Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện. Chương này gồm những nội dung sau : Hệ thống điện và sự ổn định Kỹ thuật điều khiển để hạn chế dao động trong hệ thống điện Bộ ổn định hệ thống điện Mục tiêu nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Kết cấu của luận văn Phương pháp nghiên cứu 7 Chương 2: Lý thuyết về bộ ổn định PSS. Chương này tìm hiểu các vấn đề: Lịch sử phát triển của bộ PSS Bộ ổn định hệ thống điện Công suất giảm chấn trong máy phát Chương 3: Xây dựng mô hình máy phát điện Chương này tìm hiểu các vấn đề: Nâng cao độ ổn định hệ thống điện Phương trình góc công suất máy phát điện Phương trình độ lệch tốc độ Phương trình sức điện động quá độ trục q của máy phát điện Phương trình tính sức điện động quá độ trục d (E’d) Phương trình công suất trên đầu cực máy phát Phương trình tính điện áp trục q của máy phát Phương trình tính điện áp trục d của máy phát Phương trình tính dòng điện trục d của máy phát Phương trình tính dòng điện trục q của máy phát Bộ ổn định PSS thông thường theo IEEE chuẩn PSS1A Chương 4: Thuật toán Cuckoo Search. Chương này tìm hiểu các vấn đề: Giới thiệu thuật toán cuckoo search (CS) Hành vi chim Cuckoo Đặc tính phân phối Lévy Flight 8 Thuật toán Cuckoo Search Một số lưu ý khi lựa chọn các thông số cho bài toán CS Hàm mục tiêu của thuật toán Một số ứng dụng Hiệu chỉnh thông số bộ PSS bằng thuật toán Cuckoo Search Chương 5: Kết quả mô phỏng.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.7 Phương pháp nghiên cứu Trong đề tài này học viên đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu: Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin và tài liệu từ sách, tạp chí, báo điện tử và truy cập mạng internet. Phương pháp quan sát: từ những ý tưởng và kiến thức vốn có kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên, người nghiên cứu đã mô phỏng có từ các đồ án trước và các bài báo trên mạng internet, từ đó mô phỏng lại bằng phần mềm Matlab/Simulink để so sánh với kết quả đã có nhằm rút ra những kinh nghiệm trong việc mô phỏng, để từ đó chọn lọc phương pháp điều khiển tối ưu. 9 Chương 2 LÝ THUYẾT VỀ BỘ ỔN ĐỊNH (POWER SYSTEM STABILIZER - PSS) 2.1 Lịch sử phát triển về bộ ổn định Bộ ổn công suất (PSS) điều khiển ổn định góc rotor của máy phát điện đồng bộ thông qua hệ thống kích từ đã được ra đời cùng với sự xuất hiện của nhiều hệ thống kích từ có độ nhạy cao, hoạt động liên tục để điều chỉnh điện áp. Vào giữa những năm 1960 "có nhiều tác giả đã đưa ra những nghiên cứu thành công với việc bổ sung các tín hiệu hồi tiếp để tăng cường hảm các dao động gốc rotor của máy phát điện.
Kể từ đầu những thập niên 1960, PSS đã được coi là thành phần không thể thiếu của hệ thống kích từ được lắp đặt trên tất cả các máy phát điện lớn, kể từ đó PSS không ngừng phát triển và nâng cao hiệu suất. PSS đầu tiên được giới thiệu hơn một thập kỷ trước. Với các phương pháp thiết kế khác nhau trong các sản phẩm hoạt động trên nhiều hệ thống điện.Tuy nhiên vấn đề bất ổn trong các hệ thống điện khác nhau do cấu trúc, độ phức tạp, vị trí địa lý cùng với ảnh hưởng bởi sự kiện bất ngờ. Do đó những phương pháp thiết kế khác nhau đã được thực hiện và chứng minh là có hiệu quả trong hệ thống điện khác nhau trong những năm qua.2 Bộ ổn định hệ thống điện Power System Stabilizer (PSS) Bộ ổn định hệ thống điện Power System Stabilizer (PSS) là một thiết bị dùng để thêm tín hiệu điều khiển cho hệ thống tự động điều chỉnh điện áp AVR, như hình 2.1: Sơ đồ khối tín hiệu bộ PSS cấp cho hệ thống kích từ [3].
Chức năng chính của AVR là để kiểm soát Vg điện áp đầu ra của máy phát điện, với việc điều khiển tín hiệu Ef hoặc từ trường rotor. Các loại máy phát điện trên thế giới đa phần là một máy phát điện đồng bộ. Điện năng được tạo ra từ stator, rotor của máy phải được cung cấp dòng điện một chiều. Điều này có thể được thực hiện bằng một hệ thống kích từ .2: Sơ đồ nguyên lý tạo ra công suất hảm của bộ PSS.
11 Từ các lý thuyết của động cơ đồng bộ, rotor và từ trường stator cả hai quay theo cùng một hướng. Từ trường stator quay ở tốc độ đồng bộ. Trong trạng thái ổn định rotor cũng quay ở tốc độ này. Nhưng khi dao động xảy ra, tốc độ của động cơ sẽ thay đổi.
Đại điện cho sự thay đổi tốc độ rotor là △ω. cho thấy các vị trí tương đối giữa rotor và từ trường stator. Điểm A và C cho thấy giới hạn của những thay đổi góc của dao động rotor đối với các nhiễu nhỏ. Khi rotor đến điểm A nó sẽ trở về điểm C và ngược lại.
Điểm B là điểm giữa nếu không có dao động, rotor ở điểm B. Mục đích của momen hảm là giảm giới hạn dao động để các dao động của rotor sẽ tắt dần. Sự thay đổi mô men điện từ của mỗi máy phát đồng bộ trong giai đoạn có sự thay đổi nhỏ có thể chia ra làm hai thành phần .1) TE TS TD (2.2) Trong đó: TS KS Thành phần mô men thay đổi cùng pha với sai lệch góc rotor và được coi như thành phần mô men đồng bộ, KS là hệ số mô men đồng bộ. TD KD Thành phần mô men thay đổi cùng pha với sai lệch tốc độ và được coi như thành phần mô men hảm, KD là hệ số mô men hảm.
Theo lý thuyết ổn định để máy phát vận hành ổn định thì vector mô men tổng Te phải nằm ở góc phần tư thứ nhất, hay nói cách khác cả ∆TS và ∆TD phải dương. Xét ba trường hợp Khi một máy phát kết nối với HTĐ, mà hệ thống kích từ là hằng số: 12 Hình 2.3: Moment hệ thống kích từ là hằng số. Khi xét đến AVR, thì mô men đồng bộ và mô men damping cũng phải dương. Với AVR loại đáp ứng nhanh tạo ra vector mô men lớn, thành phần mô men đồng bộ của AVR dương, nhưng thành phần mô men hảm của AVR lại tăng theo chiều âm, làm cho hoạt động của máy phát có thể không ổn định khi mô men hảm tổng âm.4: Moment hệ thống kích từ có AVR.
Khi xét đến AVR có thêm tín hiệu hồi tiếp của bộ ổn định công suất PSS thì tổng momen hảm có giá trị dương làm giảm dao động và tốc độ của rotor ổn định nhanh hơn.5: Moment hệ thống kích từ có AVR và PSS. Hầu hết các hãng sản xuất đều đưa ra các giải pháp của riêng mình. Để cung cấp một tín hiệu momen hảm, PSS có thể sử dụng độ lệch tốc độ rotor là sự so sánh tốc độ rotor thực tế với tốc độ đồng bộ (Δω) như một đầu vào. Các thông số khác cũng dễ dàng đo lường để có thể được sử dụng cung cấp momen hảm.
Các tín hiệu này có thể là tần số điện, công suất hoặc tích phân các tín hiệu công suất điện. Trong việc đo các tín hiệu đầu vào, các loại tín hiệu nhiễu có thể có mặt. Các bộ ổn định có bộ lọc tín hiệu nhiễu này để cung cấp tới AVR một tín hiệu ổn định có thể hảm dao động rotor.6: Sơ đồ khối của Bộ CPSS Theo chuẩn IEEE 421.5–2005 14 Trong đó: T6 Là hằng số thời gian của khối chuyển đổi tín hiệu ngỏ vào. KS Là hệ số khếch đại của bộ CPSS.
T5 Là hằng số của khối lọc thông cao để loại bỏ những tín hiệu nhiễu có tầng số cao, bộ CPSS chỉ tác động với những nhiếu có tầng sô trong giới hạn làm việc. A1, A2 là các hằng số của bộ lọc xoắn tần số cao, cho phép tác động với một số loại nhiễu xoắn tần số thấp, thường được bỏ qua trong nhiều trường hợp nghiên cứu. T1,T2, T3,T4 Là các hằng số của hai khối khối Lead -Lag để bù vào sự sớm/trể pha của tín hiệu ngỏ vào cho AVR để cung cấp một mô men hảm hiệu quả. Cuối cùng là khối giới hạn điện áp ngõ ra đặc trưng bởi hai thông số VRMax,VRMin của PSS.3 Một số phương pháp thiết kế PSS Trong thực tế các máy phát điện tương tác với nhau thông qua điện áp và dòng điện, ảnh hưởng động học của các máy là rất khác nhau.
Do đó phải xem xét một cách cụ thể khi thiết kế PSS, điều này được biết đến giống như việc phối hợp điều chỉnh của PSS trong hệ thống có nhiều máy phát. Sau đây là một số phương pháp tiếp cận thiết kế PSS [27].1 Phương pháp tiếp cận mô men hảm Khi sử dụng phương pháp này chúng ta phải tìm các hệ số K 1 K6 của mô hình Heffron – Phillips, cũng như sự ảnh hưởng của các máy phát khác tác động lên một máy cụ thể, việc tính toán bằng cách bổ sung thêm mô men làm giảm sự dao động được gọi là mô men hảm.Trong dải tần số rộng, lý thuyết phân tích tín hiệu nhỏ được sử dụng để kiểm tra dao động tắt dần của mỗi máy phát. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, vì hệ số khuếch đại Kpss được chọn, các tham số khác của PSS như: khâu lọc thông cao, khâu bù pha,…tính toán dễ dàng. Nhưng có nhược điểm là khi phân tích giá trị riêng đối với các dao động cục bộ và dao động liên khu vực ở mạch vòng kín sẽ không đầy đủ, nên khi điều chỉnh hệ số khuếch đại gặp nhiều khó khăn khiến góc tải vẫn có thể dao động.2 Phương pháp tiếp cận đáp ứng tần số Ưu điểm của phương pháp này là có thể bù pha một cách chính xác, hệ số khuếch đại được xem xét trong trường hợp có nhiễu thực tế.
Nhược điểm của phương pháp là việc giải phương trình phi tuyến sẽ gặp khó khăn, vì phải lập đồ thị quỹ đạo nghiệm để xét xem hệ có ổn định hay không, khiến cho việc tìm các hệ số cũng gặp những khó khăn nhất định.3 Phương pháp tiếp cận giá trị riêng và biến trạng thái Phân tích giá trị riêng là phần chính của các nghiên cứu liên quan đến ổn định tín hiệu nhỏ.