BÁO CÁO MÔN HỌC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN POWER SYSTEM STABILIZER (PSS)

TRƯỜNG ÐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

BÁO CÁO MÔN HỌC

QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

4.4. POWER SYSTEM STABILIZER (PSS)

TP. HCM 12/2013


MỤC TIÊU:
Khảo sát vai trò của bộ PSS trong việc ổn định hệ thống điện khi xảy ra dao
động công suất.

NỘI DUNG BÁO CÁO:

I. Tổng quan về PSS.
II. Mô men đồng bộ và mô men dập tắt
III. Phân tích tác dụng của PSS trong HTĐ khi có
IV. Kết luận.

dao động công suất.


I. TỔNG QUAN VỀ BỘ PSS
Hiện tượng dao động công suất

Ý tưởng thực hiện

Pe

Thay đổi giá trị kích từ, công suất điện

Ikt

Trạng thái không ổn định

đầu ra của máy phát thay đổi.

Trạng thái ổn định
Không có bộ PSS

P
Pe

PSS phát hiện sự thay đổi công suất điện đầu ra
của máy phát, điều khiển giá trị kích từ và làm giảm

t

Sự cố xảy ra

dao động công suất nhanh chóng.
Sự cố được khắc phục

Mất ổn định

Ikt

1. Phân loại PSS
PSS được phân loại dựa theo tín hiệu đầu vào điều khiển

Tín hịêu ∆P

Hiệu chỉnh pha và độ lợi

AVR
Tín hiệu ∆f, ∆ω

Hiệu chỉnh pha và độ lợi

Giới hạn điều khiển


2. Nhiệm vụ của PSS

Phát hiện độ thay đổi ∆P, ∆f,

Tạo ra thành phần mô

∆ω

men dập tắt

Điều chỉnh độ thay đổi ∆P,
∆f, ∆ω

Gửi tín hiệu tới mạch kích từ

P

II. MÔ MEN ĐỒNG BỘ VÀ MÔ MEN DẬP TẮT
P

1. Phương trình chuyển động của rotor
c

P

m

b

a

PT

Phương trình giao động xung quanh điểm ổn định tĩnh:

2 H d 2δ
= Tm − Te
2
ω0 dt
δ

0
0

δ

a

90

0

δb

180

0

Trong đó:
δ : góc rotor, rad
ω

: tốc độ góc rotor (có giá trị định mức hoặc cơ bản ω 0 = 314 rad/s)

Tm : mô men cơ trong đơn vị tương đối
Te
H

: mô men cơ trong đơn vị tương đối
: hằng số mô men quán tính, MW-s/MVA

(1)

II. MÔ MEN ĐỒNG BỘ VÀ MÔ MEN DẬP TẮT
2. Phương trình độ thay đổi mô men điện
Phương trình (1) có thể được viết lại theo điều kiện thay đổi nhỏ tại điểm vận
hành:
ΔTe = KsΔδ + KDΔω

(2)

Phương trình (2): Độ thay đổi mô men điện được biểu diễn thành hai thành phần Mô Men
Đồng Bộ và Mô Men Dập Tắt:

KS

= Hệ số mô men đồng bộ

KD

= Hệ số mô men dập tắt

Δδ

= Độ thay đổi góc rotor

Δω

= Độ thay đổi tốc độ góc rotor

ΔTe = Độ thay đổi mô men điện

II. MÔ MEN ĐỒNG BỘ VÀ MÔ MEN DẬP TẮT

KS >0, thành phần mô men
đồng bộ chống lại sự thay
đổi góc rotor, cho đến khi góc
rotor phục hồi trở lại điểm

KD >0, thành phần mô men
dập tắt chống lại sự thay đổi
tốc độ rotor từ điểm cân bằng
vận hành ổn định tĩnh

cân bằng của nó, Δδ = 0

Một máy phát đồng bộ sẽ tiếp tục ổn định lâu dài khi có đủ mô men đồng bộ và mô men dập tắt đặt trên trục rotor tại tất cả
các điều kiện vận hành


II. MÔ MEN ĐỒNG BỘ VÀ MÔ MEN DẬP TẮT
3. Đáp ứng của tốc độ và góc đối với các nhiễu loạn

Δδ

Δω
DAO ĐỘNG ỔN ĐỊNH:

•
•

ΔTe= KsΔδ + KDΔω

TD= KDΔω ≥ 0
TS = KsΔδ ≥ 0

TD= KDΔω

0
0

t

TS = KsΔδ

Δδ

Δω
DAO ĐỘNG KHÔNG ỔN ĐỊNH:

•
•
0
t

TD = KDΔω < 0
TS = KsΔδ ≥ 0

Δδ

TS = KsΔδ

0
TD= KDΔω

Δδ
ΔTE= KsΔδ + KDΔω


III. PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA PSS
1. Trường hợp kích từ là hằng số

ΔTE = KSΔδ + KDΔω

Δω

Ks

(Mô men dập tắt)

1
Ms

∆ω

ω0

∆δ
ΔTE

s

∆Tm
KD

Δδ
0

(Mô men đồng bộ)

M : hằng số quán tính (MW/MVA)
ω0: vận tốc góc định mức (rad/s)
S : biến Laplace

ΔTE


III. PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA PSS
2. Trường hợp có kích từ và AVR

Sơ đồ khối chứa AVR và kích từ

Sự thay đổi từ thông kích từ

∆ψ fd

K3
=
1 + sT3

Gex ( s )



( K 5 ∆δ + K 6 ∆ψ fd )
− K 4 ∆δ −
1 + sTR




III.2. Trường hợp có kích từ và AVR

∆ψ fd =
K5 =

e q0
DE t0
+

[

− K 3 K 4 (1 + sTR ) + K 5 G ex ( s )

]

s T3TR + s(T3 + TR ) + 1 + K 3 K 6 G ex (s )
2

[( − R

e q0
DE t0

]

)

'
a E B R T − L 1 E B X Td − E B L ads X Td Sinδ 0 +

[( − R

)

[

e d0
( − R a E B R Tq + L1E B R T + L aqs E B R T )Sinδ 0
DE T0

]

'
a E B X Tq + L 1 E B R T + E B L ads R T Cosδ 0 +

Thay ∆ψfd vào:

∆δ

[

e d0

( R a R T E B + L1E B X Td + L aqs E B X Td )Cosδ 0
DE T0

∆Te = K1∆δ + K 2 ∆ψ fd
ΔTE

Δψ fd

]

= K 2 Δψ fd = K 2 N1Δδ + iK 2 N 2 Δδ
= N 3Δδ + iN 4 Δδ

Mặt khác

∆δ
∆ωr = s
= ( N 5 + iN 6 )∆δ = N 5 ∆δ + iN 6 ∆δ
ω0

(a)

]


III.2. Trường hợp có kích từ và AVR

Từ (a) ⇒

Thay vào:

Trường hợp K5<0, (giả sử KD = 0):
Tổng hệ số mô men đồng bộ

K S = K1 + K S(AVR + AR)

Tổng hệ số mô men dập tắt

K D = − K D(AVR + AR)
⇒ Hệ thống không ổn định


III. PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA PSS
2. Trường hợp có kích từ và AVR
ΔTE= (KS1 + KSA )Δδ + (KD1 + KDA ) Δω
ΔTE= (KS1 Δδ + KD1 Δω ) + (KSAΔδ + KDA Δω )

Δω
(Mô men dập tắt)
Ks + KSA

KS + KD

1
Ms

∆ω

∆Tm

ω0
s

∆δ

Δδ

0

(Mô men đồng bộ)

KD+ KDA

ΔTE

KSA: hệ số mô men đồng bộ của AVR
KDA: hệ số mô men dập tắt của AVR
KD + KDA<0: không ổn định

KSA + KDA


III. PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA PSS
3. Trường hợp có AVR + PSS

Sơ đồ khối chứa AVR + PSS
Sự thay đổi từ thông kich từ

∆ψ fd

PSS

K 3K A
K6
=
(∆v s −
∆ψ fd )
1 + sT3
1 + sTR


III.3. Trường hợp có AVR + PSS

∆ωr

K stab

1 + sT1
1 + sT2

sTw
1 + sTw

∆vs

Sơ đồ khối của bộ PSS thông thường

Tín hiệu điều khiển ở ngõ ra PSS

Thay ∆vs vào ∆ψkt:

∆Te

PSS

sTW 1 + sT1
∆vs = K stab
∆ωr
1 + sTW 1 + sT2

= K 2 ∆ψ fd

PSS

∆Te
Do:

=

K STAB K 2 K 3 K A (1 + sTR )(1 + sT1 )sTW
∆ωr
[ (1 + sT3 )(1 + sTR ) + K 3K 6 K A ](1 + sT2 )(1 + sTW )

PSS

= K 2 ∆ψ fd

PSS

= ( M 1 + iM 2 )∆ω r

s
i∆ω r = i
∆δ = M 3 ∆δ + iM 4 ∆δ
ω0


III.3. Trường hợp có AVR + PSS

Mặt khác

Δδ
Δω r = s
= M 5Δδ + iM 6 Δδ
ω0
Δω r M 5
→ iΔδ =
−
Δδ = M 7 Δω r + M 8Δδ
M6 M6

Thay i∆δ
vào i∆ωr:

iΔω r = M 3 Δδ + M 4 (M 7 Δω r + M 8 Δδ)
= (M 3 + M 4 M 8 )Δδ + M 4 M 7 Δω r

Thay i∆ωr vào ∆Te|PSS

ΔTe

= M 9 Δδ + M 10 Δω r
PSS

= M 1Δω r + M 2 M 9 Δδ + M 2 M 10 Δω r

= (M 2 M 9 )Δδ + (M 1 + M 2 M 10 )Δω r
= K S(PSS) Δδ + K D(PSS) Δω r


III.3. Trường hợp có AVR + PSS

Trường hợp K5<0, (giả sử KD = 0):
Tổng hệ số mô men đồng bộ

K S = K1 + K S(AVR + AR) − K S(PSS) > 0
Tổng hệ số mô men dập tắt

K D = (−K D(AVR + AR) + K D(PSS) ) > 0

⇒ Hệ thống sẽ ổn định


III. PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA PSS
3. Trường hợp có AVR + PSS
ΔTE= (KS + KSA + KSP)Δδ + (KD + KDA +KDP ) Δω
ΔTE = (KS Δδ + KD Δω ) + (KSAΔδ + KDA Δω) + (KSP Δδ +KDP Δω )

Δω
KS + KSA+KSP

1
Ms

∆ω

(Mô men dập tắt)

ω0

KSP + KDP
ΔTE (AVR+PSS)

∆δ

s

∆Tm

Δδ

KD+ KDA+ KDP

0

(Mô men đồng bộ)
ΔTE (AVR)

KSP: hệ số mô men đồng bộ của PSS
KDP: hệ số mô men dập tắt của PSS

KD + KDA + KDP >0: ổn định


SƠ ĐỒ KHỐI KẾT HỢP
BỘ KÍCH TỪ + AVR + PSS

D-AVR


Giới hạn làm việc của PSS

 Phụ thuộc vào tốc độ đáp ứng nhanh của hệ thống kích từ máy
phát.

 Phụ thuộc vào khả năng đáp ứng nhanh của bộ AVR khi xảy ra
các dao động bé.

 Bộ PSS làm thay đổi điện áp đầu cực máy phát trong phạm vi 0.9
– 1.1 pu.


IV. Kết luận


Sử dụng bộ ổn định công suất hệ thống PSS kết hợp với bộ
điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát đồng bộ AVR (có bộ
kích từ đáp ứng nhanh) sẽ mang lại hiệu quả ổn định hệ
thống điện khi xảy ra các dao động.



Sử dụng bộ PSS mang lại hiệu quả kinh tế so với việc phải tái
cấu trúc lại lưới điện, xây lắp thêm đường dây truyền tải
điện.


CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC ANH CHỊ ĐÃ CHÚ Ý LẮNG
NGHE!