Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ ổn định công suất đối với ổn định các tín hiệu nhỏ trong hệ thống điện đơn giản bằng phương pháp phân tích giá trị riêng của ma MTHT

Bài báo này trình bày cách tiếp cận về thiết kế và điều khiển bộ ổn định công suất - PSS dùng trong các nhà máy điện. Đồng thời tóm tắt lại phương pháp dùng giá trị riêng và các thành phần liên quan để phân tích và điều khiển trong hệ thống điện có dao động. Các đặc tính giá trị riêng của ma trận trạng thái đối với hệ thống điện dao động sẽ được thảo luận chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ ổn định công suất đối với ổn định các tín hiệu nhỏ trong hệ thống điện đơn giản bằng phương pháp phân tích giá trị riêng của ma MTHT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỐI VỚI ỔN ĐỊNH CÁC TÍN HIỆU NHỎ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH GIÁ TRỊ RIÊNG CỦA MA TRẬN HỆ THỐNG Nguyễn Hiền Trung* Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo này trình bày cách tiếp cận về thiết kế và điều khiển bộ ổn định công suất - PSS dùng trong các nhà máy điện. Đồng thời tóm tắt lại phương pháp dùng giá trị riêng và các thành phần liên quan để phân tích và điều khiển trong hệ thống điện có dao động. Các đặc tính giá trị riêng của ma trận trạng thái đối với hệ thống điện dao động sẽ được thảo luận chi tiết. Trên cơ sở đó tiến hành so sánh phân tích ảnh hưởng của PSS đối với ổn định các tín hiệu nhỏ trong hệ thống điện so với trường hợp không có thiết bị trên. Kết quả phân tích và mô phỏng cho thấy khi có thêm PSS hệ thống điện trở nên rất ổn định. Từ khóa: Ổn định hệ thống điện, hệ thống kích từ; bộ tự động điều chỉnh điện áp; bộ ổn định công suất, dao động, sự tắt dần, giá trị riêng.  MỞ ĐẦU Ổn định tín hiệu nhỏ là khả năng của hệ thống điện duy trì ổn định khi xuất hiện các nhiễu loạn nhỏ trong hệ thống. Các nhiễu loạn nhỏ này có thể là sự thay đổi nhỏ của phụ tải hay máy phát trong quá trình làm việc. Để nâng cao tính ổn định cho hệ có thể thêm vào hệ thống các đường truyền song song để giảm điện kháng giữa các máy phát và trung tâm phụ tải. Tuy nhiên giải pháp này thường khó chấp nhận vì chi phí quá cao. Một giải pháp thay thế đó là thêm vào bộ ổn định công suất PSS hoạt động thông qua các bộ tự động điều chỉnh điện áp - AVR. Thông thường việc phân tích ổn định các tín hiệu nhỏ của hệ thống điện người ta hay dùng phương pháp phân tích giá trị riêng với các bước cơ bản là: (i) xây dựng mô hình toán học đã tuyến tính của hệ thống; (ii) sau đó tìm các giá trị riêng và vector riêng; (iii) cuối cùng là xác định kiểu dao động, tính toán các hệ số liên quan dựa trên thông tin về các giá trị riêng và vector riêng. Phương pháp này từ lâu đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn, tuy nhiên cũng có một vài trở ngại cả về lý thuyết  và thực tế (rất khó để có được tất cả các giá trị riêng của hệ thống điện lớn…). Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo này, tác giả chỉ dừng lại phân tích ổn định với mô hình hệ thống điện đơn giản, còn với hệ thống điện lớn, phức tạp sẽ được đề cập ở các bài báo sau. Mô hình kinh điển của máy phát điện đồng bộ Hệ thống điện đơn giản (SMIB) là hệ thống có cấu trúc như hình 1 [8]. Phương trình của hệ thống đã tuyến tính trong hệ đơn vị tương đối: Hình 1. Sơ đồ hệ thống điện đơn giản     KD   r    2H          0  KS   r  1/ 2 H   T (1) 2H        0  m 0  trong đó: ∆r - độ lệch tốc độ: ∆r=(r-0)/ 0 ∆δ - độ lệch góc rôto H - hằng số quán tính [MWs/MVA] ∆Tm - độ lệch mô men cơ đầu vào 0 - tốc độ định mức = 2 f0 rad/s KD - hệ số mô men hãm Tel: 0912 386547, Email: nguyenhientrung@tnut.edu.vn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn | 14 Nguyễn Hiền Trung Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ KS - hệ số mô men đồng bộ:  E EB KS    XT   cos 0 , với X T  X d  X TRA  X L  là điện kháng giữa máy phát và hệ thống; 0   a11   a32   là góc ban đầu giữa E  và E B a33   b11  74(12): 14 - 19 KD K K ; a12   1 ; a13   2 ; a21  0 2H 2H 2H 0 R fd L fd  ; m1 Lads 0 R fd  L fd  L   1  ads  m2 Lads  L fd   0 R fd 1 ; b32  2H Ladu ở (5) nếu mô men cơ là hằng số thì Tm  0 ; tương tự với điện áp đầu ra kích từ là hằng số thì E fd  0 . Ta thấy rằng phương trình (1) có được từ (5) R fd  0, R a  0, X'd  X q . Hình 2. Sơ đồ SMIB với các dao động nhỏ  Phương trình trên có dạng x =Ax+bu. Các thành phần của ma trận A có được từ các thông số hệ thống như KD, H, XT và từ việc phân tích các điều kiện đầu E’, δ0. Sơ đồ khối trình bày trên hình 2 có thể được sử dụng để mô tả hành vi dao động nhỏ. Từ sơ đồ khối ta có: s 2 ( )  KD K  s( )  S 0 ( )  0 (Tm ) 2H 2H 2H phương trình đặc tính là: K K s 2  D s  S 0  0 2H 2H phương trình này s 2  2n s  n2  0 các giá trị riêng là:     j dạng: (4) Ma trận của hệ thống đã tuyến tính có xét đến ảnh hưởng của quá trình điện từ:       r   a11 a12 a13   r  b11 0           Tm        a21 0 0       0 0   E  (5)     0 a a      0 b   fd  32 33   fd   32    fd     trong đó: cho Bộ ổn định công suất PSS (2) (3) có khi Hình 3. Sơ đồ khối đã tuyến tính của máy phát đã bao gồm AVR và PSS Chức năng cơ bản của PSS là cải thiện sự tắt dần đối với các dao động cơ điện của máy phát. Để cải thiện sự tắt dần, PSS phải tạo ra thành phần mô men điện cùng pha với sai lệch tốc độ rotor ∆r. Hình 3 trình bày sơ đồ khối của hệ kích từ, AVR và PSS lấy ...