Luận văn thạc sĩ về ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy phát

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Thị Phương Quỳnh
• Người hướng dẫn: Pgs Ts. Quyền Huy Ánh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện – Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Ổn Định Hệ Thống Điện Cho Nhiều Máy Phát
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.3. Kết quả nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Mục đích của đề tài
• 1.5. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
• 1.5.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.5.2. Giới hạn đề tài
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các chế độ hệ thống điện
• 2.2. Các khái niệm về ổn định trong hệ thống điện
• 2.2.1. Ổn định tĩnh trong hệ thống điện
• 2.2.2. Ổn định động trong hệ thống điện
• 2.3. Sơ lược về ứng dụng các phương pháp toán học nghiên cứu ổn định trong hệ thống điện
• 2.3.1. Phương pháp phân tích và đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn năng lượng
• 2.3.2. Phương pháp phân tích và đánh giá ổn định theo Lyapunov
• 2.3.2.1. Phương pháp trực tiếp (hay còn gọi là phương pháp thứ hai của Lyapunov)
• 2.3.2.2. Phương pháp xấp xỉ bậc nhất của Lyapunov (hay còn gọi là phương pháp thứ nhất của Lyapunov)
• 2.4. Hậu quả của sự mất ổn định và các yêu cầu đảm bảo ổn định cho hệ thống điện
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN
• 3.1. Giải thuật phân tích và đánh giá ổn định hệ nhiều máy bằng phương pháp mô phỏng
• 3.2. Phương pháp phân bố công suất bằng phép lặp Gauss – Seidel
• 3.3. Phương pháp phân bố công suất bằng phép lặp Newton – Grapson
• 3.4. Thời gian cắt tới hạn
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN
• 4.1. Công suất điện của mỗi máy phát
• 4.2. Công suất điện của mỗi máy phát ngay tại thời điểm xảy ra sự cố
• 4.3. Công suất điện của mỗi máy phát tại thời điểm sau khi sự cố xảy ra
• 4.4. Trạng thái của các máy phát
• 4.4.1. Trạng thái của các máy phát tại thời điểm sự cố xảy ra
• 4.4.2. Trạng thái của các máy phát sau khi sự cố xảy ra
• 4.4.3. Trạng thái của các máy phát trong toàn bộ quá trình khi có sự cố xảy ra
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. Hệ thống điện 3 máy – 9 nút
• 5.2. Tính toán thông số đầu vào bằng phương pháp giải tích
• 5.3. Khảo sát và đánh giá ổn định hệ thống điện 3 máy – 9 nút
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Những mặt còn tồn tại và hướng phát triển cho đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát

Nghiên cứu ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát là một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện. Hệ thống điện hiện đại ngày càng phức tạp với sự kết nối của nhiều máy phát điện. Việc đảm bảo ổn định cho hệ thống điện không chỉ giúp duy trì chất lượng điện năng mà còn bảo vệ các thiết bị và người tiêu dùng. Nghiên cứu này nhằm tìm ra các phương pháp đánh giá và cải thiện tính ổn định của hệ thống điện.

1.1. Lịch sử phát triển và tầm quan trọng của nghiên cứu

Lịch sử nghiên cứu ổn định hệ thống điện bắt đầu từ những năm đầu thế kỷ 20. Các nhà khoa học như R. Park và A. Goriev đã đặt nền móng cho lý thuyết ổn định. Sự phát triển của công nghệ điện đã làm tăng nhu cầu nghiên cứu sâu hơn về ổn định hệ thống điện, đặc biệt là trong bối cảnh Việt Nam.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát và đánh giá tính ổn định của hệ thống điện cho nhiều máy phát. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc xây dựng mô hình toán học và áp dụng các phương pháp mô phỏng để đánh giá ổn định hệ thống điện.

II. Vấn đề và thách thức trong ổn định hệ thống điện nhiều máy phát

Hệ thống điện nhiều máy phát đối mặt với nhiều thách thức trong việc duy trì ổn định. Các vấn đề như sự thay đổi tải, sự cố ngắn mạch và sự không đồng bộ giữa các máy phát có thể gây ra mất ổn định. Việc phân tích và đánh giá các yếu tố này là rất cần thiết để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hệ thống điện

Các yếu tố như tải điện, sự cố ngắn mạch và điều kiện vận hành của máy phát có thể ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp đưa ra các giải pháp hiệu quả hơn.

2.2. Hệ quả của sự mất ổn định trong hệ thống điện

Mất ổn định trong hệ thống điện có thể dẫn đến các sự cố nghiêm trọng như mất điện, hư hỏng thiết bị và thiệt hại kinh tế. Do đó, việc nghiên cứu và tìm ra các phương pháp khắc phục là rất quan trọng.

III. Phương pháp đánh giá ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát

Để đánh giá ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát, nhiều phương pháp đã được phát triển. Các phương pháp này bao gồm mô phỏng, phân tích năng lượng và các tiêu chuẩn ổn định. Việc áp dụng các phương pháp này giúp xác định được mức độ ổn định của hệ thống và đưa ra các giải pháp cải thiện.

3.1. Mô phỏng và phân tích năng lượng

Mô phỏng là một công cụ mạnh mẽ trong việc đánh giá ổn định hệ thống điện. Bằng cách sử dụng phần mềm như Matlab, các nhà nghiên cứu có thể mô phỏng các tình huống khác nhau và phân tích ảnh hưởng của chúng đến ổn định hệ thống.

3.2. Tiêu chuẩn ổn định và ứng dụng

Các tiêu chuẩn ổn định như tiêu chuẩn năng lượng và tiêu chuẩn Lyapunov được sử dụng để đánh giá tính ổn định của hệ thống. Việc áp dụng các tiêu chuẩn này giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống và đề xuất các biện pháp khắc phục.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu ổn định hệ thống điện

Nghiên cứu về ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các phương pháp đánh giá đã được áp dụng trong thực tiễn, giúp cải thiện tính ổn định của hệ thống điện Việt Nam. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao.

4.1. Kết quả mô phỏng và phân tích

Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp đánh giá ổn định đã giúp cải thiện đáng kể tính ổn định của hệ thống điện. Các số liệu thu được từ mô phỏng cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của hệ thống.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn tại Việt Nam

Các phương pháp nghiên cứu đã được áp dụng trong thực tiễn tại Việt Nam, đặc biệt là trong các dự án lớn như hệ thống điện 500kV Bắc Trung Nam. Những ứng dụng này đã giúp nâng cao khả năng ổn định của hệ thống điện.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai cho nghiên cứu ổn định hệ thống điện

Nghiên cứu ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát đã chỉ ra tầm quan trọng của việc đảm bảo tính ổn định trong hệ thống điện hiện đại. Các phương pháp đánh giá và cải thiện ổn định cần được tiếp tục phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành điện.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp mô phỏng và tiêu chuẩn ổn định giúp cải thiện tính ổn định của hệ thống điện. Những kết quả này có thể được sử dụng để phát triển các giải pháp mới.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để đánh giá ổn định hệ thống điện. Việc áp dụng công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… Họ và tên Nguyễn Thị Phƣơng Quỳnh ii LỜI CẢM TẠ Lời đầu tiên, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tất cả thầy cô giáo trong Khoa Điện – Điện Tử , Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã truyền đạt cho tác giả những kinh nghiệm và kiến thức thật sự hết sức quý báu trong thời gian học tập tại trƣờng.

Đặc biệt xin chân thành cám ơn thầy PGS TS. Quyền Huy Ánh, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Xin đƣợc gởi lời cám ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và ngƣời thân, những ngƣời đã giúp đỡ và động viên tác giả về tinh thần cũng nhƣ vật chất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kinh nghiệm có hạn nên chắc chắn sẽ không tránh đƣợc những thiếu xót, rất mong đƣợc sự quan tâm đóng góp của thầy cô và các bạn bè, anh chị để luận văn đƣợc hoàn chỉnh hơn.

Mọi đóng góp về luận văn xin gởi qua địa chỉ email phuongquynhcdn@gmail. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2013 Học viên thực hiện Nguyễn Thị Phƣơng Quỳnh iii TÓM TẮT Hệ thống điện Việt Nam trong những năm qua đã có những bƣớc phát triển nhảy vọt về công suất và quy mô lãnh thổ. Ngành công nghiệp hệ thống điện là một lĩnh vực có sự thay đổi liên tục và ngày càng trở nên phức tạp hơn khi chúng liên kết với nhau.

Do đó, vấn đề đặt ra là phải đảm bảo sự ổn định cho toàn hệ thống điện. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để tìm ra phƣơng pháp đánh giá ổn định nhanh và chính xác thực sự trở nên cần thiết đối với hệ thống điện Việt Nam. Mục đích của đề tài này là khảo sát và đánh giá tính ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy phát bằng phƣơng pháp mô phỏng Để đạt đƣợc mục đích này ngƣời nghiên cứu tiến hành các công việc: - Xây dựng phƣơng pháp đánh giá ổn định hệ thống điện. - Xây dựng chƣơng trình tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện cho hệ nhiều máy bằng phần mềm Matlab - Xây dựng mô hình mô phỏng bằng ngôn ngữ lập trình m.file có trong phần mềm Matlab.

- Mô phỏng và đánh giá các kết quả đạt đƣợc từ việc đánh giá tính ổn định trong hệ thống điện 9 nút và 3 máy phát. Những kết quả mà đề tài đạt đƣợc đó là: - Phƣơng pháp đánh giá tính ổn định hệ thống điện - Công cụ đánh giá ổn định hệ thống 9 nút và 3 máy phát Có thể kết luận rằng, phƣơng pháp và công cụ đánh giá tính ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy bằng phƣơng pháp mô phỏng đã góp phần vào việc nghiên cứu tìm ra một phƣơng pháp đánh giá chính xác, nhanh chóng và trực quan để có thể ứng dụng vào thực tiễn đối với hệ thống điện Việt Nam. iv ABSTRACT Vietnam's power system in recent years has seen dramatic development in power and territorial size. Industrial power system is a field with constantly changing and becoming more complex as they relate to each other.

Therefore, the problem posed is to ensure the stability of the entire electrical system. Therefore, the research to find methods to evaluate stability quickly and accurately becomes really necessary for Vietnam's power system. The purpose of thesis is set up the method and tools to evaluate the dynamic stability of power system by simulation. To get this objective, the researcher have to carry out following steps: - Set up the method to evaluate the dynamic stability of power system.

- Set up the calculated equations to distribute the power of power system with many generators by Matlab software. - Set up the simulation model by programming language m.file in Matlab software. - Simulation and accessing the result from 9 bus, 3 generators. The result of thesis reached: - The new method to evaluate dynamic stability of power system.

- Tools to evaluate the dynamic stability of 9 bus, 3 generators system. It could be said that the algorithm and tools to evaluate the dynamic stability of power system through simulation method is contributed to find the method which has accurately, quickly and visually. This new method is able to apply in the power system in Vietnam. v MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học.

i Lời cam đoan. ii Lời cảm tạ. vi Danh sách các hình. ix Danh sách các bảng.

xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu .1 Kết quả nghiên cứu trong nƣớc .2 Kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc .2 Mục đích của đề tài .3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài .2 Giới hạn đề tài.4 Phƣơng pháp nghiên cứu. 5 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các chế độ hệ thống điện………………………………………………….2 Các khái niệm về ổn định trong hệ thống điện………………………….1 Ổn định tĩnh trong hệ thống điện………………………………….2 Ổn định động trong hệ thống điện .3 Sơ lƣợc về ứng dụng các phƣơng pháp toán học nghiên cứu ổn định trong hệ thống điện………………………………………………………………….1 Phƣơng pháp phân tích và đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn năng lƣợng …………………………………………………….2 Phƣơng pháp phân tích và đánh giá ổn định theo Lyapunov …….1 Phƣơng pháp trực tiếp (hay còn gọi là phƣơng pháp thứ hai của Lyapunov)…… ……………………………………………….2 Phƣơng pháp xấp xỉ bậc nhất của Lyapunov (hay còn gọi là phƣơng pháp thứ nhất của Lyapunov)………………….4 Hậu quả của sự mất ổn định và các yêu cầu đảm bảo ổn định cho hệ thống điện …………………………….31 Chƣơng 3: MÔ HÌNH TOÁN 3.2 Giải thuật phân tích và đánh giá ổn định hệ nhiều máy bằng phƣơng pháp mô phỏng……………….1 Phƣơng pháp phân bố công suất bằng phép lặp Gauss – Seidel….2 Phƣơng pháp phân bố công suất bằng phép lặp Newton – Grapson .3 Thời gian cắt tới hạn.51 Chƣơng 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN 4.1 Công suất điện của mỗi máy phát……………………….1 Công suất điện của mỗi máy phát ngay tại thời điểm xảy ra sự cố………………………………………………………………….2 Công suất điện của mỗi máy phát tại thời điểm sau khi sự cố xảy ra……………………………………………………………….2 Trạng thái của các máy phát………………………….1 Trạng thái của các máy phát tại thời điểm sự cố xảy ra………………………………………………………………….2 Trạng thái của các máy phát sau khi sự cố xảy ra………………………………………………………………….3 Trạng thái của các máy phát trong toàn bộ quá trình khi có sự cố xảy ra…………………………………………………….57 Chƣơng 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.1 Hệ thống điện 3 máy – 9 nút………………………………………………58 5.1 Tính toán thông số đầu vào bằng phƣơng pháp giải tích…….2 Khảo sát và đánh giá ổn định hệ thống điện 3 máy – 9 nút………….63 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.2 Những mặt còn tồn tại và hƣớng phát triển cho đề tài……………………84 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ một hệ thống điện đơn giản .2: Đặc tính công suất điện từ của máy phát và đặc tính công suất cơ của tuabin .3: Sơ đồ hệ thống điện xét nút phụ tải và tƣơng quan cân bằng công suất phản kháng .5: Hệ thống ổn định động.6: Hệ thống mất ổn định động .7: Ổn định dao động bé theo Lyapunov .8: Tiêu chuẩn ổn định Mikhailov .9a: Quỹ đạo ổn định của hệ thống .9 b, c: Quỹ đạo không ổn định của hệ thống .1: Lƣu đồ giải thuật phân tích ổn định hệ nhiều máy .2: Sơ đồ thay thế hình  .3: Sơ đồ thay thế tƣơng đƣơng hệ thống điện 3 nút.4: Sơ đồ thay thế hệ thống điện nhiều máy .5: Lƣu đồ thuật toán xác định thời gian cắt tới hạn .1: Sơ đồ hệ thống điện 9 nút – 3 máy .2: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.3: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.4: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.5: Vị trí góc pha của từng máy .6: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.7: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.8: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.9: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 10%) .10: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 10%) .11: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 10%) .12: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 20%) .13: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 20%) .14: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 20%) .15: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 30%) .16: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 30%) .17: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 30%) .18: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 40%) .19: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 40%) .20: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 40%) .21: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 50%) .22: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 50%) .23: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 50%) .24: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 60%) .25: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 60%) .26: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 60%) .27: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 70%) .28: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 70%) .29: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 70%) .30: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 80%) .31: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 80%) .32: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 80%) .33: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 90%) .34: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 90%) .35: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 90%). 82 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 5.2: Dữ liệu đƣờng dây và biến áp.3: Dữ liệu máy phát .4: Bảng kết quả phân bố công suất bằng phƣơng pháp lặp Newton – Raphson .