Nghiên cứu dao động và thiết bị ổn định công suất để hạn chế dao động công suất trong hệ thống điện lớn

Hệ thống điện (HTĐ) ngày càng vận hành gần giới hạn ổn định và an ninh. Do đó các HTĐ có thể phải đối mặt với các dao động, và có thể dẫn đến sự cố tan rã HTĐ. Bài báo giới thiệu phương pháp giá trị riêng để phân tích dao động trong HTĐ. Đồng thời phương pháp tính toán hệ số tham gia dùng để lựa chọn điểm đặt thiết bị ổn định công suất (PSS) bằng sự trợ giúp của công cụ tính toán Power System Toolbox-PST.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu dao động và thiết bị ổn định công suất để hạn chế dao động công suất trong hệ thống điện lớn Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG VÀ THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỂ HẠN CHẾ DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LỚN Nguyễn Đăng Toản* Tóm tắt: Hệ thống điện (HTĐ) ngày càng vận hành gần giới hạn ổn định và an ninh. Do đó các HTĐ có thể phải đối mặt với các dao động, và có thể dẫn đến sự cố tan rã HTĐ. Bài báo giới thiệu phương pháp giá trị riêng để phân tích dao động trong HTĐ. Đồng thời phương pháp tính toán hệ số tham gia dùng để lựa chọn điểm đặt thiết bị ổn định công suất (PSS) bằng sự trợ giúp của công cụ tính toán Power System Toolbox-PST. Kết quả áp dụng với HTĐ chuẩn IEEE 68 nút 16 máy phát điện đã chứng tỏ được hiệu quả của PSS trong việc cản dao động. Từ khóa: Dao động công suất, Giá trị riêng, Hệ số tham gia, PSS, Matlab. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các sự cố như: ngắn mạch, mất đường dây/tải, hư hỏng thiết bị trong hệ thống điện (HTĐ), đều ảnh hưởng đến làm việc và sự ổn định của HTĐ. Kết quả là nhiều HTĐ đang phải đối mặt với các dao động công suất có nguyên nhân chính là do thiếu các mô men cản như các sự cố [1]:Detroit Edison - Ontario Hydro-Hydro Quebec (1960, 1985), Lưới điện bắc Âu (1960), Saskatchewan-ManitobaHydro-Western Ontario (1966), Italy-Yugoslavia- Austria (1971,1974), Western Electric Coordinating Council (WECC) (1964,1996), Mid- continent area power pool (MAPP) (1971,1972), South East Australia (1975), Scotland- England (1978), Western Australia (1982,1983), Taiwan (1985), Southern Brazil (1975,1980,1984). Riêng sự cố WSCC-Mỹ (10/8/1996) với thiệt hại là 30500MW tải bị cắt, mất điện từ vài phút đến 9 giờ, HTĐ tách thành 4 vùng [3]. Tần số dao động HTĐ từ 0,1-2 Hz và phụ thuộc vào số lượng máy phát điện (MPĐ) và các thiết bị điều khiển tự động tham gia vào sự dao động đó. Dao động địa phương trong dải 0,7-2Hz bao gồm sự dao động của một MPĐ hoặc một nhà máy với HTĐ. Dao động liên vùng trong dải 0,1-0,7Hz và liên quan đến sự dao động giữa các nhóm MPĐ với nhau, hoặc một vùng với phần còn lại của HTĐ [2, 4]. Để ngăn chặn các dao động trong HTĐ, trên quan điểm phòng ngừa, cần phải nâng cao hệ thống điều khiển bằng cách thêm các thiết bị điều khiển thông minh nhằm đối phó với các tình huống có thể xảy ra trong HTĐ. Người ta đã chứng minh thiết bị ổn định công suất (PSS) đóng vai trò lớn trong việc cung cấp thêm mô men cản, làm giảm dao động địa phương và liên vùng [1,2]. Các HTĐ lớn thường dùng phương pháp tuyến tính hóa HTĐ xung quanh điểm làm việc ban đầu. Vì vậy ma trận trạng thái của mô hình tuyến tính của HTĐ cung cấp lượng lớn thông tin để phân tích và điều khiển HTĐ [1], [2] [5-11]. Bài báo trước tiên giới thiệu mô hình HTĐ, phương pháp giá trị riêng để phân tích sự dao động của các HTĐ. Sau đó, ứng dụng của phương pháp phân tích hệ số tham gia để lựa chọn điểm đặt cho PSS để giảm dao động trong HTĐ lớn IEEE 68 nút. Các kết quả thực hiện bằng chương trình Matlab-PST. 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN Dao động HTĐ có ảnh hưởng từ tác động nhiều thiết bị như, đường dây, tải, máy biến áp, MPĐ, kích từ, PSS... Do đó khi nghiên cứu ta cần phải mô hình hóa các thiết bị này một cách chính xác bằng các phương trình vi phân [1,2,12, 13]. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2016 155  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông 2.1. Mô hình lưới điện Đối với các MPĐ thì dòng điện và điện áp cũng quay theo góc roto máy phát δ, vì vậy phương trình mô tả như sau + = + (1) + = + Xây dựng trận tổng dẫn các MPĐ thì ta biểu diễn MPĐ như một nguồn dòng: =( + )+ với : = 1/( + ) (2) Ma trận tổng dẫn MPĐ là Y là thành phần đường chéo của ma trận: ( , ,…, ) (3) với N là tổng số nút và Y = Y Nếu nút j nối với MPĐ thứ i và bằng 0 nếu không nối với MPĐ. Tương tự như vậy đối với ma trận tải Y , trong đó tải được biểu diễn dưới dạng tổng dẫn không đổi. Ma trận tổng dẫn Y được tạo thành từ tổng dẫn các nhánh đường dây/MBA. Ma trận tổng hợp được tạo thành bởi: = + + Phương trình biểu diễn HTĐ là: = Với I là ma trận mô tả nguồn dòng bơm vào các nút, I = I nếu nút j nối với MPĐ thứ i và bằng 0 nếu không nối với MPĐ nào, với j=1 đến N Công suất tại nút có MPĐ là: = [ cos( − )+ sin( − )] (4) = [ sin( − )− cos( − )] với i=1,2,..m ( m: là tổng số MPĐ) Công suất của các nút tải ( )+ [ cos( − )+ sin( − )] = 0 (5) ( )+ [ sin( − )− cos( − )] = 0 Với i=m+1, m+2, …, N. trong đó N là tổng số nút của hệ thống, và Y = G + jB là thành phần của ma trận tổng dẫn YN 2.2. Mô hình máy phát điện Khi nghiên cứu dao động HTĐ, sử dụng mô hình MPĐ siêu quá độ 6 bậc: = − (6) = [ − − ( − )] 2 156 Nguyễn Đăng Toản, “Nghiên cứu dao động … trong hệ thống điện lớn.” Nghiên cứu khoa học công n ...