PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MẠNG 5 NÚT BẰNG PHẦN MỀM PSSE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
MẠNG 5 NÚT BẰNG PHẦN MỀM PSS/E

GVHD: ThS. Đặng Tuấn Khanh
SVTH: Nguyễn Trọng Tuấn

41204295

1

Tp.Hồ Chí Minh, 29/12/2016


NỘI DUNG

Giới thiệu đề tài

1

Lý thuyết

2

Mô phỏng mạng 5 nút bằng phần mềm

PSS/E

Kết luận và hướng phát triển

3

4
2


NỘI DUNG

Giới thiệu đề tài

1

Lý thuyết

2

Mô phỏng mạng 5 nút bằng phần mềm
PSS/E

Kết luận và hướng phát triển

3

4
3

Giới thiệu đề tài

Việc tính toán, phân tích và nghiên
Nhu cầu về năng lượng
phục vụ cho sản xuất và

cứu về tính ổn định của HTĐ trở
thành một yêu cầu cấp bách

đời sống ngày càng tăng

PSS/E là một phần mềm phù hợp
Yêu cầu cung cấp điện đòi

với đầy đủ khả năng và công cụ để

hỏi phải liên tục, ổn định

mô phỏng HTĐ, từ đó ta có thể

và chất lượng điện năng

phân tích về tính ổn định của

ngày càng cao

chúng
4

Giới thiệu đề tài
Sử dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng và phân tích tính ổn định động của mạng 5 nút. Qua đó,
tìm hiểu được vai trò của một số phần tử như bộ kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định đối với tính ổn
định động của hệ thống.

5

Hình 1. Sơ đồ hệ thống mạng 5 nút dùng mô phỏng.


Giới thiệu đề tài
Đóng góp của luận văn:

Cách sử dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng ổn định động của một HTĐ.

Tìm hiểu về các phần tử trong HTĐ như máy phát, đường dây, MBA, phụ tải và mô hình của
chúng trong phân tích ổn định.

Phân tích sự tác động của bộ kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định đối với khả năng ổn định động của
HTĐ.

6


NỘI DUNG

Giới thiệu đề tài

1

Lý thuyết

2

Mô phỏng mạng 5 nút bằng phần mềm
PSS/E

Kết luận và hướng phát triển

3

4
7


Lý thuyết

i
Nộ

i
Nộ

i
Nộ

ng
du

01

Giới thiệu chung về ổn định HTĐ.

ng
du

02

Mô hình động của các phần tử.

ng
du

03

Các p.pháp phân tích ổn định động.

8


Giới thiệu chung về ổn định HTĐ

●

Lịch sử phát triển của HTĐ có những mốc quan trọng đáng ghi nhớ.

1883

Phát minh ra HTĐ xoay

chiều 3 pha

1884

Tải điện năng đi xa
bằng dòng điện xoay
chiều

1885

Phát minh ra MBA điện
lực

1891

Vận hành đường dây tải
điện 3 pha k/cách
175km

9

Hình 2. Lịch sử phát triển HTĐ.


Hình 3. Các chế độ làm việc của HTĐ.
10

thời gian ngắn.

làm việc thay đổi đáng kể.

đổi hoặc chỉ thay đổi rất nhỏ trong khoảng

từ CĐXL này sang CĐXL khác, thông số

CĐXL: Các thông số làm việc không thay

CĐQĐ: Là chế độ trung gian chuyển tiếp

●

Các chế độ làm việc của HTĐ được chia làm 2 loại cơ bản là chế độ xác lập và chế độ quá độ.

Giới thiệu chung về ổn định HTĐ


Giới thiệu chung về ổn định HTĐ

●

Phân loại ổn định HTĐ theo thông số thay đổi.

11

Hình 4. Phân loại ổn định HTĐ theo thông số.


Giới thiệu chung về ổn định HTĐ

●

Phân loại ổn định HTĐ theo ổn định tĩnh và ổn định động.

12

Hình 5. Phân loại ổn định HTĐ theo ổn định tĩnh và ổn định động.


Giới thiệu chung về ổn định HTĐ

Hệ thống có ổn định động nếu có được 2 điều kiện:



Điều kiện cần: Tồn tại điểm cân bằng ổn định sau sự cố (tức là tồn tại CĐXL mới sau sự cố).



Điều kiện đủ: Các thông số thay đổi trong quá trình quá độ có biên độ dao động hữu hạn và tắt
dần về thông số CĐXL mới.

 Điều kiện thứ hai dẫn đến các yêu cầu phải áp dụng các phương pháp phân tích ổn định phù hợp.

13


Mô hình các phần tử trong HTĐ

•

Mô hình máy phát điện.

14

Hình 6. Cấu trúc của máy điện đồng bộ.


Mô hình các phần tử trong HTĐ

•

Mô hình máy phát điện.
Trong đó
a,b,c: Các cuộn dây stator
fd: Cuộn dây kích từ
kd: Cuộn cản dọc trục
kq: Cuộn cản ngang trục
k=1,2,3,…,n: Số cuộn cản
θ: Góc trục d vượt trước trục từ
trường cuộn dây pha a
ωr: Vận tốc góc rotor

Hình 7. Mạch thay thế stator và rotor của máy phát điện đồng bộ.

15


Mô hình các phần tử trong HTĐ
Các phương trình vi phân mô tả máy phát điện đồng bộ:

ψ&r = Amψ r + Fmis + Vr

ψ&fd ,ψ&kd ,ψ&kq .

→

Phương trình này gồm 3 ptvp từ thông của rotor:

→

2 phương trình này là 2 pt biểu thị chuyển động quay của rotor.

d ωr
J ωr
= Pm − Pe
dt
θ&= ωr − ω0

Ngoài ra, còn có 2 pt đại số dùng để tính công suất điện và điện áp stator:

Pe = Bmis + Cmψ r
Vs = Pmψ r − Z mis
Trong đó,

Am , Fm , Bm , Cm , Pm , Z m

là các ma trận hằng số phụ thuộc vào thông số của máy

phát.
16

Mô hình các phần tử trong HTĐ

•

Mô hình bộ kích từ.

Cung cấp dòng điện DC cho cuộn kích từ và tự điều chỉnh dòng kích từ để ổn định điện áp đầu cực và điều
chỉnh công suất phản kháng phát ra của máy phát.

Ptvp mô tả hệ thống kích từ:

x&e = A e xe + Ce Vt + B eVPSS + DeVref

Hình 8. Sơ đồ khối bộ kích từ SCRX.
17


Mô hình các phần tử trong HTĐ

•

Mô hình bộ điều tốc:

x&g = A g xg + Cgω + B gωref + Dg P

Điều chỉnh tốc độ quay của máy phát theo sự thay đổi của tải nhằm duy trì tốc độ cũng như tần số của máy
phát hoạt động một cách ổn định.

18

Hình 9. Sơ đồ khối bộ điều tốc HYGOV.


Mô hình các phần tử trong HTĐ

•

Mô hình bộ PSS.

Tăng cường độ hãm dao động của máy phát thông qua hệ thống kích từ, nâng cao độ ổn định HTĐ.

Ptvp mô tả bộ PSS:

x&p = A p x p + B pω&r

Hình 10. Sơ đồ khối bộ ổn định PSS2A.
19


Mô hình các phần tử trong HTĐ

Mô hình bộ MBA

Mô hình đường dây

Mô hình tải tổng
hợp.

20


Mô hình các phần tử trong HTĐ

•

Tổng kết các phương trình vi phân và đại số:

ψ&r = Amψ r + Fmis + Vr

d ωr

= Pm − Pe
 J ωr
dt

θ&= ωr − ω0
x&e = A e xe + Ce Vt + B eVPSS + DeVref
x&g = A g x g + Cgω + B gωref + Dg P
x&p = A p x p + B pω&r

 Pe = Bmis + Cmψ r

Vs = Pmψ r − Z mis

•

Tổng quát:

dx
= f ( x, t )
dt

21


Các p.pháp phân tích ổn định động

Hình 11. Các phương pháp phân tích ổn định động.

22


Các p.pháp phân tích ổn định động

●

Phương pháp Euler
Các công thức của PP Euler:

Hình 12. Phương pháp Euler.

23


Các p.pháp phân tích ổn định động

●

Phương pháp Euler cải tiến
Các công thức của PP Euler:

Hình 13. Phương pháp Euler cải tiến.

24


Các p.pháp phân tích ổn định động

●

Phương pháp Runge – Kutta

Pp Runge – Kutta bậc 2:

Pp Runge – Kutta bậc 4:

25