Ổn định hệ thống nhiều máy phát sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN ĐỨC KHÁNH

ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG NHIỀU MÁY PHÁT SỬ DỤNG PSS
DỰA TRÊN CƠ SỞ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

CHUYÊN NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2008


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

MỤC LỤC
Trang
Chương 1 : Giới thiệu đề tài

1.1.
1.2.
1.3.

2

Sự cần thiết của đề tài

Các cơng trình nghiên cứu liên quan
Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

2
3
5

Chương 2: Lý thuyết ổn định hệ thống điện
2.1. Khái niệm về ổn định hệ thống điện
2.2. Ổn định tĩnh
2.3. Ổn định động
2.4. Ổn định trung hạn và dài hạn
2.5. Ổn định điện áp
Chương 3: Bộ PSS
3.1. Ổn định của hệ một máy làm việc với thanh cái vơ hạn.
3.1.1. Mơ hình thay thế máy phát
3.1.2. Ảnh hưởng động học của mạch kích từ
3.1.3. Ảnh hưởng sự thay đổi từ thơng kích từ lên ổn định
3.1.4. Ảnh hưởng của hệ thống kích từ
3.2. Bộ PSS
Chương 4: Lý thuyết điều khiển
4.1. Khái niệm cơ bản về điều khiển
4.2. Lý thuyết điều khiển PID
4.3. Mạng neural nhân tạo
4.4. Điều khiển mờ
4.5. ANFIS
Chương 5: Mô phỏng họat động của PSS trong hệ thống nhiều máy phát
5.1. Giới thiệu
5.2. Mô hình hóa hệ thống
5.3. Xây dựng khối fuzzy control

5.4. Kết quả mơ phỏng
5.4.1. Sự cố thống qua
5.4.2. Sự cố lâu dài
5.4.3. Sự cố xảy ra cách B1 120km
5.4.4. Sự cố xảy ra cách B1 140km
5.4.5. Sự cố xảy ra cách B1 150km
5.5. Kết luận
5.6. Hướng phát triển của đề tài
Tài liệu tham khảo

CBHD : TS. Lê Minh Phương

6
6
6
9
12
13
18
18
19
12
28
30
34
45
45
46
51
61

79
81
81
82
86
97
100
104
100
104
107
108
109
110

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. Sự cần thiết của đề tài:
Vấn đề cải thiện điều khiển và ổn định hệ thống điện đã được quan tâm từ rất sớm
ngay sau khi ngành điện khí hố ra đời. Qua q trình vận hành hệ thống điện ở các
quốc gia trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có những sự cố nghiêm trọng dẫn đến

tan rã một phần hoặc toàn bộ hệ thống điện, đe doạ đến an ninh năng lượng và gây thiệt
hại lớn cho nền kinh tế. Vì vậy vấn đề giữ ổn định cho hệ thống điện ngày càng được
chú trọng nhiều hơn.
Cho đến nay, điều khiển và ổn định hệ thống điện có nhiều giải pháp thực hiện. Để
đạt hiệu quả tốt nhất người ta kết hợp các phương pháp trên, trong đó việc sử dụng trí
tuệ nhân tạo vào bộ PSS (power system stabilizer) để ổn định hệ thống là một trong
những phương pháp quan trọng và hiệu quả nhất.
Ở nước ta nền kinh tế đang trên đà phát triển nhanh nên nhu cầu phụ tải cũng tăng
nhanh. Hệ thống điện ngày càng được mở rộng và nâng cấp. Ngòai ra, trong xu thế
cạnh tranh chung thì việc ổn định hệ thống điện ngày càng địi hỏi chất lượng hơn.
Trong những năm gần đây, qui mô hệ thống điện ngày càng lớn, địi hỏi cơng tác vận
hành hệ thống ngày càng ổn định và tin cậy hơn vì tính ổn định hệ thống sẽ càng giảm
nếu hệ thống có cơng suất truyển tải càng lớn, khỏang cách truyền tải càng xa. Thêm
vào đó, nguồn điện phát triển mới luôn chậm hơn so với nhu cầu phụ tải tăng nhanh,
làm độ ổn định hệ thống ngày càng giảm. Tuy nhiên, hệ thống điện của Việt Nam phát
triển chậm so với mặt bằng chung của thế giới, do đó xét về hiệu quả đầu tư thì việc
dụng bộ PSS tại các nhà máy điện vẫn là biện pháp chính.
Hiện nay các dao động điện trong hệ thống điện được nghiên cứu rất nhiều. Các dao
động này có thể do một hay nhiều máy phát, hoặc liên quan đến nhiều máy phát xa
nhau. Dập tắt các dao động trong hệ thống điện không chỉ là tăng khả năng truyển tải
mà cịn ổn định được cơng suất hệ thống, nhất là ngay sau khi xảy ra sự cố nghiêm

CBHD : TS. Lê Minh Phương

2

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

trọng. Các dao động nhỏ thường xảy ra với bộ kích từ máy phát để ổn định trở lại
thường sử dụng bộ PSS
Ứng dụng mạng fuzzy vào PSS có ưu điểm là cấu trúc mạng đơn giản. Dữ liệu huấn
luyện mạng được lấy từ hệ thống sử dụng bộ PSS. Mạng fuzzy ngày càng trở nên hữu
dụng trong điều khiển ổn định hệ thống vì: xử lý tín hiệu song song nên cho kết quả
nhanh, xử lý hiệu quả đối với ngõ vào ra phi tuyến, có thể điều khiển thích nghi với các
chế độ vận hành khác nhau .
Trong hệ thống nhiều máy phát thường xuất hiện nhiều lọai dao động khác nhau,
nhiều phương pháp ổn định hệ thống đã được áp dụng. Bộ PSS sử dụng mơ hình hóa
các bộ phận phi trong máy phát thành các phần tử tuyến tính áp dụng vào điều khiển
vận hành.
1.2. Các cơng trình nghiên cứu liên quan:
- Design of a hierarchical fuzzy logic pss for a multi-machine power system, T. Hussein
, A. L. Elshafei , A. Bahgat- Electrical Power and Machines Department, Cairo
University, Gama Street, Giza, Egypt: Đặc tính của bộ PSS fuzzy logic (FPSS), được
đình chỉnh tự động khi những điều kiện vận hành của hệ thống thay đổi, được nghiên
cứu bởi việc lắp nó vào hệ thống nhiều máy phát. FPSS được phát triển sử dụng độ
lệch tốc độ và đạo hàm của độ lệch tốc độ khi các ngõ vào điều khiển thay đổi. Hai
thơng số đặc tính tỉ lệ được giới thiệu để điều chỉnh FPSS. Các thông số tỉ lệ này là ngõ
ra của một hệ thống fuzzy logic khác (FLS), mà ngõ vào của nó là điều kiện vận hành
của hệ thống. Sơ đồ đề xuất được liên hệ như là bộ PSS fuzzy tự điều chỉnh (TFPSS).
Cơ cấu này của điều chỉnh FPSS làm nó tương thích với những thay đổi trong điều
kiện vận hành. Đáp ứng của hệ thống với ba bộ PSS, gọi là CPSS, FPSS và FPSS tự
điều chỉnh được so sánh với nhau.Người ta thấy rằng FPSS tự điều chỉnh nổi trội hơn
CPSS và FPSS cố định thông số. Ảnh hưởng của các phương pháp giải mờ trong đáp
ứng của tín hiệu điều khiển cũng được đề cập trong bài báo này.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

3

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

- Intelligent dual input power system stabilizers for multi-machine system,
Avdhesh sharma an d M.L Kothary SIMEEE:: Bài báo này giải quyết bộ PSS hai ngõ
vào cho hệ thống nhiều máy phát sử dụng mạng fuzzy thích ứng (ANFIS). ANFIS
được huấn luyện để tính tốn các thơng số tố ưu của bộ PSS hai ngõ vào trong điều
kiện tải biến đổi theo thời gian thực. Phương pháp giải quyết vấn đề có hệ thống cho
việc thiết kế các bộ PSS thông minh cho hệ thống nhiều máy phát được giới thiệu.
Những nghiên cứu cho thấy rằng đặc tính của các bộ PSS thơng minh trong hệ thống
nhiều máy phát hồn tồn có thể hoạt động tốt trong điều kiện tải biến động lớn.
- Neuro-fuzzy dual input power system stabilizer for a multi-machine system, Avdhesh
Sharma, and M.L.Kothari, Senior Member, IEEE : Trong bài báo này, một kỹ thuật
mới về điều chỉnh thời gian thực các thông số của PSS hai ngõ vào trong hệ thống
nhiều máy phát sử dụng neuro-fuzzy được giới thiệu. Phương pháp giải quyết vấn đề
có hệ thống cho việc tạo ra các mơ hình huấn luyện và việc huấn luyện neuro-fuzzy
được giới thiệu. Những nghiên cứu cho thấy rằng đặc tính của các bộ PSS hai ngõ vào
neuro-fuzzy trong hệ thống nhiều máy phát hồn tồn có khả năng hoạt động trong
những điều kiện tải biến động lớn.
- Ứng dụng mạng neural trong ổn định hệ thống điện, Lê Minh Phương và Phạm

Thành Nhân, Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh: Cơng cụ của mạng neural
trong thiết kế bộ PSS tương thích được giới thiệu. Việc khảo sát lấy mẫu dữ liệu theo
bộ PSS của P.Kunder dạng PID được thực hiện từ non tải đến quá tải; hệ số công suất
từ trễ pha đến sớm pha, sử dụng công cụ neural huấn luyện và xây dựng nên bộ neural
PSS tương ứng. Các kết quả kiểm tra cho thấy bộ PSS dùng neural được đề xuất cho
kết quả cực nhanh, hiệu quả cao đối với ngõ vào và ngõ ra phi tuyến, có thể thích nghi
với các điều kiện vận hành khác nhau.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

4

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:
a. Mục tiêu:
• Nghiên cứu mơ hình và cấu trúc mạng neural, fuzzy và fuzzy-neural khác nhau.
• Lựa chọn giải thuật huấn luyện mạng để tạo ra mạng fuzzy-neural tối ưu.
• Mơ phỏng và so sánh kết quả đạt được giữa bộ PSS theo Kunder và bộ PSS trí
tuệ nhân tạo
b. Nhiệm vụ của đề tài:
• Nghiên cứu các phương pháp ổn định hệ thống điện.
• Khảo sát các bộ PSS kiểu PID.
• Nghiên cứu cấu trúc, thuật toán mạng fuzzy-neural. Các phương pháp huấn

luyện tạo ra nhiều mạng fuzzy-neural khác nhau. Ứng dụng mạng fuzzy-neural
vào bộ PSS.
• Khảo sát và mơ phỏng kết quả tác dụng của mạng fuzzy-neural vào PSS trong
điều khiển ổn định hệ thống nhiều máy phát trong môi trường MatLab Simulink.
• So sánh và đánh giá mức độ cải thiện của bộ PSS fuzzy-neural so với bộ PSS
khác.
1.4. Nội dung của đề tài :
Chương 1 : Giới thiệu đề tài
Chương 2: Lý thuyết ổn định hệ thống điện
Chương 3: Bộ PSS
Chương 4: Lý thuyết điều khiển
Chương 5: Mô phỏng họat động của PSS trong hệ thống nhiều máy phát
Tài liệu tham khảo

CBHD : TS. Lê Minh Phương

5

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1 Khái niệm về ổn định hệ thống điện

2.1.1 Khái niệm
Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối có mối tương tác lẫn
nhau rất phức tạp, tồn tại vô số nhiễu tác động lên hệ thống. Hệ thống điện phải đảm
bảo được tính ổn định trước tác động của những nhiễu này.
Ổn định hệ thống điện là khả năng vận hành trở lại bình thường hay ổn định sau
khi chịu tác động của nhiễu. Nó là điều kiện thiết yếu để hệ thống có thể tồn tại và vận
hành. Chẳng hạn ở chế độ xác lập, để tồn tại cần có sự cân bằng cơng suất trong hệ
thống và đồng thời phải duy trì độ lệch nhỏ các thơng số định mức dưới những kích
động ngẫu nhiên nhỏ. Hoặc do tác động của những thao tác đóng cắt, hệ thống điện
phải chuyển thành công từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập mới.
2.1.2 Tác hại của mất ổn định hệ thống
Khi hệ thống mất ổn định có thể phải cắt hàng lọat các tổ máy các phụ tải, có thể
làm tan rã tịan bộ hệ thống điện và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nền kinh tế quuốc
dân. Do đó cần nghiên cứu ổn định hệ thống điện khi thiết kế và vận hành hệ thống
nhằm đảm bảo:
-

Ổn định hệ thống trong mọi tình huống, vận hành bình thường và sau sự cố.

-

Có thể vận hành bình thường trong mọi tình huống thao tác vận hành và kích
động của sự cố.

2.2 Ổn định tĩnh
2.2.1 Khái niệm:
Ổn định tĩnh là khả năng phục hồi được chế độ ban đầu sau những kích động nhỏ
như phụ tải thay đổi đột ngột (nhiễu nhỏ).
Trong nhiều trường hợp, quá trình tăng công suất tác dụng, công suất phản kháng
làm hệ thống tiến dần đến chế độ tới hạn theo điều kiện ổn định tĩnh, nếu vượt qua sẽ

CBHD : TS. Lê Minh Phương

6

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

dẫn đến mất ổn định. Do đó góc lệch rotor máy phát δ đối với bộ phận còn lại của
hệ thống điện sẽ tăng lên. Lúc dự trữ, công suất phản kháng trong hệ thống chưa sử
dụng hết duy trì được mức điện áp bình thường. Trong trường hợp này chỉ có độ tăng
của góc lệch rotor máy phát δ cho biết sự tiến dần đến mất ổn định tĩnh. Nếu khơng cịn
dự trữ cơng suất kháng thì trong q trình tiến dần này điện áp sẽ giảm xuống làm mất
ổn định hệ thống. như vậy độ dự trữ ổn định tĩnh có thể kiểm tra bằng đồ thị biểu diễn
trị số góc lệch rotor máy phát δ điện áp.
2.2.2 Nguyên nhân gây mất ổn định tĩnh
Khi thay đổi chế độ làm việc của hệ thống, có thể tiến đến giới hạn của điều kiện
ổn định tĩnh và gọi là sự tiến dần đến mất ổn định của hệ thống. Trong nhiều trường
hợp, q trình này là q trình tằng cơng suất tác dụng và công suất phản kháng của
các phụ tải của hệ thống. Lúc này góc lệch giữa rotor của một số máy phát và bộ phận
còn lại của hệ thống sẽ tăng lên. Nếu nguồn dự trữ công suất phản kháng trong hệ
thống chưa sử dụng hết thì có thể duy trì mức điện áp bình thường. Nếu khơng cịn dự
trữ cơng suất phản kháng, thì trong q trình tiến dần này, điện áp sẽ giảm xuống làm
tăng khả năng mất ổn định tĩnh. Như vậy trị số dự trữ ổn định tĩnh có thể được kiểm tra
qua trị số các góc lệch của rotor các máy phát điện và của điện áp trong hệ thống.

Trong thực tế, khả năng mất ổn định xảy ra khi phụ tải trong hệ thống tăng lên lúc
sự cố xảy ra hoặc do đóng cắt các động cơ ra vì ngắn mạch.
Để tránh mất ổn định tĩnh, ở chế độ làm việc bình thường, góc lệch rotor của các
máy phát phải được hạn chế trong giới hạn nhất định và điện áp ở các nút chủ yếu của
hệ thống không được giảm thấp hơn mức qui định. Do đó:
+ Qui định góc lệch giới hạn của rotor máy phát chính là giới hạn công suất
truyền tải.
+ Qui định điện áp giới hạn theo điều kiện ổn định tĩnh ở các nút chủ yếu.
2.2.3 Các biện pháp ổn định tĩnh:
-

Sử dụng tự động điều chỉnh kích từ.

-

Hạn chế giảm điện áp ở các nút chủ yếu của hệ thống.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

7

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

- Hạn chế góc lệch rotor các máy phát điện

-

Sa thải phụ tải theo tần số

-

Dự trữ đủ công suất tác dụng và công suất phản kháng.

2.2.4 Các tiêu chuẩn khảo sát ổn định tĩnh:
Ổn định nhiễu nhỏ:
Một hệ ở chế độ xác lập khi có sự cân bằng giữa năng lượng phát và năng lượng
tiêu thụ. Mỗi chế độ xác lập sẽ tương thích với các thơng số xác định trạng thái của hệ.
Nếu có nhiễu làm các thơng số này thay đổi theo hướng khuếch đại, thì hệ sẽ không ổn
định. Điều này xảy ra khi năng lượng phát lớn hơn năng lượng tiêu tán. Tiêu chuẩn
năng lượng về ổn định hệ được mô tả qua bất đẳng thức sau:
ΔW
<0
ΔΠ
ΔΠ . Gia thông số

ΔW . Năng lượng dư và ΔW = ΔWF − ΔWt

ΔWF , ΔWt . Gia số năng lượng phát và năng lượng tiêu tán

Phương pháp dao động bé[Kunder]
Một hệ thống được mô tả bởi hệ phương trình vi phân sau:
.

x = f(x1 , x 2 ,...x n , u 1 , u 2 ,...u r , t)

x. vector trạng thái
u. vector đầu vào hệ (ở đây là nhiễu)
Khai triển phương trình theo chuỗi Taylor và bỏ qua các đạo hàm bậc cao:
.

Δx =

∂f
∂f
∂f
∂f i
Δx 1 + ... + i Δx n + i Δu + ... + i Δu r
∂x 1
∂x n
∂u 1
∂u r

Hay viết dưới dạng ma trận
.

Δ x = AΔx + BΔu

Khi Δu= 0, có phương trình mơ tả chuyển động tự do:
.

Δ x = AΔx

CBHD : TS. Lê Minh Phương

8

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

Giá trị riêng của ma trận thường được gán bởi các giá trị của tham số λ khi
khơng có lời giải tầm thường cho phương trình: AΦ = λΦ
A=[n x n]
Φ=[n x 1]
Tìm giá trị riêng của AΦ = λΦ theo phương trình : (A λ - I) Φ = 0
Khi nghiệm khơng tầm thường thì : det(A λ - I) = 0
Việc khai triển định thức cho ra phương trình đặc trưng, n nghiệm của λ gọi là giá
trị riêng của A
λ = λ1, λ2,… λn
Ma trận Φ, Ψ được gọi là modal phải và trái nếu:
A Φ = ΛΦ
Ψ A = ΨΛ
Λ. Ma trận đường chéo chính với các phần tử là: λ1, λ2,… λn
Lời giải của phương trình này là :
Δx i (t) = φ i1c1e λ1t + ... + φ in c n e λ n t
Aφ i = λ i φ i

Với

ϕi A = ϕi λ i

c i = ϕ i Δx (0 )

Quan hệ giữa phương trình đặc trưng và tính ổn định :
-

Khi nghiệm là thực sẽ có trạng thái phi dao động, nếu nghiệm là thực dương
ứng với mất ổn định phi chu kỳ.

-

Khi nghiệm là phức thì sẽ xuất hiện dưới dạng cặp liên hiệp và sẽ có trạng thái
dao động. Nếu nghiệm có phần thực dương ứng với mất ổn định dao động.

2.3 Ổn định động
2.3.1 Khái niệm:
Ổn định động là khả năng của hệ thống có thể phục hồi được trạng thái ban đầu
hoặc gần với trạng thái ban đầu sau những kích động lớn (nhiễu lớn).

CBHD : TS. Lê Minh Phương

9

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

Nếu có thể chuyển sang hệ xác lập mới, thì hệ sẽ có tính ổn định động. Các kích
động lớn ở đây có thể được hiểu như:
-

Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện.

-

Đóng cắt các phần tử của lưới điện.

-

Tăng giảm tải đột ngột.
Giả sử như có một máy phát điện đang phát công suất P0 , nay do nhu cầu cần

phải tăng ngay công suât lên P1. Ở thời điểm này sẽ có sự tăng đột ngột cơng suất cơ
ΔP= P1- P0 nên máy phát quay nhanh lên. Nếu sự tăng tải này đảm bảo cho máy phát
hãm tốc lại và trở về vị trí cân bằng ổn định mới thì ta nói hệ có tính ổn định động.
Ngược lại, nếu máy phát liên tục tăng tốc, nó sẽ rời khỏi đồng bộ và bắt buộc phải
được cắt ra khỏi lưới điện, khi ấy hệ mất ổn định động.
Nếu hệ thống có khả năng chịu những biến động lớn mà khơng mất ổn định thì cũng sẽ
ổn định với nhiễu nhỏ. Do đó lúc hệ thống đã có dự trữ ổn định động thì cũng có dự trữ
ổn định tĩnh.
Như vậy, sự khác nhau giữa ổn định động và ổn định tĩnh là sự khác nhau giữa
mức độ biến đổi, và cả hai trường hợp đều dẫn đến ổn định hệ thống điện.
Biến đổi lớn đột ngột, ví dụ cắt một phần tử quan trọng như : cắt một mạch của
đường dây lộ kép, tách hệ thống ra từng phần kết lưới, tái cấu trúc hệ thống… có thể
làm mất ổn định động của hệ thống. Nguy hiểm nhất là xảy ra ngắn mạch trong hệ
thống (đường dây, máy cắt, cuộn kháng, tụ bù…), xuất hiện quá trình quá độ phức tạp
gây nên tác động nhầm của relay, tín hiệu điều khiển. Lúc mất ổn định tĩnh hoặc mất

ổn định động, có thể xuất hiện chế độ khơng đồng bộ, hệ thống xảy ra trường hợp giảm
điện áp đột ngột, không cho phép đối với phụ tải lớn.
Những dao động lớn gồm: cắt phụ tải đột ngột, cắt đường dây, máy phát hoặc
máy biến áp đang mang tải. Đặc biệt nguy hiểm là ngắn mạch các lọai và ngắn mạch ba
pha đầu cực máy phát công suất lớn là đặc biệt nghiêm trọng.
Những đột biến nêu trên thường dẫn đến thay đổi cấu trúc hệ thống và làm giảm
cơng suất truyền tải do giới hạn truyền tải. Ví dụ như cắt một đường dây lộ kép sẽ làm

CBHD : TS. Lê Minh Phương

10

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

giảm công suất truyền tải do giới hạn truyền tải. Khi ngắn mạch đường dây truyền
tải sẽ làm điện áp tại nơi ngắn mạch giảm thấp và giá trị Pmax giảm. Do đó ngắn mạch
gây khó khăn cho truyền tải cơng suất vào hệ thống. Đặc biệt khi ngắn mạch ba pha,
điện áp tại nơi ngắn mạch tụt xuống gần bằng không nên công suất không truềyn đi
được (P=0) trong khhi công suất cơ đầu trục máy phát không kịp giảm xuống nên rotor
lồng lên, nếu không cắt nhanh để lọai trừ ngắn mạch thì hệ thống sẽ mất ổn định.
Mất ổn định hệ thống điện gây tổn thất lớn cho nền kinh tế, vì phải cắt điện trên
diện rộng. Do đó việc tiến hành các biện pháp lọai trừ hoặc hạn chế thấp nhất khả năng
mất ổn định luôn cần thiết nhằm giảm thiệt hại kinh tế.
2.3.2 Tiêu chuẩn khảo sđiều khiển Fuzzy-controller, trong FIS file or structure nhập vào fismatrixPSS1

→ chọn OK.

Đến đây ta đã tạo được khối điều khiển Fuzzy-control bằng giải thuật anfis.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

91

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG :
Tiến hành khảo sát và so sánh ổn định của hệ thống khi xảy ra sự cố thoáng qua,
sự cố lâu dài và thay đổi vị trí sự cố trong 3 trường hợp :
-

Hệ thống khơng có bộ PSS

-

Hệ thống sử dụng bộ PSS Kunder

-

Hệ thống sử dụng bộ PSS thiết lập theo anfis (PSS anfis).

5.4.1 Sự số thoáng qua :
- Tạo ngắn mạch 3 pha ở điểm giữa trên đường dây line 1. Điểm ngắn mạch cách B1 và
B2 khoảng cách 110km.
- Ngắn mạch bắt đầu lúc 1s và kết thúc lúc 2s.
- Thời điểm 2 máy cắt tác động, cắt đường dây line 1 khỏi hệ thống là 1,2s, nghĩa là
máy cắt tác động sau sự cố một khoảng thời gian là 0,2s.
- Đặt thời gian mơ phỏng T = 8s, chạy chương trình.
- Xem biểu đồ của hệ thống và các máy phát ở scope system và machines

CBHD : TS. Lê Minh Phương

92

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.1.1 Sự cố thống qua với hệ thống khơng có bộ PSS

Hình 5.14a Điện áp tại thanh cái B1, B2
và cơng suất truyền từ B1 sang B2 với hệ thống không có PSS và ngắn mạch thống qua

Hình 5.14b Thơng số của 8 máy phát với hệ thống khơng có PSS và ngắn mạch thống qua

- Hệ thống khơng có bộ PSS, nếu bị ngắn mạch thoáng qua, hệ thống bị mất ổn định :

+ Điện áp tại thanh cái B1, B2 giảm, công suất truyền từ B1 sang B2 giảm dần về 0.
+ Góc rotor θ, tốc độ w, độ lệch công suất Pa đều dao động.
+ Kết quả mô phỏng dừng ở 7.8s.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

93

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.1.2 Sự cố thoáng qua với hệ thống sử dụng PSS Kunder:

Hình 5.15a Điện áp tại thanh cái B1, B2
và cơng suất truyền từ B1 sang B2 với hệ thống sử dụng PSS Kunder và ngắn mạch thống qua

Hình 515b.Thơng số của 8 máy phát với hệ thống sử dụng PSS Kunder và ngắn mạch thống qua

- Khi hệ thống có bộ PSS Kunder, nếu hệ thống bị ngắn mạch thoáng qua, dưới tác động
của bộ PSS Kunder hệ thống trở lại trạng thái xác lập ở thời điểm 4.5s .

CBHD : TS. Lê Minh Phương

94

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.1.3. Sự cố thoáng qua với hệ thống sử dụng PSS anfis.

Hình 5.16a Điện áp tại thanh cái B1, B2
và cơng suất truyền từ B1 sang B2 với hệ thống sử dụng PSS anfis và ngắn mạch thống qua

Hình 5.16b Thơng số của 8 máy phát với hệ thống sử dụng PSS và ngắn mạch thoáng qua

- Hệ thống sử dụng PSS anfis, nếu bị ngắn mạch thoáng qua, dưới tác động của bộ PSS
anfis hệ thống trở lại trạng thái xác lập ở thời điểm 4.5s sau khi ngắn mạch.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

95

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

Kết luận :
- Hệ thống khơng có biện pháp ổn định, khi ngắn mạch- dù chỉ là ngắn mạch thoáng
qua – hệ thống vẫn bị mất ổn định.
- Bộ PSS anfis hoạt động rất tốt và dập tắt được dao động nhanh như bộ PSS
Kunder.
5.4.2.Kết quả mô phỏng sự số lâu dài :
- Tạo ngắn mạch 3 pha ở điểm giữa trên đường dây line 1. Điểm ngắn mạch cách B1 và
B2 khoảng cách 110km.
- Ngắn mạch bắt đầu lúc 1s và kéo dài đến hết thời gian mô phỏng .
- Hai máy cắt đều không tác động cắt đường dây line 1 khi sự cố
- Đặt thời gian mô phỏng T = 8s, chạy chương trình.
- Xem biểu đồ của hệ thống và các máy phát ở scope system và machines

CBHD : TS. Lê Minh Phương

96

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.2.1 Sự cố lâu dài với hệ thống không sử dụng PSS.

Hình 5.17a Điện áp tại thanh cái B1, B2
và cơng suất truyền từ B1 sang B2 với hệ thống không sử dụng PSS và ngắn mạch lâu dài

Hình 5.17b Thơng số của 8 máy phát với hệ thống không sử dụng PSS và ngắn mạch lâu dài

Nhận xét: Khi hệ thống khơng có bộ PSS, nếu bị ngắn mạch lâu dài:
+ Điện áp tại thanh cái B1, B2 giảm dần về 0,
+ Công suất truyền từ B1 sang B2 giảm dần về 0.
+ Góc rotor θ, tốc độ w dao động tăng, độ lệch công suất Pa dao động.Hệ thống
không ổn định, các thông số của các máy phát mất đồng bộ làm cho q trình mơ
phỏng kết thúc ở thời gian 8,6s.
CBHD : TS. Lê Minh Phương

97

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.2.2 Sự cố lâu dài với hệ thống sử dụng PSS Kunder.

Hình 5.18a Điện áp tại thanh cái B1, B2
và cơng suất truyền từ B1 sang B2 với hệ thống sử dụng PSS Kunder và ngắn mạch lâu dài

Hình 5.18b Thơng số của 8 máy phát với hệ thống sử dụng PSS Kunder và ngắn mạch lâu dài.

Nhận xét :Khi hệ thống sử dụng PSS Kunder, nếu bị ngắn mạch lâu dài mặc dù có bộ PSS
Kunder nhưng khi các thơng số của các máy phát mất đồng bộ thì quá trình mơ phỏng kết
thúc ở thời gian 3,4s. Điều này chứng tỏ thời gian dập tắt dao động của bộ PSS Kunder

không đáp ứng được khi sự cố kéo dài.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

98

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.2.3 Sự cố lâu dài với với hệ thống sử dụng PSS anfis.

Hình 5.19a Điện áp tại thanh cái B1, B2 và
công suất truyền từ B1 sang B2 với hệ thống sử dụng PSS anfis và ngắn mạch lâu dài

Hình 5.19b Thông số của 8 máy phát với hệ thống sử dụng PSS anfis và ngắn mạch lâu dài

Nhận xét: dưới tác động của bộ PSS anfis hệ thống trở lại trạng thái ổn định ở thời
điểm 7s sau khi bị ngắn mạch.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

99

HVTH : Trần Đức Khánh

Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

Kết luận :
Bộ PSS anfis vẫn duy trì được sự ổn định của hệ thống khi sự cố kéo dài, thể hiện
khả năng đáp ứng tốt hơn bộ PSS Kunder.
5.4.3. Kết quả mơ phỏng khi vị trí ngắn mạch 3 pha cách B1 120km:
- Tạo ngắn mạch 3 pha trên đường dây line 1. Điểm ngắn mạch ở vị trí cách B1 120km
và cách B2 khoảng cách 100km.
- Ngắn mạch bắt đầu lúc 1s và kết thúc lúc 2s.
- Thời điểm 2 máy cắt tác động, cắt đường dây line 1 khỏi hệ thống là 1,2s, nghĩa là
máy cắt tác động sau sự cố một khoảng thời gian là 0,2s.
- Đặt thời gian mơ phỏng T = 8s, chạy chương trình.
- Xem biểu đồ của hệ thống và các máy phát ở scope system và machines

CBHD : TS. Lê Minh Phương

100

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.3.1.Ngắn mạch 3 pha cách B1 120km với hệ thống không sử dụng bộ PSS

Hình 5.20a Điện áp tại thanh cái B1, B2 và công suất truyền từ B1 sang B2
với hệ thống không sử dụng PSS và ngắn mạch ở cách B1 120km

Hình 5.20b Thơng số của 8 máy phát
với hệ thống không sử dụng PSS và ngắn mạch ở cách B1 120km

Nhận xét : Hệ thống không ổn định được, thời gian mô phỏng phải kết thúc sớm ở thời
điểm 3,2s.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

101

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.3.2. Ngắn mạch 3 pha cách B1 120km với hệ thống sử dụng PSS Kunder

Hình 5.21a Điện áp tại thanh cái B1, B2 và công suất truyền từ B1 sang B2
với hệ thống sử dụng PSS Kunder và ngắn mạch ở cách B1 120km

Hình 5.21b Thơng số của 8 máy phát với hệ thống sử dụng PSS và ngắn mạch ở cách B1 120km

Nhận xét: Hệ thống được duy trì ổn định nhờ bộ PSS Kunder. Tuy nhiên, điện áp ở các
thanh cái B1 B2 dao động trong khoảng thời gian khá lớn, thời gian bất ổn định
diễn ra dài hơn.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

102

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.3.3. Ngắn mạch 3 pha cách B1 120km với hệ thống sử dụng PSS anfis

Hình 5.22a. Điện áp tại thanh cái B1, B2 và công suất truyền từ B1 sang B2
với hệ thống sử dụng PSS anfis và ngắn mạch ở cách B1 120km

Hình 5.22b. Thơng số của 8 máy phát
với hệ thống sử dụng PSS anfis và ngắn mạch ở cách B1 120km
Nhận xét: Hệ thống vẫn được đặt trở lại trạng thái ổn định sau khi ngắn mạch, dù vị trí ngắn
mạch 3 pha đã thay đổi.

Kết Luận:
Bộ PSS anfis vẫn phát huy được tác dụng tích cực, dù tình huống sự cố đã thay đổi
nhưng PSS anfis vẫn ổn định hệ thống, thể hiện khả năng linh hoạt của PSS anfis.
CBHD : TS. Lê Minh Phương

103

HVTH : Trần Đức Khánh


Luận văn tốt nghiệp

Ổn định hệ thống nhiều máy phát
sử dụng PSS dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo

5.4.4. Kết quả mô phỏng khi ngắn mạch 3 pha tại ví trí cách B1 140 km :
5.2.4.1. Ngắn mạch 3 pha cách B1 140km với hệ thống không sử dụng bộ PSS

Hình 5.23a Điện áp tại thanh cái B1, B2 và công suất truyền từ B1 sang B2
với hệ thống không sử dụng PSS và ngắn mạch ở cách B1 140km

Hình 5.23b. Thơng số 8 máy phát với hệ thống không sử dụng PSS và ngắn mạch cách B1 140km

Nhận xét: Hệ thống khơng ổn định , q trình mơ phỏng kết thúc sau 2.8s.

CBHD : TS. Lê Minh Phương

104

HVTH : Trần Đức Khánh