Đánh giá ổn định hệ thống nhiều máy trong luận văn thạc sĩ HCMUTE

Luận văn thạc sĩ HCMUTE phân tích và đánh giá ổn định hệ nhiều máy, cung cấp cái nhìn sâu sắc về công nghệ và ứng dụng trong thực tiễn.

• Tác giả: Trần Thị Hồng Lan
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Misa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Đánh Giá Ổn Định Hệ Nhiều Máy
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 1.1. Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu
• 1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ổn định hệ thống điện

Nghiên cứu về đánh giá ổn định hệ thống điện đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật điện, đặc biệt là trong bối cảnh hệ thống điện ngày càng phát triển và phức tạp. Việc đánh giá ổn định hệ thống không chỉ giúp đảm bảo an toàn cho hệ thống mà còn nâng cao hiệu quả vận hành. Hệ thống điện nhiều máy, đặc biệt là trong các nhà máy điện lớn, thường gặp phải các vấn đề về dao động và mất ổn định do sự tương tác giữa các máy phát. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp phân tích hiệu suất cho hệ thống điện nhiều máy là rất cần thiết. Luận văn này tập trung vào việc đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy, sử dụng mô hình bốn máy của Kundur như một tiêu chuẩn để phân tích.

1.1. Tầm quan trọng của việc đánh giá ổn định

Việc đánh giá ổn định hệ thống điện là rất quan trọng trong việc đảm bảo tính liên tục và độ tin cậy của nguồn điện. Các sự cố như mất đồng bộ, ngắn mạch, hay thay đổi tải đột ngột có thể gây ra những thiệt hại lớn cho hệ thống điện. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng chịu đựng của hệ thống mà còn giúp các kỹ sư thiết kế các giải pháp khắc phục kịp thời. Theo các nghiên cứu trước đây, việc đánh giá ổn định có thể giúp giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp cho người tiêu dùng.

II. Phương pháp nghiên cứu và mô hình toán học

Luận văn áp dụng phương pháp mô hình toán học để đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy. Mô hình này cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống, bao gồm các thông số của máy phát, đường dây truyền tải và các thiết bị điều khiển. Mô hình bốn máy của Kundur được sử dụng làm cơ sở để thực hiện các phép tính và mô phỏng. Phương pháp này không chỉ giúp xác định các điều kiện ổn định mà còn cho phép dự đoán các phản ứng của hệ thống khi có sự cố xảy ra. Kết quả từ mô hình toán học sẽ được so sánh với các phương pháp phân tích khác để đánh giá tính hiệu quả của nó.

2.1. Mô hình bốn máy của Kundur

Mô hình bốn máy của Kundur là một trong những mô hình tiêu chuẩn trong nghiên cứu ổn định hệ thống điện. Mô hình này bao gồm bốn máy phát điện kết nối với nhau qua các đường dây truyền tải, cho phép phân tích sự tương tác giữa các máy phát. Việc xây dựng mô hình này giúp các nhà nghiên cứu có thể dễ dàng thực hiện các phép tính và mô phỏng để đánh giá ổn định. Mô hình này cũng cho phép xác định các thông số quan trọng như tần số, điện áp và công suất, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc vận hành hệ thống.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả từ nghiên cứu cho thấy phương pháp đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy có thể áp dụng hiệu quả trong thực tiễn. Các mô phỏng cho thấy rằng hệ thống có khả năng duy trì ổn định trong các điều kiện khác nhau, từ đó cung cấp thông tin quan trọng cho việc thiết kế và vận hành hệ thống điện. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp nâng cao tính ổn định mà còn giảm thiểu rủi ro cho hệ thống điện. Hơn nữa, nghiên cứu này cũng mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực nghiên cứu hệ thống điện.

3.1. Ứng dụng trong hệ thống điện Việt Nam

Nghiên cứu này có thể được áp dụng vào thực tiễn để đánh giá ổn định cho hệ thống điện ở Việt Nam, nơi mà nhu cầu điện năng đang gia tăng nhanh chóng. Việc áp dụng các phương pháp phân tích ổn định sẽ giúp các nhà quản lý hệ thống điện có được cái nhìn tổng quan về khả năng chịu đựng của hệ thống trước các sự cố. Điều này không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống mà còn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho người tiêu dùng. Hệ thống điện Việt Nam đang trong quá trình hiện đại hóa, do đó, việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại là rất cần thiết.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ và nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện đóng vai trò then chốt trong sự phát triển kinh tế xã hội. Ở Việt Nam, sự gia tăng công suất các nhà máy điện và mở rộng mạng lưới truyền tải đã làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn, đặc biệt là sự tương tác giữa các máy phát điện ở các vùng miền khác nhau. Theo ước tính, các sự cố ngắn mạch chiếm tỷ lệ từ 70-90% là ngắn mạch một pha chạm đất, trong khi ngắn mạch ba pha tuy ít xảy ra (5-10%) nhưng có ảnh hưởng nghiêm trọng đến ổn định hệ thống. Do đó, đánh giá ổn định hệ thống điện, đặc biệt là ổn định quá độ của hệ nhiều máy phát, trở thành nhiệm vụ cấp thiết nhằm đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy và nâng cao chất lượng điện năng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng và áp dụng phương pháp đánh giá ổn định hệ nhiều máy dựa trên mô hình toán học chi tiết, tập trung vào hệ thống điện hai vùng bốn máy của Kundur – một mô hình chuẩn trong nghiên cứu ổn định hệ thống điện. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân tích ổn định tĩnh và động của hệ thống điện nhiều máy, với dữ liệu và mô hình được khảo sát trong khoảng thời gian vận hành thực tế tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao hiểu biết về ổn định hệ thống điện mà còn cung cấp công cụ hỗ trợ vận hành và thiết kế hệ thống điện trong nước, giúp giảm thiểu rủi ro mất đồng bộ và thiệt hại kinh tế do sự cố.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản về ổn định hệ thống điện, bao gồm:

• Khái niệm ổn định hệ thống điện: Ổn định tĩnh là khả năng hệ thống phục hồi sau các kích động nhỏ, còn ổn định động là khả năng chịu đựng các kích động lớn như ngắn mạch ba pha mà không mất đồng bộ.
• Mô hình toán học máy phát đồng bộ: Bao gồm ảnh hưởng của cuộn kích từ, cuộn cản trên trục d và q, cùng bộ kích từ PSS (Power System Stabilizer) nhằm điều chỉnh và ổn định dao động máy phát.
• Phương pháp đánh giá ổn định: Sử dụng phương pháp tuyến tính hóa hệ phương trình vi phân mô tả quá trình quá độ, phân tích trị riêng của ma trận hệ thống để xác định tính ổn định tiệm cận.
• Phương pháp tích phân số: Áp dụng các thuật toán Runge-Kutta bậc 4 và phương pháp phân đoạn liên tiếp để giải các phương trình vi phân phi tuyến mô tả động học hệ thống điện trong miền thời gian.
• Tiêu chuẩn đánh giá ổn định: Tiêu chuẩn năng lượng và tiêu chuẩn diện tích giúp xác định biên độ dao động góc rotor và điều kiện duy trì ổn định sau sự cố.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm các thông số kỹ thuật của máy phát đồng bộ, bộ kích từ, đường dây truyền tải và các điều kiện vận hành thực tế được chuẩn hóa trong hệ đơn vị tương đối. Mô hình toán học được xây dựng chi tiết cho từng máy phát, bao gồm các phương trình từ thông, dòng điện, điện áp và mô men, đồng thời tích hợp bộ kích từ PSS để mô phỏng phản ứng điều khiển.

Phương pháp phân tích ổn định được thực hiện qua các bước:

• Xây dựng mô hình toán học hệ thống một máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn và hệ nhiều máy (hai vùng bốn máy Kundur).
• Tuyến tính hóa hệ phương trình trạng thái và tính toán trị riêng để đánh giá ổn định tĩnh.
• Mô phỏng miền thời gian bằng phần mềm Matlab sử dụng thuật toán Runge-Kutta bậc 4 để đánh giá ổn định động sau các sự cố ngắn mạch 3 pha.
• So sánh kết quả mô phỏng với các tiêu chuẩn lý thuyết và các nghiên cứu trước đây để xác nhận tính chính xác và hiệu quả của phương pháp.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2014 đến 2015, tập trung vào hệ thống điện Việt Nam và mô hình chuẩn quốc tế Kundur.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình toán học chi tiết của máy phát đồng bộ: Việc xây dựng mô hình có xét đến cuộn kích từ, cuộn cản và bộ kích từ PSS đã cho phép mô phỏng chính xác các đặc tính động học của máy phát. Các thông số như điện cảm, điện trở và hằng số quán tính được xác định cụ thể, ví dụ: hằng số quán tính H = 3,5 MWs/MVA, điện kháng đồng bộ dọc trục Xd = 1,8 p.u, điện kháng ngang trục Xq = 1,7 p.u.

2. Đánh giá ổn định tĩnh hệ một máy: Phân tích trị riêng của ma trận hệ thống cho thấy khi hệ số mô men cản KD thay đổi từ -10 đến 10, các trị riêng có phần thực âm, biểu thị hệ thống ổn định tiệm cận. Ví dụ, với KD = 10, các trị riêng có phần thực âm lớn hơn 0,1, cho thấy dao động tắt dần nhanh chóng.

3. Đánh giá ổn định động hệ nhiều máy (hai vùng bốn máy Kundur): Mô phỏng sự cố ngắn mạch 3 pha tại các vị trí khác nhau cho thấy hệ thống có khả năng duy trì ổn định nếu thời gian tồn tại ngắn mạch không vượt quá giới hạn cắt. Dạng sóng dao động góc rotor và tốc độ máy phát được ghi nhận với biên độ dao động giảm dần sau khi sự cố được xử lý. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy kết quả tương đồng, khẳng định tính hiệu quả của phương pháp.

4. Ảnh hưởng của bộ kích từ PSS: Việc tích hợp bộ PSS giúp giảm biên độ dao động và tăng tốc độ ổn định của hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy biên độ dao động giảm khoảng 15-20% so với trường hợp không có PSS, góp phần nâng cao độ tin cậy vận hành.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các phát hiện trên là do mô hình toán học chi tiết và phương pháp giải tích phân số chính xác, giúp phản ánh đúng các đặc tính phi tuyến và động học của hệ thống điện. So với các phương pháp truyền thống biến đổi hệ nhiều máy thành hệ một máy tương đương, phương pháp đề xuất giữ nguyên mô hình từng máy riêng lẻ, từ đó cung cấp kết quả đánh giá ổn định chính xác hơn.

Kết quả cũng phù hợp với các nghiên cứu trong nước như bộ ổn định FTDNN-PSS và các nghiên cứu quốc tế về đo trị riêng online bằng SMES. Việc áp dụng mô hình Kundur giúp mô phỏng gần sát thực tế vận hành hệ thống điện Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh phát triển các nhà máy điện và đường dây truyền tải mới.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ dạng sóng dao động góc rotor, tốc độ máy phát và bảng trị riêng tương ứng với các trường hợp khác nhau của hệ số mô men cản và thời gian tồn tại ngắn mạch, giúp trực quan hóa quá trình ổn định và mất ổn định của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp đánh giá ổn định cho hệ thống điện Việt Nam: Khuyến nghị các đơn vị vận hành và thiết kế hệ thống điện sử dụng mô hình toán học chi tiết và thuật toán phân tích ổn định để đánh giá các kịch bản sự cố, nhằm nâng cao độ tin cậy vận hành trong vòng 1-2 năm tới.

2. Phát triển bộ ổn định PSS tích hợp trí tuệ nhân tạo: Đề xuất nghiên cứu và triển khai bộ PSS sử dụng mạng nơron hoặc thuật toán fuzzy logic để tự động điều chỉnh tham số theo điều kiện vận hành thực tế, giảm biên độ dao động và tăng khả năng chống mất ổn định, thực hiện trong 3 năm tới bởi các viện nghiên cứu và trường đại học.

3. Xây dựng hệ thống giám sát và đo trị riêng online: Khuyến khích đầu tư thiết bị SMES hoặc các công nghệ đo hiện đại để theo dõi trị riêng của hệ thống điện theo thời gian thực, giúp phát hiện sớm nguy cơ mất ổn định và đưa ra biện pháp xử lý kịp thời, triển khai trong 5 năm tới bởi các công ty truyền tải điện.

4. Tối ưu hóa thời gian cắt sự cố và điều khiển đóng cắt thiết bị: Đề xuất nghiên cứu và áp dụng các thuật toán điều khiển nhanh nhằm giảm thời gian tồn tại ngắn mạch dưới giới hạn cắt, từ đó giảm thiểu dao động và nguy cơ mất ổn định, thực hiện trong 1 năm bởi các đơn vị vận hành lưới điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện: Nắm bắt các phương pháp đánh giá ổn định mới, áp dụng vào thực tiễn vận hành để đảm bảo an toàn và tin cậy hệ thống điện.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Học tập mô hình toán học chi tiết và phương pháp phân tích ổn định, làm cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về ổn định hệ thống điện.

3. Các đơn vị thiết kế và xây dựng hệ thống điện: Sử dụng kết quả nghiên cứu để đánh giá tính khả thi và ổn định của các dự án nhà máy điện và đường dây truyền tải mới.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Tham khảo để xây dựng các tiêu chuẩn vận hành và quy định về ổn định hệ thống điện, góp phần nâng cao chất lượng điện năng quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp đánh giá ổn định hệ nhiều máy có ưu điểm gì so với phương pháp biến đổi tương đương?
   Phương pháp đánh giá ổn định dựa trên mô hình từng máy riêng lẻ giữ nguyên tính chi tiết và đặc tính phi tuyến của hệ thống, cho kết quả chính xác hơn so với phương pháp biến đổi hệ nhiều máy thành hệ một máy tương đương, vốn có thể làm mất thông tin quan trọng về tương tác giữa các máy.

2. Bộ kích từ PSS ảnh hưởng như thế nào đến ổn định hệ thống?
   Bộ PSS giúp giảm biên độ dao động góc rotor và tăng tốc độ tắt dao động sau sự cố, từ đó nâng cao độ ổn định động của hệ thống. Ví dụ, trong nghiên cứu, biên độ dao động giảm khoảng 15-20% khi có PSS.

3. Tại sao ngắn mạch ba pha được xem là nguy hiểm nhất đối với ổn định hệ thống?
   Ngắn mạch ba pha làm gián đoạn hoàn toàn mối liên hệ giữa nhà máy và phụ tải, gây giảm công suất cực đại và dao động mạnh của máy phát, dễ dẫn đến mất đồng bộ và tan rã hệ thống nếu không được xử lý kịp thời.

4. Phương pháp Runge-Kutta bậc 4 được sử dụng trong nghiên cứu có ưu điểm gì?
   Phương pháp này có sai số nhỏ, ổn định số cao và khả năng giải các phương trình vi phân phi tuyến phức tạp trong miền thời gian, giúp mô phỏng chính xác quá trình quá độ và dao động của hệ thống điện.

5. Làm thế nào để xác định thời gian cắt giới hạn trong vận hành hệ thống điện?
   Thời gian cắt giới hạn được xác định dựa trên tiêu chuẩn diện tích năng lượng, khi diện tích năng lượng tích lũy bằng diện tích năng lượng tiêu tán, đảm bảo góc rotor không vượt quá giới hạn ổn định. Việc này giúp thiết kế thời gian đóng cắt thiết bị phù hợp để duy trì ổn định.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học chi tiết của máy phát đồng bộ có xét đến cuộn kích từ, cuộn cản và bộ kích từ PSS, phục vụ đánh giá ổn định hệ nhiều máy.
• Phương pháp đánh giá ổn định dựa trên phân tích trị riêng và mô phỏng miền thời gian cho kết quả chính xác, phù hợp với các tiêu chuẩn lý thuyết và thực tế vận hành.
• Ổn định hệ nhiều máy được chứng minh qua mô hình hai vùng bốn máy Kundur, mô phỏng các sự cố ngắn mạch và phản ứng của hệ thống.
• Bộ kích từ PSS đóng vai trò quan trọng trong việc giảm dao động và nâng cao độ ổn định động của hệ thống điện.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các công cụ đánh giá và điều khiển ổn định hệ thống điện hiện đại, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và an toàn hệ thống điện Việt Nam trong tương lai.

Để tiếp tục phát triển, cần triển khai áp dụng phương pháp vào hệ thống điện thực tế, nghiên cứu các bộ ổn định thông minh và xây dựng hệ thống giám sát ổn định online. Quý độc giả và các chuyên gia được mời tham khảo và ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng vận hành hệ thống điện quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ HỒNG LAN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ NHIỀU MÁY NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 7 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ HỒNG LAN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ NHIỀU MÁY NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THỊ MISA Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2015 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trần Thị Hồng Lan Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 07 / 10 / 1982 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: B4/9A khu phố Bình Thuận 2, phường Thuận Giao, thị xã Thuận An, tỉnh Bình Dương. Điện thoại cơ quan: 0650.3820655 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail:lanvsvc@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2.

Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9 / 2000 đến 2 / 2005 Nơi học (trường, thành phố): trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Ngành học: Điện khí hóa – Cung cấp điện i Luan van Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Đồ án: Bảo vệ rơle trong hệ thống điện. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Bảo vệ đồ án tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2/2005 Người hướng dẫn: TS. Quyền Huy Ánh III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 10/ 2005 Trường Cao đẳng nghề Việt Nam - Giảng viên đến nay Singapore ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 Học viên Trần Thị Hồng Lan iii Luan van LỜI CẢM TẠ Trong quá trình học tập ở trường, tôi đã nhận được sự giúp đỡ chân tình từ nhiều phía để có được kết quả như ngày hôm nay. Do đó tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô bộ môn, những người đã trang bị cho tôi những kiến thức chuyên ngành rất hữu ích.

Tôi xin cảm ơn lãnh đạo trường, lãnh đạo khoa, thầy chủ nhiệm ngành đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học này. Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các anh chị em học viên trong lớp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian học tập. Đặc biệt tôi xin cảm ơn Cô – TS. Nguyễn Thị Misa, người đã trực tiếp hướng dẫn để tôi hoàn thành cuốn luận văn này.

Cô đã rất tận tình giảng giải những điều tôi thắc mắc để từ đó tôi có cơ sở đọc hiểu được các tài liệu liên quan đến lĩnh vực mà mình nghiên cứu. Do đó một lần nữa tôi xin được gửi đến Cô lời cảm ơn sâu sắc nhất. Cuối cùng tôi kính chúc Cô và mọi người có được nhiều niềm vui, dồi dào sức khoẻ và thành công trong cuộc sống. iv Luan van TÓM TẮT Việc phân tích ổn định quá độ trong thời gian gần đây đã trở thành một vấn đề quan trọng trong việc vận hành hệ thống điện do sự gia tăng các sự cố trên lưới.

Điều này đòi hỏi sự đánh giá về khả năng chịu đựng của hệ thống điện trước các nhiễu loạn mà vẫn duy trì được chất lượng điện năng. Nhiều kỹ thuật khác nhau đã được đề xuất để phân tích ổn định quá độ trong hệ thống điện, đặc biệt cho hệ thống điện nhiều máy phát. Các phương pháp này bao gồm phương pháp miền thời gian – tần số. Tuy nhiên đa số các phương pháp phải biến đổi từ hệ nhiều máy về một máy tương đương nối với thanh cái vô cùng lớn.

Luận văn này giới thiệu một phương pháp mới được xem là một thuật toán chính xác dùng để phân tích ổn định cho hệ thống điện với từng máy riêng lẻ. Đây là công cụ nhận biết các điều kiện ổn định hay bất ổn định của hệ thống điện sau sự cố bằng việc giải các phương trình vi phân. Phương pháp này được trình bày thông qua hệ thống điện hai vùng bốn máy của Kundur. Mặc dù đây là hệ thống điện đơn giản nhưng các chế độ của nó rất gần với các hệ thống điển hình trong thực tế vận hành.

Trong luận văn này, người viết đã thực hiện các công việc chính như sau: - Xây dựng mô hình toán học của máy phát đồng bộ có xét đến ảnh hưởng của cuộn kích từ, cuộn cản và bộ kích từ PSS. - Đánh giá ổn định cho hệ thống gồm một máy phát đồng bộ kết nối thanh cái vô cùng lớn. - Đánh giá ổn định cho hệ thống hai vùng bốn máy của Kundur Kết quả đánh giá ổn định đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp đề xuất. Phương pháp này có thể được áp dụng vào thực tiễn để đánh giá ổn định cho một hệ nhiều máy bất kỳ cũng như hệ thống điện ở Việt Nam.

v Luan van ABSTRACT Transient stability analysis has recently become a major issue in the operation of power systems due to the increasing stress on power system networks. This problem requires evaluation of a power system's ability to withstand disturbances while maintaining the quality of service. Many different techniques have been proposed for transient stability analysis in power systems, specially for a multi-machine system. These methods include the frequency and time domain solutions.

However, the most methods must transform from a multi-machine system to an equivalent machine and infinite bus system [10], [11], [12], [14]. This thesis introduces a method as an accurate algorithm to analyze transient stability for power system with an individual machine. It is as a tool to identify stable and unstable conditions of a power system after fault clearing with solving differential equations. This method is performed for an four- machine Kundur power system.

Despite its small size, it mimics very closely the behavior of typical systems in actual operation. In this thesis, the author have to carry out the following main steps: - Set up the mathematical model of synchronous generator with effect of field circuit, amortissuers and excitation – system models PSS. - Evaluate the dynamic stability of a single machine infinite bus system. - Evaluate the dynamic stability of an four-machine Kundur power system.

The results of transient stability assessment have showed the effectiveness of proposed method. It can be applied to evaluate the dynamic stability of any multi – machine network as well as the power system in Vietnam. vi Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách các chữ viết tắt ix Danh sách các hình x Danh sách các bảng xii Chƣơng 1. Tổng quan về hướng nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu 1 trong và ngoài nước 1.

Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu 5 1. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 5 1. Phương pháp nghiên cứu 6 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 7 2.

Các khái niệm cơ bản 7 2. Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh 13 2. Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định động 17 Chƣơng 3. ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ MỘT MÁY 24 3.

Tổng quan về hệ thống gồm một máy phát đồng bộ kết nối 24 thanh cái vô cùng lớn dùng trong nghiên cứu ổn định 3. Khảo sát mô hình toán học của hệ thống gồm một máy phát đồng bộ 25 vii Luan van kết nối thanh cái vô cùng lớn dùng trong nghiên cứu ổn định 3. Đánh giá ổn định tĩnh hệ thống gồm một máy phát đồng bộ kết nối 30 thanh cái vô cùng lớn 3. Đánh giá ổn định động hệ thống gồm một máy phát đồng bộ kết nối 47 thanh cái vô cùng lớn Chƣơng 4.

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ NHIỀU MÁY 60 4. Tổng quan về hệ thống điện nhiều máy ( hai vùng bốn máy ) 60 dùng trong nghiên cứu ổn định 4. Mô hình toán học hệ thống điện nhiều máy ( hai vùng bốn máy ) 61 dùng trong nghiên cứu ổn định 4. Đánh giá ổn định tĩnh hệ nhiều máy 68 4.

Đánh giá ổn định động hệ nhiều máy 78 Chƣơng 5. Những mặt còn tồn tại và hướng phát triển trong tương lai 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 90 viii Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu khoa học / Chữ viết tắt Ý nghĩa HTĐ Hệ thống điện CĐXL Chế độ xác lập CĐQĐ Chế độ quá độ CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng MP Máy phát điện R–K Runge – Kutta PSS Power System Stabilizer IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers TQD Torque Disturbances ix Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Hệ thống điện đơn giản và sơ đồ tương đương 14 Hình 2. Minh họa nguyên lý áp dụng phương pháp Euler 20 Hình 2. Xác định thời gian cắt giới hạn 23 Hình 3.

Hệ gồm máy đồng bộ kết nối với thanh cái vô cùng lớn. Mạch tương đương máy phát đồng bộ. Hệ thống kích từ với PSS 26 Hình 3. Hệ thống kích từ với PSS ở dạng đơn giản.

Hệ thống thực được xem xét. Mô hình tương đương của hệ gồm 1 MP nối với thanh cái vô cùng 31 lớn. Sơ đồ khối của hệ thống khi có nhiễu trên trục máy phát 50 Hình 3. Dạng sóng của hệ thống khi có nhiễu trên trục máy phát 53 Hình 3.

Sơ đồ khối của hệ thống khi có ngắn mạch 3 pha tại thanh cái vô cùng lớn. Dạng sóng của hệ thống khi có ngắn mạch 3 pha tại thanh cái vô cùng lớn 58 Hình 4. Sơ đồ đơn tuyến hệ thống hai vùng bốn máy của Kundur 61 Hình 4. Mô hình hóa hệ thống điện cho mục đích phân tích ổn định động 63 Hình 4.

Phép biến đổi giữa hai hệ qui chiếu khác nhau 64 Hình 4. Sự cố ngắn mạch 3 pha xảy ra tại F 79 Hình 4. Dạng sóng ra của trường hợp 1 80 x Luan van Hình 4. Dạng sóng ra của trường hợp 2 82 Hình 4.

Dạng sóng ra của trường hợp 3 83 Hình 4. Dạng sóng ra của trường hợp 4 84 xi Luan van DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3. Ý nghĩa các ký hiệu trong phương trình 28 Bảng 3. Các trị riêng ứng với trường hợp KD = 0 41 Bảng 3.