Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Ổn Định Tín Hiệu Bé Trong Hệ Thống Điện Có Thiết Bị FACTS

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết bị mạng và nhà máy điện, xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé trong hệ thống điện có thiết bị FACTS.

• Tác giả: Huỳnh Tấn Phát
• Người hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Văn Liêm
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
• Đề tài: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có thiết bị FACTS
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Luận Văn Thạc Sĩ

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc phân tích ổn định tín hiệu bé trong hệ thống điện có sử dụng thiết bị FACTS. Với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu điện năng ngày càng tăng, dẫn đến sự phức tạp trong vận hành hệ thống điện. Ổn định tín hiệu bé là yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, đặc biệt khi có sự xuất hiện của các nhiễu loạn nhỏ. Thiết bị FACTS như SVC và TCSC được nghiên cứu để nâng cao khả năng ổn định góc rotor máy phát điện, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi của các nhiễu loạn.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé cho hệ thống điện có sử dụng thiết bị FACTS. Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu vai trò của FACTS trong việc điều khiển hệ thống điện, đồng thời làm cơ sở cho việc thiết kế các giải pháp điều khiển phối hợp để nâng cao ổn định tín hiệu bé.

1.2. Phạm vi nghiên cứu

Luận văn tập trung vào phân tích ổn định tín hiệu bé và nghiên cứu về công nghệ FACTS, bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và vai trò của các thiết bị như SVC và TCSC. Nghiên cứu cũng xây dựng mô hình các phần tử của hệ thống điện để phục vụ cho mục đích phân tích.

II. Tổng quan về Ổn Định Tín Hiệu Bé

Ổn định tín hiệu bé là vấn đề quan trọng trong vận hành hệ thống điện, đặc biệt khi có sự xuất hiện của các nhiễu loạn nhỏ. Các sự cố mất điện lớn thường bắt nguồn từ sự mất ổn định này. Nghiên cứu về ổn định tín hiệu bé giúp hiểu rõ các loại bất ổn khác nhau, từ đó thiết kế và vận hành hệ thống điện hiệu quả hơn. Thiết bị FACTS đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao ổn định tín hiệu bé thông qua khả năng điều chỉnh nhanh các thông số hệ thống.

2.1. Lịch sử và cơ sở lý thuyết

Vấn đề ổn định tín hiệu bé đã được nghiên cứu từ những năm 1920. Các phương pháp phân tích giá trị riêng và tuyến tính hóa hệ thống được sử dụng để đánh giá sự ổn định. Thiết bị FACTS như SVC và TCSC được tích hợp vào hệ thống để cải thiện hiệu suất và ổn định.

2.2. Ứng dụng của FACTS

Thiết bị FACTS như SVC và TCSC được sử dụng để điều chỉnh công suất phản kháng và trở kháng trong hệ thống điện. Chúng giúp nâng cao ổn định tín hiệu bé bằng cách giảm thiểu ảnh hưởng của các nhiễu loạn nhỏ, đặc biệt trong các hệ thống điện phức tạp.

III. Mô Hình Hệ Thống Điện và FACTS

Luận văn xây dựng mô hình các phần tử của hệ thống điện để phục vụ cho việc nghiên cứu ổn định tín hiệu bé. Các mô hình cổ điển của máy phát điện, ảnh hưởng của bộ kích từ và hệ thống kích từ được phân tích chi tiết. Thiết bị FACTS như SVC và TCSC được mô hình hóa và tích hợp vào hệ thống để đánh giá hiệu quả trong việc nâng cao ổn định.

3.1. Mô hình máy phát điện

Mô hình cổ điển của máy phát điện được sử dụng để phân tích ổn định tín hiệu bé. Các yếu tố như cuộn dây kích thích và bộ kích từ được xem xét để đánh giá ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống.

3.2. Mô hình FACTS

Thiết bị FACTS như SVC và TCSC được mô hình hóa và tích hợp vào hệ thống điện. Các mô hình này được sử dụng để phân tích hiệu quả của FACTS trong việc nâng cao ổn định tín hiệu bé và giảm thiểu ảnh hưởng của các nhiễu loạn nhỏ.

IV. Phân Tích và Kết Quả

Luận văn sử dụng phần mềm Matlab để xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của thiết bị FACTS trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện. Cụ thể, TCSC giúp giảm thiểu dao động góc rotor và cải thiện hiệu suất hệ thống.

4.1. Kết quả mô phỏng

Các kết quả mô phỏng cho thấy thiết bị FACTS như TCSC có hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định tín hiệu bé. Các dao động góc rotor được giảm thiểu đáng kể khi sử dụng TCSC, từ đó cải thiện hiệu suất và ổn định của hệ thống điện.

4.2. Đánh giá hiệu quả

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của thiết bị FACTS trong việc nâng cao ổn định tín hiệu bé. Kết quả cho thấy TCSC là giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ảnh hưởng của các nhiễu loạn nhỏ và cải thiện hiệu suất hệ thống điện.

V. Kết Luận và Ứng Dụng

Luận văn kết luận rằng việc sử dụng thiết bị FACTS như SVC và TCSC có hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện. Nghiên cứu này mở ra hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại để cải thiện hiệu suất và ổn định hệ thống điện.

5.1. Kết luận

Nghiên cứu khẳng định hiệu quả của thiết bị FACTS trong việc nâng cao ổn định tín hiệu bé. TCSC và SVC là các giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ảnh hưởng của các nhiễu loạn nhỏ và cải thiện hiệu suất hệ thống điện.

5.2. Ứng dụng thực tế

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc thiết kế và vận hành các hệ thống điện thông minh. Thiết bị FACTS như TCSC và SVC có thể được tích hợp vào hệ thống để nâng cao hiệu suất và ổn định, đặc biệt trong các hệ thống điện phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU 1.Lý do chọn đề tài Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ ngày càng cao, điện năng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong tất cả các ngành kinh tế, sự phát triển của nhu cầu tiêu thụ điện năng đánh giá sự phát triển của xã hội và nâng cao đời sống của một khu vực, một quốc gia. Do đó, hệ thống điện cũng ngày càng phát triển cả về quy mô lẫn công nghệ. Ngày nay đã hình thành nhiều hệ thống điện lớn trong phạm vi quốc gia hoặc liên quốc gia, xuất hiện nhiều nhà máy điện làm nhiệm vụ đáp ứng công suất cho phụ tải điện. Trong những năm qua, cùng với sự phát triển về kinh tế, nhu cầu điện năng của Việt Nam là rất lớn, xuất hiện nhiều nhà máy nhiệt điện và nhà máy thủy điện làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn đặc biệt là vấn đề về đồng bộ cũng như tính ổn định của hệ thống.

Một số rối loạn nhỏ có thể gây ra biến động về tần số, tải và điện áp trên hệ thống điện, vì vậy, sự mất ổn định tín hiệu nhỏ là một trong những yếu tố chính hạn chế khả năng truyền tải giữa các hệ thống điện có thể dẫn đến tan ra hệ thống điện. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng điện của hệ thống điện. Các thiết bị thường dùng là: thiết bị bù tĩnh (SVC), thiết bị bù dọc (TCSC). Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng.

Vì vậy việc nghiên cứu xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé có dùng thiết bị FACTS có tầm quan trọng rất lớn. Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ thống điện.Mục tiêu của nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là: + Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện. HVTH: Huỳnh Tấn Phát Trang 1 GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm MSHV:12820138 Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có thiết bị FACTS + Nghiên cứu tìm hiểu vai trò các thiết bị FACTS trong việc điều khiển hệ thống điện + Làm cơ sở cho việc thiết kế điều khiển phối hợp nhằm nâng cao ổn định tín hiệu bé 3.

Phạm vi nghiên cứu + Phân tích ổn định tín hiệu bé + Nghiên cứu về công nghệ FACTS, cấu tạo nguyên lý làm việc và vai trò của một số thiết bị FACTS ( SVC, TCSC) 4.Các nội dung nghiên cứu + Xây dựng mô hình của các phần tử của hệ thống điện phục vụ cho mục đích nghiên cứu ổn định tín hiệu bé + Tuyến tính hóa phương trình vi phân đại số để mô tả chê độ làm việc của hệ thống điện. + Xây dựng ma trận đặc trưng và xác định các giá trị riêng. + Xác định các vectơ riêng tính đáp ứng trong miền thời gian của HTĐ khi chịu tác động của nhiễu nhỏ + Xây dựng chương trình sử dụng phần mềm Matlab HVTH: Huỳnh Tấn Phát Trang 2 GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm MSHV:12820138 Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có thiết bị FACTS CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan các vấn đề có liên quan Phân tích ổn định tín hiệu nhỏ trong hệ thống điện đã được công nhận là một vấn đề quan trọng đối với hệ thống điện hoạt động an toàn kể từ những năm 1920 Nhiều sự cố mất điện lớn đã xảy ra bởi sự mất ổn định hệ thống điện.

Sự không ổn định tạm thời chiếm tỷ trọng lớn trên hầu hết các hệ thống điện, và đã là trọng tâm của nhiều sự chú ý trong ngành công nghiệp liên quan đến ổn định hệ thống. Điều này đã tạo ra một nhu cầu lớn về nghiên cứu phân tích ảnh hưởng ổn định tín hiệu nhỏ để có một sự hiểu biết rõ ràng về các loại bất ổn khác nhau là điều cần thiết cho việc thiết kế và vận hành hệ thống điện tốt hơn đang là vấn đề cấp thiết.Thuật toán và chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện đã được nghiên cứu và xây dựng từ lâu. Tuy nhiên phần mềm có tính chất thương mại đòi hỏi phải có kinh phí để mua. Gần đây với sự ứng dụng của các thiết bị FACTS trong các hệ thống điện việc nghiên cứu và xây dựng thuật toán, chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé được quan tâm [1], [2], [3] 1.2 Tóm lƣợc các bài báo liên quan [1] X.

Chiang, Fellow, IEEE “A New Methodology for Small-signal Stability Analysis of FACTS System” Bài viết này đưa ra một phương pháp mới để phân tích sự ổn định tín hiệu nhỏ của hệ thống điện với các thiết bị FACTS. Cơ sở phân tích của phương pháp là lý thuyết bản đồ Poincare và kỹ thuật phép lấy vi phân tự động cung cấp một phương pháp hiệu quả để dễ dàng mở rộng các phần mềm mô phỏng trong miền thời gian để có hàm phân tích giá trị riêng. Định thức Jacobian của các hệ thống phi tuyến trong thời gian khác nhau là số lượng tính thông qua phép vi phân tự động với độ chính xác cao, phương pháp tiếp cận này có thể giải các hệ thống quy mô lớn với các thiết bị điện tử công suất và nó được dùng để mô hình toàn bộ hệ thống. [2] Seung-Cheol Lee, Student Member, IEEE Jin-yi Kim, Student Member, IEEE, Jong-Hoon Lee, Student Member, IEEE Jung-Wook Lim, Student HVTH: Huỳnh Tấn Phát Trang 3 GVHD: TS.

Nguyễn Văn Liêm MSHV:12820138 Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có thiết bị FACTS Member, IEEE. Seung-11 Moon, Member, IEEE “Hybrid Linearization of a Power System with FACTS Devices for a Small Signal stability Study” Bài viết này đưa ra một phương pháp tuyến tính hóa một hệ thống điện với thiết bị FACTS ( Một thiết bị linh hoạt trong hệ thống truyền tải) Mô hình hệ thống điện được tuyến tính cung cấp kiến thức hữu ích, đó là cần thiết cho việc nghiên cứu sự ổn định tín hiệu nhỏ và thiết kế kiểm soát, nó tính toán nhiều hơn cho hệ thống điện lớn với nhiều thiết bị FACTS. Việc xác định trị số của hệ thống tuyến tính bằng cách sử dụng dữ liệu số đầu vào-đầu ra là rất linh hoạt. Trong bài báo này, một phương pháp đại số tuyến tính và kỹ thuật tuyến tính số được kết hợp được trình bày.

Trong khi cả hai hệ thống điện và các thiết bị FACTS được tuyến tính riêng bằng cách sử dụng phương pháp đại số, các điều kiện tương tác giữa các hệ thống điện và các thiết bị FACTS được xác định bởi việc áp dụng kỹ thuật tối ưu hóa bậc hai. Đề xuất kỹ thuật tuyến tính hóa được kiểm tra trên hệ thống WSCC trong đó một TCSC (Thyristor- kiểm soát (Tụ) được cài đặt. Sự phân tích giá trị riêng lẫn những kết quả mô phỏng trong miền thời gian xác minh rằng các phương pháp đề xuất có hiệu quả để xác định các mô hình tuyến tính của hệ thống điện với các thiết bị FACTS. Sakis Meliopoulos Fellow “Power System Small Signal Stability Analysis with FACTS Elements” FACTS (hệ thống truyền dẫn AC linh hoạt) Những phần tử bao gồm những thiết bị chuyển mạch điện tử tần số thấp mà dẫn đến điện áp và những dạng sóng không sin.

Phương pháp dựa trên giả định các dạng sóng hình sin không chính xác cho hệ thống với các phần tử FACTS, trong khi các phương pháp lấy trung bình làm việc tốt cho các hệ thống chuyển mạch tần số cao nhưng ít chính xác cho các hệ thống chuyển mạch với tần số thấp. Bài viết này trình bày một phương pháp chính xác hơn cho việc phân tích ổn định tín hiệu nhỏ của hệ thống với các phần tử FACTS và các phần tử phi tuyến. Phương pháp này bao gồm: (a) FACTS và mô hình thiết bị phi tuyến. (b) Phân tích trạng thái ổn định tuần hoàn hệ thống (c) Phân tích hệ thống giá trị riêng.

HVTH: Huỳnh Tấn Phát Trang 4 GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm MSHV:12820138 Luận văn: Xây dựng chương trình phân tích ổn định tín hiệu bé của hệ thống điện có thiết bị FACTS Phương pháp được so sánh với phương pháp lấy trung bình [4] IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions “Definition and Classification of Power System Stability” Vấn đề xác định và phân loại sự ổn định hệ thống điện đã được giải quyết bởi một số bài báo cáo của diễn đàn toàn c ầu ngành Công nghi ệp điê ̣n. (CIGRE) và IEEE Task Force trước đây. Những nỗ lực trước đó, không hoàn toàn phản ánh nhu cầu, kinh nghiệm và sự hiểu biết của ngành công nghiệp hiện nay.

Đặc biệt, các định nghĩa không chính xác và không phân loại tất cả các trường hợp bất ổn thực tế. Báo cáo này giải quyết các vấn đề định nghĩa ổn định và phân loại chúng trong hệ thống điện từ một quan điểm cơ bản và kiểm tra chặt chẽ các nhánh thực tế. Báo cáo nhằm mục đích xác định sự ổn định hệ thống điện chính xác hơn, cung cấp một cách có hệ thống phân loại của nó, và thảo luận về mối liên hệ đến các vấn đề liên quan như độ tin cậy và an ninh hệ thống điện. [5] Xu Zheng Feng Zhouyan “A Novel Unified Approach For Analysis of Small- Signal Stability of Power Systems” Phân tích ổn định tín hiệu nhỏ thường là trong phạm vi tần số và bằng phương pháp phân tích giá trị riêng.

Bài viết này đề xuất một phương pháp mới để phân tích sự ổn định tín hiệu nhỏ trong phạm vi thời gian, bao gồm cả dao động thấp tần số (LFO) và dao động đồng bộ (SSO). Đặc tính phương pháp phân tích giá trị riêng của ổn định tín hiệu nhỏ được xem xét và so sánh với các phương pháp hệ số mô-men phức hợp. Nó chỉ ra rằng các phương pháp hệ số mô-men phức hợp có điểm mạnh duy nhất khi sử dụng để phân tích các vấn đề về SSO là nguyên nhân được gây ra bởi HVDC hoặc các phần tử FACTS, phương pháp này được thực hiện bằng cách mô phỏng trong miền thời gian.