-1- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN TRUNG CƯỜNG XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP CHỌN THAM SỐ CHO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PSS1A Chuyên ngành: Tự ñộng hóa Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 -2- Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH. Nguyễn Doãn Phước Phản biện 1 : PGS.TS. Bùi Quốc Khánh Phản biện 2 : TS. Nguyễn Anh Duy Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật, họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 15 tháng 01 năm 2011. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - H ọc liệu, Đại học Đà Nẵng; - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. -3- MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Đề tài: “Xác ñịnh phương pháp chọn tham số cho bộ ñiều khiển PSS1A” sẽ cung cấp một phương pháp nghiên cứu mới trong phân tích ổn định các dao động nhỏ của hệ thống điện. PSS1A là thiết bị điều khiển phụ, được sử dụng kết hợp với hệ thống kích từ tự động ổn định điện áp máy phát(AVR), cung cấp một tín hiệu điều khiển để tăng cường sự làm giảm các dao động trong hệ thống và mở rộng giới hạn truyền tải điện, từ đó làm tăng khả năng hoạt động tin cậy và chất lượng điện năng của hệ thống. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu vai trò, chức năng của bộ điều khiển PSS1A (Power System Stabilizer) và xác định bộ tham số cho nó. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Hệ thống kích từ cho máy phát điện của một nhà máy thủy điện Phạm vi nghiên cứu: Nhà máy thủy điện hiện có trong nước. 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu mô hình của bộ điều khiển PSS1A và các đối tượng có tham gia vào quá trình điều khiển trên cơ sở lý thuyết - Xây dựng mô hình mô phỏng để kiểm chứng trên phần mềm Matlab-Simulink -4- - Trên cơ sở các kết quả thu được trên các mô hình mô phỏng, rút ra các đánh giá, kết luận 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiển của ñề tài Đề tài: “Xác ñịnh phương pháp chọn tham số cho bộ ñiều khiển PSS1A” là một hướng nghiên cứu mới trong điều khiển ổn định các dao động nhỏ trong hệ thống điện.Góp phần nâng cao tính ổn định và nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống điện. Nghiên cứu thành công đề tài này sẽ có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu nâng cao sự ổn định và chất lượng điện năng của hệ thống điện. 6. Cấu trúc luận văn Luận văn được trình bày thành 4 chương như sau: Chương 1: Tổng quan cấu trúc hệ thống phát dẫn ñiện Trong phần này sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống phát dẫn điện của một nhà máy điện, nguyên lí làm việc cũng như vai trò chức năng của từng thiết bị trong hệ thống. Chương 2: Mô hình hóa hệ thống phát dẫn ñiện Trong phần này sẽ tập trung xây dựng mô hình toán học cho hệ thống gồm một máy phát nối với hệ thống công suất vô cùng lớn thông qua đường dây truyền tải. Chương 3: Điều khiển ổn ñịnh công suất -5- Trong phần này phân tích vai trò cũng như ảnh hưởng của hệ thống kích từ đến ổn định hệ thống. Xây dựng cấu trúc bộ điều khiển PSS1A và chọn các tham số cho bộ điều khiển. Chương 4: Các kết quả mô phỏng, kiểm chứng bằng Matlab- Simulink Nội dung của chương trình bày các kết quả mô phỏng kiểm chứng trên phần mềm Matlab-Simulink. Phân tích các kết quả đạt được để rút ra các đánh giá, kết luận. Chương 1: TỔNG QUAN CẤU TRÚC HỆ THỐNG PHÁT DẪN ĐIỆN 1.1. Giới thiệu chung 1.2. Máy phát ñiện ñồng bộ 3 pha 1.2.1. Kết cấu và nguyên lý làm việc cơ bản của máy phát ñiện 1.2.2. Đặc ñiểm và phân loại 1.2.2.1. Máy phát nhiệt ñiện 1.2.2.2. Máy phát thủy ñiện 1.2.3. Phản ứng phần ứng của máy phát ñiện ñồng bộ 1.3. Tua bin 1.3.1 Tua bin xung kích 1.3.2. Tuabin phản kích 1.4. H ệ thống ñiều tốc -6- 1.5. Hệ thống kích từ máy phát ñiện ñồng 1.5.1. Hệ kích từ một chiều 1.5.2. Hệ tự kích từ xoay chiều 1.5.2.1. Hệ chỉnh lưu tĩnh 1.5.2.2. Hệ chỉnh lưu quay 1.5.3. Hệ tự kích từ 1.5.3.1 Hệ tự kích từ chỉnh lưu nguồn áp 1.5.3.2. Hệ tự kích từ chỉnh lưu nguồn hỗn hợp 1.6. Cơ cấu Facts (Flexible AC Transmission System) 1.6.1. Bộ bù tĩnh SVC (Static Var Compensator ) 1.6.2. Bộ bù nghịch lưu STATCOM Chương 2: MÔ HÌNH HÓA HỆTHỐNG PHÁT DẪN ĐIỆN 2.1. Giới thiệu chung Với yêu cầu của đề tài, trong phần này sẽ tập trung phân tích mô hình hệ thống được biểu diễn tuyến tính hóa rút ra từ nhiễu loạn mô hình hệ thống. Mô hình hệ thống được xét gồm một máy phát nối với lưới thông qua đường dây truyền tải và máy phát được điều khiển bởi một hệ thống kích từ. 2.2. Mô hình hóa máy phát ñiện ñồng bộ 2.2.1. Mô tả toán học của máy phát ñồng bộ -7- Các phương trình mô tả đặc tính pha của máy phát sẽ được chuyển sang các hệ tọa độ đảm bảo có lợi về phương diện mô tả vật lý, từ đó dẫn đến các lợi thế cho việc thiết kế hệ thống điều chỉnh. Có hai loại hệ trục tọa độ được sử dụng là hệ tọa độ αβ gắn cố định với stator và hệ tọa độ dq còn gọi là hệ tọa độ tựa từ thông rotor. Trong đề tài, các phương án đề xuất đều được nghiên cứu thực hiện xuất phát từ cơ sở là mô hình máy phát trên hệ tọa độ dq0, do đó nội dung của mục sẽ chỉ tập trung phân tích việc xây dựng mô hình này. Ở đây trục d được gắn với rotor và sớm pha hơn so với trục tham chiếu (pha a) một góc θ, dòng điện trong các pha stator là i a , i b , i c . Nếu biểu diễn các dòng điện này trong hệ tọa độ dq ta sẽ có quan hệ sau. Hình 2.1. Mô tả mô hình trạng thái của máy phát ñồng bộ -8-       ++−+=       ++−+−= ) 3 2 cos() 3 2 cos(cos ) 3 2 sin() 3 2 sin(sin π θ π θθ π θ π θθ cbadd cbaqq iiiki iiiki (2.1) Ở điều kiện cân bằng i 0 = cba iii ++ = 0 Sự chuyển đổi các đại lượng pha abc sang các đại lượng dq0 có thể được viết dưới dạng ma trận sau:                         +−−−− +−=           c b a q d i i i i i i ) 3 2 sin() 3 2 sin(sin ) 3 2 cos() 3 2 cos(cos 2 1 2 1 2 1 3 2 0 π θ π θθ π θ π θθ (2.5) Và chuyển đổi ngược lại:                         +−+ −−− − =           0 1) 3 2 sin() 3 2 cos( 1) 3 2 sin() 3 2 cos( 1sincos i i i i i i q d c b a π θ π θ π θ π θ θθ (2.6) Sự chuyển đổi trên cũng được áp dụng cho điện áp và từ thông. 2.2.2. Mô tả máy phát trong hệ ñơn vị tương ñối 2.2.3. Phân tích mô hình máy phát ở trạng thái ổn ñịnh Các phương trình của máy phát được đưa ra như ở trên là các phương trình vi phân mô tả trạng thái của máy phát bằng một hàm của thời gian. Khi máy phát hoạt động ở điều kiện ổn định, cá phương trình vi phân là không cần thiết vì tất cả các biến hoặc không đổi hoặc biến thiên dạng sin theo thời gian. Trong nghiên cứu ổn định tín hiệu nh ỏ ta luôn mặc định máy phát hoạt động ở trạng thái ổn định trước -9- khi có nhiễu loạn xuất hiện. Do đó, việc phân tích trạng thái ổn định của máy phát là rất cần thiết Ở trạng thái ổn định cân bằng các thành phần thứ tự không được bỏ qua và pu sr 1== ωω 2.2.4 Phương trình chuyển ñộng quay Khi có sự mất cân bằng giữa các mômen tác động lên trục roto máy phát thì sẽ tạo ra một mômen gia tốc là: T a = T m - T e (2.71) Trong đó; - T a : Mô men gia tốc (N.m) - T m : Mô men cơ (Nm) - T e : Mô men điện (N.m) Trong phương trình trên T m và T e là dương nếu là máy phát và âm nếu là động cơ. Khi đó phương trình chuyển động quay sẽ là: ema m TTT dt d J −== ω (2.72) Trong đó; - J: Mô men quán tính tổng hợp của máy phát và tuabin [kg.m 2 ] - m ω : Vận tốc góc của roto [rad/s] - t: Thời gian [s] Phương trình trên có thể chuẩn hóa bằng quan hệ trong hệ đơn vị t ương đối của hằng số quán tính H, được định nghĩa là động năng của -10- máy quay ở tốc độ định mức trên giá trị định mức VA cb của máy điện. Gọi m0 ω là vận tốc góc định mức, khi đó hằng số quán tính được viết như sau: cb m VA J H 2 0 2 1 ω = (2.73) Trong không gian trạng thái đòi hỏi mô hình các thành phần phải được mô tả bằng các phương trình vi phân bậc nhất. Nên, phương trình chuyển động quay (2.84) được biểu diển bằng 2 phương trình vi phân bậc nhất như sau: )( 2 1 rDem r KTT Hdt d ω ω ∆−−= ∆ (2.88) r dt d ωω δ ∆= 0 (2.89) Trong đó; K D là hệ số cản hoặc hệ số mômen/độ lệch tốc độ trong hệ đơn vị tương đối. Sơ đồ khối mô tả phương trình (2.88), (2.89) như sau: 2.3 . Mô hình máy phát nối với hệ thống trong nghiên cứu ổn ñịnh tín hi ệu nhỏ Hình 2.3. S ơ ñồ khối mô tả phương trình chuyển ñộng quay Σ m T D KHs +2 1 s 0 ω r ω ∆ δ e T . HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN TRUNG CƯỜNG XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP CHỌN THAM SỐ CHO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PSS1A Chuyên ngành: Tự ñộng hóa Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN. cấp thiết của ñề tài Đề tài: Xác ñịnh phương pháp chọn tham số cho bộ ñiều khiển PSS1A sẽ cung cấp một phương pháp nghiên cứu mới trong phân tích ổn định