV Bắc Trung Nam đã gắn liền với những tính toán phân tích có tính chất quyết định về phương diện ổn định hệ thống. Sự xuất hiện của những nhà máy điện lớn (Thủy điện Sơn La, Trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ ) nối vào hệ thống điện bằng lưới 500kV, dự án liên kết hệ thống điện Việt Nam với các nước trong khu vực cũng đang đòi hỏi phải nghiên cứu sâu sắc, tỉ mỉ hơn về phương diện ổn định hệ thống điện phức tạp. Có rất nhiều công trình nghiên cứu đi trình bày những tính toán, phân tích ảnh hưởng của các cụm nguồn phát công suất lớn phía Nam đến khả năng ổn định động của hệ thống điện Việt Nam sau các sự cố ngắn mạch bằng phương pháp tích phân số. Từ kết quả tính toán đề xuất các giải pháp vận hành và cải tạo lưới nhằm nâng cao khả năng ổn định động cho hệ thống điện Việt Nam. Hay một số công trình nghiên cứu trình bày một số kết quả tính toán đánh giá các ảnh hưởng của nhà máy thủy điện A Vương đến các chế độ làm việc của hệ thống điện Việt Nam. 1.1.2 Kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc Bên cạnh những kết quả nghiên cứu ở trên, việc tối ưu hóa và ứng dụng những giải thuật hiện đại như trí tuệ nhân tạo ANN, giải thuật logic mờ hay kết hợp cả trí tuệ nhân tạo và logic mờ vào việc phân tích đánh giá tính ổn định của hệ thống. Bên cạnh đó, cũng có rất nhiều nghiên cứu khác như nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển hệ điện cơ dùng mạng nơron. Hay là ứng dụng logic mờ, các hệ chuyên gia, ứng dụng mạng nơron trong phân tích, quy hoạch, chẩn đoán và đánh giá hệ thống năng lượng. 4
20. 1.2 Mục đích của đề tài Luận văn đi nghiên cứu và khảo sát tính ổn định của hệ thống điện và thời gian cắt ngắn nhất để hệ thống ổn định đối với hệ nhiều máy khi xảy ra sự cố tại một nút nào đó. 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài . Mô hình toán phân tích và đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy phát . Xây dựng phương pháp đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy bằng phương pháp mô phỏng. . Xây dựng công cụ đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy bằng phương pháp mô phỏng. 1.3.2 Giới hạn đề tài Luận văn vẫn còn tồn tại một số vấn đề và nếu có thời gian sẽ triển khai trong thời gian tới đó là: . Thực hiện phân tích với nhiều dạng sự cố được giả lập (các dạng ngắn mạch bất đối xứng, ngắn mạch đường dây ) . Tiến hành xây dựng mô hình đánh giá ổn định một hệ thống điện thực tế ở Việt Nam. . Tiến hành nghiên cứu tính ổn định hệ thống điện bằng các giải thuật hiện đại như sử dụng giải thuật nơron hay logic mờ 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu . Nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy. . Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình m.file trong phần mềm Matlab . Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy bằng phần mềm Matlab. 5
21. Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Các chế độ hệ thống điện. Các chế độ làm việc của hệ thống điện được chia làm 2 loại chính: chế độ xác lập và chế độ quá độ. . Chế độ xác lập: là chế độ trong đó các thông số của hệ thống không thay đổi hoặc trong những khoảng thời gian tương đối ngắn, chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các trị số định mức. Chế độ là việc bình thường và lâu dài của hệ thống điện thuộc về chế độ xác lập, mà còn được gọi là chế độ xác lập bình thường. Chế độ sau sự cố hệ thống được phục hồi và làm việc tạm thời cũng thuộc về chế độ xác lập, mà còn được gọi là chế độ xác lập sau sự cố. . Chế độ quá độ: là chế độ trung gian chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác. Chế độ quá độ thường diễn ra sau những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử đang mang công suất mà thường được gọi là các kích động lớn. Chế độ quá độ được gọi là chế độ quá độ bình thường nếu nó tiến đến chế độ xác lập mới. Trong trường hợp này các thông số hệ thống bị biến thiên nhưng sau một thời gian lại trở về trị số gần định mức và tiếp theo ít thay đổi. Ngược lại, có thể diễn ra chế độ quá độ với thông số hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng trưởng vô hạn hoặc giảm đến 0. Chế độ quá độ đó được gọi là chế độ quá độ sự cố. Nói chung, với mọi hệ thống điện yêu cầu nhất thiết là phải đảm bảo cho các chế độ quá độ diễn ra bình thường, nhanh chóng chuyển sang chế độ xác lập mới, bởi chế độ quá độ chỉ có thể là tạm thời, chế độ xác lập mới là chế độ cơ bản của hệ thống điện. 2.2 Các khái niệm về ổn định trong hệ thống điện Từ các khái niệm về các chế độ làm việc của hệ thống điện có thể thấy rằng điều kiện tồn tại chế độ xác lập gắn liền với sự tồn tại điểm cân bằng công suất. Bởi chỉ khi đó thông số hệ thống mới giữ được không đổi. Tuy nhiên, trạng thái cân 6