Nghiên cứu hiệu quả của các bộ ổn định công suất cho máy phát điện đồng bộ kết nối lưới điện

Bài báo trình bày các cấu trúc bộ ổn định công suất (PSS) dùng cho các máy phát điện đồng bộ để cải thiện ổn định các dao động trong hệ thống điện, đồng thời đi sâu phân tích các thành phần trong cấu trúc của bộ ổn định công suất PSS2A, từ đó sánh hiệu quả của nó với bộ ổn định công suất PSS1A. Kết quả kiểm chứng bằng mô phỏng trên MATLAB-SIMULINK cho thấy hiệu quả rõ rệt của bộ ổn định công suất PSS2A so với PSS1A. Bài báo cũng đề xuất phương án nên sử dụng PSS2A cho các máy phát điện đồng bộ hiện nay.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu hiệu quả của các bộ ổn định công suất cho máy phát điện đồng bộ kết nối lưới điệnNguyễn Hiền Trung và csTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ64(02): 63 - 69NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA CÁC BỘ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤTCHO MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆNNguyễn Hiền Trung , Nguyễn Như HiểnTrường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái NguyênTÓM TẮTBài báo trình bày các cấu trúc bộ ổn định công suất (PSS) dùng cho các máy phát điện đồng bộ đểcải thiện ổn định các dao động trong hệ thống điện, đồng thời đi sâu phân tích các thành phầntrong cấu trúc của bộ ổn định công suất PSS2A, từ đó sánh hiệu quả của nó với bộ ổn định côngsuất PSS1A. Kết quả kiểm chứng bằng mô phỏng trên MATLAB-SIMULINK cho thấy hiệu quảrõ rệt của bộ ổn định công suất PSS2A so với PSS1A. Bài báo cũng đề xuất phương án nên sửdụng PSS2A cho các máy phát điện đồng bộ hiện nay.Từ khóa: Ổn định hệ thống điện; Hệ thống kích từ; Bộ tự động điều chỉnh điện áp; Bộ ổn địnhcông suất; Dao động.*MỞ ĐẦUTrong trạng thái hoạt động ổn định của hệthống điện, công suất điện đầu ra của máy phátđiện đồng bộ cân bằng với công suất cơ đầuvào. Khi hệ thống bị tác động bởi sự cố, hoặcphụ tải thay đổi nhanh, công suất điện phát rasẽ thay đổi. Công suất điện từ đầu ra có thểthay đổi nhanh chóng, nhưng công suất cơ thayđổi tương đối chậm. Bởi tốc độ đáp ứng khácnhau, nên tồn tại sự khác biệt tạm thời về cânbằng công suất. Sự mất cân bằng công suất nàylàm cho rôto của máy phát đồng bộ quaynhanh hơn hoặc chậm đi, tùy thuộc vào xuhướng của sự mất cân bằng [6], [11].Duy trì ổn định hệ thống điện phụ thuộc vàotốc độ đáp ứng và khả năng cưỡng bức của hệthống kích từ. Tăng khả năng cưỡng bức vàgiảm thời gian đáp ứng sẽ làm tăng độ ổnđịnh. Tác động này là nguyên nhân cần thiếtlắp đặt các bộ kích từ đáp ứng đủ nhanh đểđảm bảo ở mức cao nhất tránh mất đồng bộtạm thời. Tuy nhiên, trên thực tế, hệ thốngkích từ tác động nhanh lại có thể làm giảmkhả năng triệt tiêu các dao động bởi vì nó làmgiảm đi các moment hãm. Nếu moment hãmkhông đủ, có thể làm cho các dao động gócrotor thay đổi với biên độ lớn hơn, dẫn tớinguy cơ làm mất ổn định hệ thống. Có ba loạidao động được thử nghiệm với các máy phátvà lưới điện [1]- [4], bao gồm: Các dao độngmáy phát điện làm việc song song; Các daođộng cục bộ; Các dao động liên khu vực.Các hệ thống kích từ [10], [12] được cài đặtđể hỗ trợ việc nâng cao ổn định tức thời chomột trong các loại dao động kể trên.Một giải pháp để nâng cao chất lượng của hệthống là phải thêm các đường truyền songsong để giảm điện kháng giữa các máy phátvà trung tâm phụ tải. Giải pháp này rất nổitiếng nhưng thường khó được chấp nhận vìchi phí quá cao khi xây dựng thêm các đườngdây truyền tải. Một giải pháp thay thế đó là bộổn định công suất (PSS) [5] hoạt động thôngqua các bộ tự động điều khiển điện áp máyphát điện (AVR).CẤU TRÚC CÁC BỘ ỔN ĐỊNHCÔNG SUẤTPSS là một thiết bị tăng moment hãm các daođộng cơ điện trong máy phát, để cải thiện cáchạn chế vận hành cưỡng bức ổn định. Khi bị tácđộng bởi một sự thay đổi đột ngột trong điềukiện vận hành, tốc độ và công suất của máyphát sẽ thay đổi xung quanh điểm cân bằng.Mối quan hệ giữa những đại lượng này có thểđược diễn tả bởi công thức sau [8], [11]:2H d 2 δ=M m -Me -Mcω dt 2(1)trong đó: δ - góc quay tương đối của rotor; - tốc độ góc của rotor; Mm - moment cơ; Me moment điện từ; Mc - moment hãm; H - hằngsố quán tính của máy phát đồng bộ.*Tel:091238654763Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyênhttp://www.Lrc-tnu.edu.vnNguyễn Hiền Trung và csTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆCông thức (1) chỉ ra rằng khi có tác động củalực cân bằng, rotor tăng tốc theo tỉ lệ momenttác động trong rotor chia hằng số quán tính củatua bin. Từ (1) có thể viết lại khi có sự thay đổivề điểm vận hành. Tại đó sự hãm moment điệnđược phân tích thành các thành phần đồng bộvà hãm (trong đơn vị tương đối):Me = Ms + Mc(2)trong đó: Ms - hệ số đồng bộ; Mc - hệ số hãm; - sai lệch góc rotor.Từ (2) có thể thấy rằng với giá trị dương củaMs, thành phần của moment đồng bộ thay đổitỉ lệ nghịch với góc rotor từ điểm cân bằng.Tương tự, với giá trị dương của Mc, các bộphận của moment hãm sẽ tỉ lệ nghịch với tốcđộ rotor so với điểm vận hành ổn định.Bộ ổn định dựa trên tốc độ (∆)Để tăng cường hệ số hãm tự nhiên của máyphát, bộ PSS phải tạo ra một thành phần củamoment điện chống lại những thay đổi trongtốc độ rôto. Một phương pháp để thực hiệnđiều này là đưa vào một tín hiệu tỷ lệ đo đượcvề sai lệch tốc độ rotor khi điều chỉnh điện ápđầu cực máy phát.Hình 1. Bộ ổn định dựa trên tốc độ PSS1APSS loại này có chứa một bộ lọc thấp, một bộlọc cao tần, khâu khuếch đại, hệ thống sosánh pha và khâu giới hạn tín hiệu ra. Trênhình 1 thì T6 đặc trưng cho hằng số thời giancủa bộ chuyển đổi transducer; hệ số khuyếchđại được đặt bởi KS1, tín hiệu lọc cao tần đượcđặt bởi hằng số thời gian T5. A1 và A2 chophép thàn ...