Mô phỏng hệ thống kích từ unitrol 6800 điều khiển máy phát tại nhà máy thủy điện hàm thuận

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM SỸ NGUYÊN

MÔ PHỎNG HỆ HỐNG KÍCH TỪ
UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT
TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐINH THÀNH VIỆT

Phản biện 1: TS. LƯU NGỌC AN

Phản biện 2: TS. LÊ KỶ

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào
ngày 03 tháng 03 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Máy phát điện đồng bộ nói chung đóng một vai trò trọng yếu
trong hệ thống điện, nơi mà tính ổn định luôn được đòi hỏi rất cao.
Trong hệ thống điện, sự ổn định của mỗi một máy phát điện ở các
khía cạnh kỹ thuật đều có tính chất quan trọng nhất định tới sự vận
hành an toàn và bền vững của toàn hệ thống và ở các máy phát điện
đó thì sự đóng góp của hệ thống kích từ với khả năng tự động điều
chỉnh điện áp máy phát và các thiết bị ổn định khác là không thể
thiếu.
Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều
cho cuộn dây kích từ của máy phát điện đồng bộ. Nó phải có khả
năng điều chỉnh bằng tay hoặc tự động dòng kích từ để đảm bảo chế
độ làm việc ổn định, kinh tế với chất lượng điện năng cao trong mọi
tình huống.
Hệ thống kích từ điều khiển máy phát tại Nhà máy Thủy điện
Hàm Thuận là dòng kích từ tĩnh Unitrol_6800 của hãng ABB, được
sử dụng để điều chỉnh điện áp trong các hệ thống kích từ tĩnh của
máy phát đồng bộ. Sản phẩm này là dòng thứ 6 trong dòng
UNITROL của hãng ABB và được xây dựng trên nền tảng của các
sản phẩm trước nó.
Với mục đích nghiên cứu giải thuật di truyền (GA) tối ưu hóa
bộ điều khiển kích từ và mô phỏng chức năng tự động điều khiển
điện áp đầu cực máy phát (AVR) có kết hợp với bộ ổn định hệ thống
điện (PSS) đã được sử dụng cho mục đích này. Vì vậy tôi chọn đề tài

luận văn “Mô phỏng hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy
phát tại nhà máy thủy điện Hàm Thuận” làm đề tài nghiên cứu.


2
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống kích từ
Unitrol_6800 của hãng ABB điều khiển máy phát Thủy điện tại Nhà
máy Hàm Thuận.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu nguyên lý, các chế độ làm việc của hệ thống kích từ,
các chức năng điều khiển và bảo vệ của hệ thống kích từ
Unitrol_6800 tại Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận.
Nghiên cứu giải thuật di truyền (GA) bằng công cụ Genetic
Algorithm Tool trong Matlab để tối ưu hóa bộ điều khiển kích từ
Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận.
Mô phỏng đánh giá kết quả chế độ điều khiển điện áp tự động
(AVR) kết hợp với chức năng ổn định hệ thống điện PSS4B.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm hiếu nguyên lý làm việc của hệ thống kích từ
Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận.
Ứng dụng giải thuật di truyền (GA) tối ưu hóa bộ điều khiển
kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận.
Mô phỏng chức năng điều khiển điện áp tự động (AVR) có kết
hợp với bộ ổn định hệ thống điện PSS4B tại Nhà máy Thủy điện
Hàm Thuận.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phần mềm Matlab Simulink
để mô phỏng kiểm chứng.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài


3
Ứng dụng giải thuật di truyền (GA) trong tối ưu hóa bộ điều
khiển kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm
Thuận giúp hệ thống làm việc ổn định và tin cậy.
Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống kích từ
Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận ở chế độ
điều khiển điện áp tự động (AVR) kết hợp với chức năng ổn định hệ
thống PSS4B, từ kết quả đạt được xem xét đề xuất lựa chọn bộ ổn
định PSS4B để hệ thống vận hành ổn định và tin cậy.
6. Cấu trúc luận văn:
Ngoài các phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận
văn được chia thành 3 chương:
Chương 1: Tổng quan nhà máy thủy điện Hàm Thuận
Chương 2: Tìm hiểu hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy
phát Thủy điện Hàm Thuận
Chương 3: Tối ưu hóa bộ điều khiển kích từ Unitrol_6800 điều khiển
máy phát Thủy điện Hàm Thuận bằng giải thuật di truyền và mô
phỏng đánh giá kết quả


4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN
1.1.

GIỚI THIỆU CÔNG TY CỔ PHẦN THỦY ĐIỆN ĐA

NHIM – HÀM THUẬN – ĐA MI
1.2. TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN
1.2.1. Thông số tuyến năng lượng
1.2.1.1. Hồ chứa
1.2.1.2. Đập chính
1.2.1.3. Đập tràn
1.2.1.4. Đập phụ
1.2.1.5. Cửa lấy nước
1.2.1.6. Đường hầm và tháp điều áp
1.2.1.7. Đường ống áp lực
1.2.1.8. Thiết bị hạ lưu
1.2.2.

Các sơ đồ nối điện chính nhà máy

1.2.2.1. Sơ đồ nối điện 220 kV
1.2.2.2. Sơ đồ nối điện 110 kV
1.2.2.3. Sơ đồ nối điện 22 kV
1.2.2.4. Sơ đồ nối điện 400Vac
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Chương 1 đã giới thiệu tổng quát về Công ty Cổ phần Thủy
điện Đa Nhim - Hàm Thuận – Đa Mi, các công trình chính về Nhà
máy Thủy điện Hàm Thuận và các sơ đồ nối điện chính của Nhà máy
cũng như các ưu khuyết điểm của sơ đồ nối điện trong Nhà máy
Thủy điện Hàm Thuận.


5
CHƯƠNG 2
TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800

ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN
2.1. TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ ĐIỀU KHIỂN MÁY
PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
2.1.1. Chức năng của hệ thống kích từ
2.1.2. Các thành phần chính của hệ thống kích từ
2.1.3. Phân loại hệ thống kích từ
2.1.3.1. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều
2.1.3.2. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều
2.1.3.3. Hệ thống kích từ tĩnh
2.1.4. Các bộ hạn chế và bảo vệ
2.1.4.1. Bộ giới hạn kém kích thích
2.1.4.2. Bộ giới hạn quá kích thích
2.1.4.3. Bộ giới hạn bảo vệ V/Hz
2.1.4.4. Mạch diệt từ
2.1.4.5. Bảo vệ quá điện áp Rotor
2.1.5. Bộ ổn định hệ thống điện
2.2. TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU
KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN
2.2.1. Tổng quan hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện
Hàm Thuận
2.2.2. Thông số chính hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện
Hàm Thuận
2.2.3. Chức năng các thành phần chính của hệ thống kích
từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận
2.2.3.1. Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống kích từ
2.2.3.2. Các thiết bị điều khiển chính hệ thống kích từ


6
2.2.4. Chức năng điều khiển chính của hệ thống kích từ

Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận
2.2.4.1. Chức năng kích từ ban đầu
2.2.4.2. Chức năng điều khiển điện
2.2.4.3. Chức năng tự động điều khiển điện áp (AVR)
2.2.4.4.Chức năng điều khiển điện áp bằng tay (FCR)
2.2.5. Các chức năng giám sát hệ thống kích từ
2.2.6. Các chức năng bảo vệ chính hệ thống kích từ
2.2.6.1. Bảo vệ quá điện áp một chiều (DC)
2.2.6.2. Bảo vệ quá điện áp xoay chiều (AC)
2.2.6.3. Bảo vệ chạm đất Rotor
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Chương 2 đã giới thiệu tổng quan hệ thống kích từ, các loại
kích từ và các chức năng điều chỉnh kích từ, các bộ giới hạn và bảo
vệ.
Giới thiệu về hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy
phát điện Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận: Các khối điều khiển,
nguyên lý làm việc. Các chức năng giới hạn và bảo vệ của hệ thống
kích từ.
CHƯƠNG 3
TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU
KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN BẰNG GIẢI
THUẬT DI TRUYỀN VÀ MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.1. TÌM HIỂU GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GA) VÀ CÔNG CỤ
GA TRONG PHẦN MỀM MATLAB
3.1.1. Giới thiệu giải thuật di truyền (GA)
3.1.2. Ứng dụng giải thuật di truyền (GA) trong Matlab


7
3.1.2.1. Giải thuật di truyền dùng dòng lệnh Command Line

3.1.2.2. Giải thuật di truyền dùng công cụ Genetic Algorithm
Tool
3.2. ỨNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GA) TỐI ƯU BỘ ĐIỀU
KHIỂN KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT
THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN
3.2.1. Mô hình hệ thống kích từ tĩnh ST1A (IEEE 421.52005)
3.2.2. Tính toán các thông số mô hình hệ thống kích từ
3.2.2.1. Mô hình hệ thống kích từ tĩnh Unitrol_6800

Hình 3.2: Mô hình hệ thống kích từ Unitrol_6800 theo tiêu chuẩn
(IEEE 421.5-2005)

Hình 3.3: Mô hình hệ thống kích từ tĩnh Unitrol_6800 và máy phát
đồng bộ


8
Trong đó:
- Hàm truyền bộ khuếch đại có dạng:
𝑉𝑅(𝑠)
𝐾𝑎
=
∆𝑉𝑒 (𝑠) 𝑇𝑎 . 𝑠 + 1

(3.1)

- Hàm truyền bộ kích từ có dạng:
𝐸𝑓𝑑 (𝑠)
𝐾𝐸
=

𝑉𝑅 (𝑠)
𝑇𝐸 . 𝑠 + 1

(3.2)

- Hàm truyền bộ phản hồi kích từ có dạng:
𝐺𝑓 (𝑠) =

𝐾𝑓
𝑇𝑓 . 𝑠 + 1

(3.3)

- Hàm truyền khâu đo lường có dạng:
𝑉𝑆 (𝑠)
𝐾𝑅
=
𝑉𝑡 (𝑠) 𝑡𝑅 . 𝑠 + 1

(3.4)

- Hàm truyền khối máy phát:
𝐺𝑔 =

′
(𝑇𝑑0
.𝑠

𝑇𝐷 . 𝑠 + 1
′′

+ 1)(𝑇𝑑0
. 𝑠 + 1)

(3.5)

- Hàm truyền bộ điều khiển PID:
𝐺𝑃𝐼𝐷 (𝑠) = 𝐾 ∗

𝑇𝑐 . 𝑠 + 1 𝑇𝑐1 . 𝑠 + 1
𝑇𝑏 . 𝑠 + 1 𝑇𝑏1 . 𝑠 + 1

(3.6)

Trong đó:

+ Khâu điều khiển trễ pha có: Tb > Tc, với β = Tb/Tc > 1 và β =
5 ÷ 10.

+ Khâu điều khiển sớm pha có: Tb1 < Tc1, với γ = Tb1/Tc1 < 1 và
γ = 0,1 ÷ 0,2.


9
3.2.2.2. Tính toán thông số mô hình hệ thống kích
Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận
Thông số máy phát
Máy phát Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận là loại máy phát
cực lồi có các thông số sau:
𝑋𝑑 = 1,07 (𝑝. 𝑢); 𝑋𝑑′ = 0,296 (𝑝. 𝑢); 𝑋𝑑′′ = 0,252 (𝑝. 𝑢); 𝑋𝑞 =
0,474 (𝑝. 𝑢);

𝑋𝑞′′ = 0,243 (𝑝. 𝑢);
𝑋𝑙 = 0,23 (𝑝. 𝑢);
𝑅𝑆 =
′
′′
′
0,00285(𝑝. 𝑢);
𝑇𝑑 = 2,60 (giây);
𝑇𝑑 = 0,07 (giây); 𝑇𝑑𝑜
=
′′
′′
10,4 (giây); 𝑇𝑑𝑜 = 0,1 (giây); 𝑇𝑞𝑜 = 0,07 (giây) .
Theo mô hình máy phát, nếu bỏ qua điện cảm tản giữa dây
quấn và trục d, lfDl = 0. Ta có các phương trình sau:
- Thông số và hàm truyền khối máy phát
𝐺𝑔 =

0,0389. 𝑠 + 1
(10,4. 𝑠 + 1)(0,1. 𝑠 + 1)

(3.15)

- Thông số và hàm truyền bộ khuếch đại kích từ
Với giá trị: Ka = 1; Ta = 0,002 (giây)
Hàm truyền:
𝐺𝑎 =

1
(0,002. 𝑠 + 1)

(3.17)

- Thông số và hàm truyền bộ kích từ
Với giá trị: KE = 1; TE = 0,5 (giây)
Hàm truyền:
𝐺𝐸 =

1
(0,5. 𝑠 + 1)

(3.18)

- Thông số và hàm truyền bộ phản hồi kích từ
Với giá trị: Kf = 0; Tf = 1 (giây)
0
𝐺𝑓 =
(1. 𝑠 + 1)

(3.19)


10
- Thông số và hàm truyền bộ phản hồi điện áp máy phát
Với giá trị: KR = 1; Tr = 0,002 (giây)
1
𝐺𝑟 =
(0,002. 𝑠 + 1)

(3.20)

- Thông số bộ điều khiển PID Lead-Lag:
+ Thông số cài đặt bộ điều khiển kích từ theo mô hình kích từ tĩnh
ST1A
VRmax = VAmax = 1,35*Uac*cos(αmin)/(IfAGL*Ufn/Ifn) [p.u]

(3.21)

VRmin = VAmin = 1,35*Uac*cos(αmax)/(IfAGL*Ufn/Ifn) [p.u]

(3.22)

TC = Ta [s]

(3.23)

TB = Ta*(Vo/Vp) [s]

(3.24)

TB1 = Tb*(Vp/Voo) [s]

(3.25)

TC1 = Tb [s]

(3.26)

KA = Vo [p.u]

(3.27)

TA = Ts = 0,002 [s]

(3.28)

Kf = 0

(3.29)

Tf = 1

(3.30)

Trong đó:
Uac = 412 Vac (điện áp định mức cung cấp cho bộ chỉnh lưu).
Ufn = 215 Vdc (điện áp kích từ định mức).
Ifn = 1319 A (Dòng điện kích từ định mức).
IfAGL = 642,4 A (Dòng điện kích từ không tải).
αmin = 100 (góc kích α cầu chỉnh lưu nhỏ nhất ).
αmax = 1500 (góc kích α cầu chỉnh lưu lớn nhất ).
Ta = 3,6 (giây) (hằng số tích phân bộ kích từ).
Tb = 0 (giây) (hằng số vi phân bộ kích từ).
Vp = 100 (hệ số khuếch đại hệ thống kích từ).
V0 = 800 (hệ số khuếch đại tĩnh hệ thống kích từ).


11
Voo = 100 (hệ số khuếch đại tần số cao).
+ Tính toán thông số hệ thống kích từ Unitrol_6800 trên theo mô

hình hệ thống kích từ tĩnh ST1A:
VRmax = 1,35*412*cos(10)/(642,4*215/1319) = 5,23 [p.u]
VRmin = 1,35*412*cos(150)/(642,4*215/1319) = - 4,60 [p.u]
KA = Vo = 800 [p.u]
Ta = 3,6 (giây)
Tb = 0 (giây)
TC = Ta = 3,6 (giây)
TB = Ta*(Vo/Vp) = 3,6*(800/100) = 28,8 (giây)
TB1 = Tb*(Vp/Voo) = 0*(100/100) = 0 (giây)
TC1 = Tb = 0 (giây)
3.2.3. Tối ưu bộ điều khiển kích từ Unitrol_6800 máy phát
Thủy điện Hàm Thuận bằng giải thuật di truyền (GA)


Hàm truyền của hệ thống kích từ và máy phát
Tổng hợp hàm truyền xây dựng mô hình hệ thống kích từ

Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận như hình
(3.3).

Hình 3.3: Mô hình hệ thống kích từ tĩnh Unitrol_6800 và máy phát
đồng bộ


12
Hàm truyền của hệ thống kích từ sau khi tính toán trên Matlab.
𝐺𝐻𝑇𝐾𝑇𝑀𝐹 (𝑠)
=

0.00104. 𝑠 4

0,0389. 𝑠 + 1
+ 0.5326. 𝑠 3 + 6.312. 𝑠 2 + 11. 𝑠 + 1

(3.31)

Hình 3.4: Mô hình hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển
máy phát Thủy điện Hàm Thuận


Thiết lập chương trình tối ưu thuật toán di truyền (GA) cho hàm

truyền hệ thống như sau:
-

Khâu lệnh tối ưu: function [J] = GAMPHT1(x)

s = tf('s');
-

Hàm truyền hệ thống:

plant = (0,0389.s + 1)/(0.00104.s4 + 0.5326.s3 + 6.312.s2 + 11.s + 1);
- Khâu phản hồi hệ thống:
1
𝐺𝑟 =
(0.002𝑠 + 1)
- Biến cần tìm:
Tc = x(1);
Tc1 = x(2);

Y1 = x(3);


13
Y2 = x(4);
K = x(5);
-

Hàm truyền bộ điều khiển:

cont = K*(Tc*s+1)*(Tc1*s+1)/((Tc*Y1*s +1)*(Tc1*Y2*s+1));
-

Đáp ứng quá độ của hàm truyền:

step(feedback(plant*cont,Gr));
dt = 0.01;
t = 0:dt:1;
-

Sai số hệ thống:

e = 1 - step(feedback(plant*cont,Gr),t);
-

Hàm mục tiêu:

J = sum(t'.*abs(e)*dt);
Hàm mục tiêu dựa trên chuẩn ổn định ITAE (Integral of Time
multiplied by the Absolute Value of the Error) – tích phân của thời

gian nhân với giá trị tuyệt đối của sai số.


Cấu hình chương trình thuật toán GA tại công cụ Optimization

Sau khi chạy chương trình với 100 lần lặp được kết quả như hình
(3.5)
Điểm hội tụ nhất là điểm 0,04176 (giá trị min của hàm mục
tiêu), tại điểm này các thế hệ có mức độ thích nghi lớn nhất.
Bộ thông số kích từ Unitrol_6800 trong mô hình sau khi tối ưu
bằng giải thuật di truyền (GA) và nhập vào bộ kích từ:
Vo =K = 474,432 [p.u].
Ta = TC = 7,628 (giây).
Tb = TC1 = 0,506 (giây).
Vp = (Ta x Vo)/TB = (7,628 x 474,432)/(50,398) = 71,808 [p.u].
Voo = (Tb x Vp)/TB1 = (0,506 x 71,808)/(0,051) = 712,448 [p.u].


14

Hình 3.5: Chương trình chạy giải thuật (GA) tìm tham số bộ điều
khiển kích từ Unitrol_6800 trên Matlab

Hình 3.6: Giản đồ đáp ứng quá độ của hệ thống kích từ
Unitrol_6800 sau khi chạy giải thuật (GA)


15

Qua giản đồ đáp ứng của hệ thống thể hiện hình

(3.6), ta thấy: Giải thuật di truyền (GA) đã tối ưu hóa tìm
được các thông số bộ điều khiển kích từ để hệ thống làm
việc ổn định: Độ vọt lố thấp là 14,9% (tiêu chuẩn vọt lố
từ: 20% ÷ 30%), thời gian quá độ ts = 0,734 giây (tiêu
chuẩn ± 5%), thời gian tăng tr = 0,214 giây (từ 10% ÷
90%).

Hình 3.7: Khoảng cách trung bình giữa các cá thể mỗi thế hệ
Khoảng cách trung bình giữa các cá thể về mức độ thích nghi,
qua mỗi thế hệ khoảng cách trung bình ngày ngắn dần, nghiệm hội tụ
đến giá trị hàm mục tiêu là nhỏ nhất sau 100 lần lặp.
3.2.4. Kiểm định lại tham số bộ điều khiển hệ thống kích từ
Unitrol_6800 máy phát Thủy điện Hàm Thuận từ chạy giải thuật
di truyền (GA)
Sau khi thu được kết quả từ giải thuật di truyền (GA), luận văn
tiến hành chạy đáp ứng quá độ của bộ điều khiển trên Matlab
Simulink để kiểm tra kết quả.
Với bộ tham số của bộ điều khiển kích từ hiện hữu có độ vọt
lố khoảng 130% và dao động hơn so với bộ tham số tìm được bằng
giải thuật di truyền (GA) thể hiện hình vẽ (3.14).


16

Hình 3.13: Hàm truyền vẽ đáp ứng hệ thống kích từ hiện hữu và sau
khi tối ưu bằng giải thuật di truyền (GA)

Hình 3.14: Giản đồ đáp ứng hệ thống kích từ hiện hữu và sau khi tối
ưu bằng giải thuật di truyền (GA)

17
3.3. ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ
THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT
THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN
3.3.1. Đặt vấn đề
3.3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng

Hình 3.15: Mô hình mô phỏng hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều
khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận
3.2.2.1. Mô hình máy phát điện
3.2.2.2. Mô hình máy biến thế chính
3.2.2.3. Mô hình bộ điều tốc tua bin thủy điện
3.2.2.4. Mô hình bộ điều khiển kích từ
3.2.2.5. Mô hình bộ ổn định hệ thống điện PSS4B
3.2.2.6. Mô hình tải và bộ tạo sự cố ngắn mạch
3.3.3. Kết quả mô phỏng


18
3.3.3.1. Kết quả từ chạy mô phỏng hệ thống kích từ hiện hữu
và hệ thống kích từ tìm được từ giải thuật di truyền

Hình 3.23: Giản đồ điện áp máy phát với bộ tham số hiện hữu, từ
giải thuật di truyền (GA) khi sự cố và đóng thêm tải

Hình 3.24: Giản đồ công suất máy phát với bộ tham số hiện hữu, từ
giải thuật di truyền (GA) khi sự cố và đóng thêm tải

Hình 3.25: Giản đồ điện áp kích từ với bộ tham số hiện hữu, từ giải

thuật di truyền (GA) khi sự cố và đóng thêm tải


19
3.3.3.2. Kết quả chạy mô phỏng hệ thống kích từ khi có bộ
ổn định hệ thống điện PSS4B

Hình 3.26: Giản đồ tốc độ Rotor máy phát khi sự cố và đóng thêm tải

Hình 3.27: Giản đồ góc Rotor máy phát khi sự cố và đóng thêm tải

Hình 3.28: Giản đồ công suất máy phát khi sự cố và đóng thêm tải

Hình 3.29: Giản đồ điện áp kích từ máy phát khi sự cố và đóng thêm
tải


20

Hình 3.30: Giản đồ dòng điện kích từ máy phát khi sự cố và đóng
thêm tải

Hình 3.31: Giản đồ điện áp đầu cực máy phát khi sự cố và khi đóng
thêm tải
3.3.3.3. Nhận xét kết quả mô phỏng


Kết quả mô phỏng hệ thống kích từ với bộ tham số của bộ điều

khiển PID tìm được từ giải thuật di truyền (GA):

Giản đồ điện áp đầu cực máy phát thể hiện hình (3.23), giản
đồ công suất đầu đầu ra máy phát thể hiện hình (3.24) và giản đồ
điện áp kích từ thể hiện hình (3.25) đều có giá trị tốt hơn so với bộ
tham số hiện hữu khi đóng thêm tải và khi sự cố trên hệ thống.
Từ đó có thể xem xét đề xuất cài đặt bộ tham số tìm được từ
giải thuật di truyền (GA) cho hệ thống kích từ hiện hữu để hệ thống
làm việc ổn định và tin cậy hơn.


21


Kết quả mô phỏng hệ thống kích từ khi có kết hợp với bộ ổn

định hệ thống điện PSS4B:
Qua các kết quả mô phỏng hệ thống kích từ khi không có
PSS4B và khi có PSS4B:
-

Sai lệch tốc độ Rotor:

+ Trong trường hợp không có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự
cố trên hệ thống có giá trị sai lệch lớn nhất khoảng ± 0,04 (p.u). Thời
gian dao động kéo dài lớn nhất khoảng 8 (giây).
+ Trong trường hợp có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự cố trên
hệ thống có giá trị sai lệch lớn nhất khoảng ± 0,04 (p.u). Thời gian
dao động kéo dài lớn nhất khoảng 1 (giây).
-

Sai lệch góc Rotor:

+ Trong trường hợp không có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự
cố trên hệ thống có giá trị sai lệch lớn nhất khoảng 120. Thời gian
dao động kéo dài lớn nhất khoảng 8 (giây).
+ Trong trường hợp có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự cố trên
hệ thống có giá trị sai lệch lớn nhất khoảng 120. Thời gian dao động
kéo dài lớn nhất khoảng 2 (giây).
-

Đáp ứng công suất máy phát:

+ Trong trường hợp không có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự
cố trên hệ thống có giá trị dao động lớn nhất khoảng từ 0,2 (p.u) lên
1,8 (p.u). Thời gian dao động kéo dài lớn nhất khoảng 6 (giây).
+ Trong trường hợp có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự cố trên
hệ thống có giá trị dao động lớn nhất khoảng từ 0,2 (p.u) lên 1,8
(p.u). Thời gian dao động kéo dài lớn nhất khoảng 1 (giây).
-

Đáp ứng điện áp kích từ máy phát:


22
+ Trong trường hợp không có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự
cố trên hệ thống có giá trị dao động lớn nhất khoảng từ - 4,2 (p.u) lên
+ 5,0 (p.u). Thời gian dao động kéo dài lớn nhất khoảng 5 (giây).
+ Trong trường hợp có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự cố trên
hệ thống có giá trị dao động lớn nhất khoảng từ - 4,2 (p.u) lên + 5,0
(p.u). Thời gian dao động kéo dài lớn nhất khoảng 1 (giây).
-

Đáp ứng điện áp đầu cực máy phát:

+ Trong trường hợp không có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự
cố trên hệ thống có giá trị dao động lớn nhất khoảng từ 0,68 (p.u) lên
+ 1,18 (p.u). Thời gian dao động kéo dài lớn nhất khoảng 2 (giây).
+ Trong trường hợp có PSS4B khi đóng thêm tải và khi sự cố trên
hệ thống có giá trị dao động lớn nhất khoảng từ 0,68 (p.u) lên + 1,18
(p.u). Thời gian dao động kéo dài lớn nhất khoảng 2 (giây).
Từ kết quả trên ta thấy hệ thống kích từ khi có PSS4B giúp
máy phát làm việc ổn định và tin cậy: Dao động tốc độ Rotor, dao
động góc Rotor và công suất máy phát nhỏ hơn và thời gian dao
động ngắn nhanh trở về trạng thái xác lập.
Tuy nhiên điện áp kích từ và điện áp đầu cực máy phát khi có
PSS4B có giá trị dao động lớn hơn khi không có PSS4B. Nhưng các
giá trị này vẫn nằm trong điều kiện cho phép của máy phát. Trong
đó, giá trị điện áp kích từ cho phép theo nhà chế tạo nằm trong
khoảng: URmin= - 4,6 (p.u) và URmax= 5,23 (p.u). Giá trị điện áp cho
phép đối với máy phát ở tần số công nghiệp là: 2.UN + 1 ≈ 2,07 (p.u),
trong thời gian 1 phút.
Do đó, xem xét nghiên cứu cài đặt chức năng ổn định hệ thống
điện PSS4B cho hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát
Thủy điện Hàm Thuận để giúp hệ thống làm việc tốt hơn. Các giá trị


23
hiện hữu với bộ ổn định PSS4B đang được cài đặt như phụ lục (9)
với bộ tham số đã sử dụng trong mô phỏng.
3.4. Kết luận chương
Chương 3 đã giới thiệu giải thuật di truyền (GA), ứng dụng

giải thuật di truyền trong tối ưu bộ điều khiển kích từ bằng công cụ
Genetic Algorithm Tool trong Matlab.
Ứng dụng giải thuật di truyền (GA) để tối ưu hóa tìm các
thông số bộ điều khiển PID trong hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều
khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận. Sau khi tối ưu được bộ tham
số điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận giảm được sự vọt lố
cũng như nhanh đạt trạng thái xác lập và ổn định hơn. Qua đó xem
xét đề xuất bộ thông số mới cho hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều
khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận.
Nghiên cứu và xây dựng mô hình mô phỏng bộ điều khiển
kích từ kết hợp với bộ ổn định hệ thống điện PSS4B. Qua đó xem xét
đề xuất sử dụng bộ ổn định hệ thống điện PSS4B cho hệ thống kích
từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau quá trình thực hiện luận văn “Mô phỏng hệ thống kích từ
Unitrol_6800 điều khiển máy phát tại nhà máy thủy điện Hàm
Thuận”, tác giả rút ra một số kết luận sau:
1. Luận văn nghiên cứu tổng quan Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận.
2. Nghiên cứu tổng quan hệ thống kích từ điều khiển máy phát điện
đồng bộ, các loại kích từ, các bộ giới hạn và bảo hệ trong hệ thống
kích từ.
3. Nghiên cứu hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát
Thủy điện tại Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận.