LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Được phân công môn Hệ thống điện, Khoa Điện – Điện tử trường đại học Bách Khoa TP HCM đồng ý thầy Đặng Tuấn Khanh, em thực đề tài luận văn tốt nghiệp: “Phân tích ổn định hệ thống điện mạng IEEE nút phần mềm ETAP” Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu nhà trường, thầy cô trường, thầy cô khoa Điện – Điện tử, đặc biệt quý thầy cô môn Hệ thống điện trường đại học Bách Khoa TP HCM tận tình dạy, truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian em học tập trường Em đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Đặng Tuấn Khanh tận tình dạy, hướng dẫn tạo điều kiện tốt cho em để hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp Thầy tổng hợp kiến thức kiến thức nâng cao, bổ sung vào khuyết điểm cung cấp tài liệu quý báu cho em Thầy dành nhiều thời gian động viên em suốt thời gian qua Sự hỗ trợ thầy giúp em nhiều để hồn thành tốt nghiệp Khi thực tốt nghiệp, em cố gắng tham khảo tài liệu nước ngồi lẫn nước, phân tích kết đạt để đưa kết luận tốt Nhưng tài liệu thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót, em kính mong q thầy có góp ý cho đề tài tốt nghiệp lần em Những góp ý q thầy kiến thức cần thiết cho việc học tập công việc sau em Tp HCM ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực hiện: HOÀNG MINH TRIẾT SVTH: HỒNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH TĨM TẮT NỘI DUNG CÁC CHƯƠNG - CHƯƠNG 1: Lịch sử phát triển hệ thống điện, giới thiệu tình hình hệ thống khái niệm ổn định hệ thống điện - CHƯƠNG 2: Tìm hiểu mơ hình, phương trình mơ tả phần tử hệ thống dùng để giải phân tích ổn định, bao gồm: mơ hình máy phát, điều chỉnh kích từ, điều tốc, ổn định Power system stabilizers - CHƯƠNG 3: Các tiêu chuẩn, phương pháp dùng để đánh giá tính ổn định hệ thống Gồm có tiêu chuẩn diện tích, phương pháp tích phân số - CHƯƠNG 4: Giới thiệu tổng quan phần mềm ETAP, giao diện, chức cụ thể chức mô ổn định động - CHƯƠNG 5: Sử dụng mạng IEEE nút để thực mô đánh giá đáp ứng hệ thống Các số liệu hệ thống gồm đường dây, máy biến áp, phụ tải, đặc biệt số liệu máy phát, điều chỉnh kích từ, điều tốc ổn định PSS thực mô động hệ thống - CHƯƠNG 6: Các kịch thực mô phần mềm ETAP mạng IEEE nút - CHƯƠNG 7: Kết q trình mơ phỏng, đánh giá đáp ứng hệ thống, cụ thể đáp ứng góc lệch rotor máy phát để đánh giá tính ổn định hệ thống, từ đưa kết luận nhằm để trình tính ổn định đồng hệ thống điện SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH MỤC LỤC SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH DANH MỤC HÌNH ẢNH SVTH: HOÀNG MINH TRIẾT GVHD: Thầy ĐẶNG TUẤN KHANH DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CĐQĐ: Chế độ độ CĐXL: Chế độ xác lập PSS: Bộ ổn định hệ thống Power system stabilizers DC: Dòng điện chiều AC: Dòng điện xoay chiều Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Chương KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Khái niệm ổn định hệ thống điện 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống điện Lịch sử điện có phát minh vượt bậc trội kỉ XIX: phát minh hệ thống điện xoay chiều ba pha (1883), tải điện xa dòng điện xoay chiều (1884) hay đường dây tải điện ba pha vận hành thử nghiệm khoảng cách 175 km (1891) Kể từ đó, hệ thống điện xoay chiều ba pha ngày phát triển, khoảng cách truyền tải ngày tăng, công suất truyền tải ngày lớn Lúc xuất vấn đề cần giải Đối với đường dây truyền tải tồn giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định hệ thống, có thay đổi hệ thống thay đổi chế độ làm việc máy phát, xảy cố làm thay đổi cấu trúc hệ thống hay cố dẫn đến phân bố lại cơng suất,… Khi hệ thống rơi vào trạng thái không giữ cân dẫn tới máy phát quay với tốc độ khác nhau, hay cịn nói cách khác hệ thống bị ổn định đồng Vì lí mà dẫn đến yêu cầu phát triển lí thuyết ổn định hệ thống điện 1.2 Các chế độ hệ thống điện Hệ thống điện làm việc hai chế độ là: chế độ xác lập (CĐXL) chế độ độ (CĐQĐ) CĐXL chế độ thơng số hệ thống khơng thay đổi, thay đổi xung quanh giá trị xác lập với sai số nhỏ khoảng thời gian ngắn Chế độ làm việc bình thường lâu dài hệ thống CĐXL Sau cố, hệ thống làm việc trì chế độ định gọi CĐXL CĐQĐ chế độ trung gian chuyển từ CĐXL sang CĐXL khác sau xảy tác động CĐQĐ sau tác động bị biến thiên sau thời gian trở vị trí ban đầu có trị số gần định mức gọi CĐQĐ bình thường Ngược lại, CĐQĐ với thơng số biến thiên mạnh sau tăng trưởng vô hạn hay bị giảm dần giá trị 0, CĐQĐ gọi CĐQĐ cố Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.3 Khái niệm ổn định Ổn định hệ thống điện định nghĩa cách tổng quát đặc tính hệ thống điện cho phép trì trạng thái cân chế độ vận hành bình thường đạt đến trạng thái cân với sai số chấp nhận sau chịu tác động nhiễu CĐQĐ gây nhiễu bé lớn Nhiễu bé xảy thường xuyên hệ thống điện dạng thay đổi công suất phụ tải, nhiễu lớn cố ngắn mạch đường dây truyền tải, cố dẫn đến cắt tổ máy phát tải lớn, đường dây kết nối hệ thống,… Ổn định hệ thống chia làm loại sau: ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR NHIỄU LỚN NHIỄU BÉ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ NGẮN HẠN DÀI HẠN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NHIỄU LỚN NHIỄU BÉ NGẮN HẠN NGẮN HẠN DÀI HẠN Hình 1.1 Các loại ổn định hệ thống điện 1.3.1 Ổn định tĩnh Ổn định tĩnh (hay cịn gọi ổn định tín hiệu bé) định nghĩa khả ổn định hệ thống tác động tín hiệu nhiễu bé, sau ổn định hệ thống hoạt động trạng thái ban đầu trạng thái gần với lúc trước xảy nhiễu loạn Ổn định tĩnh ổn định có hai loại là: ổn định phi chu kì (Non – oscillatory Instability) ổn định dao động (Oscillatory Instability) Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Bản chất đáp ứng hệ thống nhiễu bé phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm chế độ làm việc ban đầu, mức tải đường dây hệ thống kích thích sử dụng cho máy phát Nhiễu xem bé phương trình mơ tả đáp ứng hệ thống tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc Các tín hiệu nhiễu bé thay đổi phụ tải hay máy phát, cụ thể đóng cắt phụ tải cách đột ngột… Các nguyên nhân gây ổn định tín hiệu bé chia làm hai loại: • Góc rotor máy phát tăng dần thiếu momen đồng • Góc rotor dao động với biên độ tăng dần thiếu momen cản 1.3.2 Ổn định động Ổn định động (hay gọi ổn định độ) định nghĩa khả ổn định hệ thống điện chịu tác động nhiễu độ nghiêm trọng Đáp ứng hệ thống liên quan đến thay đổi góc rotor máy phát chịu ảnh hưởng mối quan hệ cơng suất góc phi tuyến Ổn định động hệ thống bao gồm: ổn định ngắn hạn (Transient stability), ổn định trung hạn (Mid – term stability), ổn định dài hạn (Long – term stability) Ổn định động thể đặc tính trình độ việc chuyển trạng thái từ điểm cân sang điểm cân khác Hệ thống ổn định q độ có: • Tồn điểm cân ổn định sau cố (ứng với chế độ xác lập sau cố) • Thơng số biến thiên trình độ hữu hạn tắt dần chế độ xác lập Nhiễu độ nghiêm trọng thường cố ngắn mạch xảy đường dây truyền tải, góp, máy biến áp, cắt đột ngột máy phát điện, đóng – cắt phụ tải lớn… Trong nhiễu nói ngắn mạch nhiễu độ nghiêm trọng 1.4 Hậu ổn định đồng • Các máy phát làm việc trạng thái không đồng bộ, cần phải cắt ra, lượng công suất lớn • Tần số hệ thống bị thay đổi, ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN • Điện áp giảm thấp, gây tượng sụp đổ điện áp nút phụ tải • Khiến cho bảo vệ relay tác động nhầm, cắt thêm nhiều phần tử làm việc • Cắt nối tiếp nguồn, phụ tải lớn dẫn đến làm tan rã hệ thống Chương 2: MƠ HÌNH CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Chương MƠ HÌNH ĐỘNG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Các phương trình vi phân mô tả phần tử hệ thống điện 2.1 Khái niệm chung Do CĐQĐ có cân công suất momen quay rotor máy phát, dẫn đến biến thiên thông số trạng thái hệ thống Góc pha biên độ suất điện động thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào quy luật chuyển động học máy điện quay Vì để phân tích ổn định, người ta dưa sở phương trình vi phân mô tả thay đổi hệ thống xảy biến thiên thông số hệ thống, hay cụ thể phương trình vi phân mơ tả phần tử quan trọng hệ thống điện gồm máy phát, máy biến áp, đường dây,… 2.2 Mô hình máy phát điện đồng 2.2.1 Lí thuyết mơ hình máy phát điện đồng Máy điện đồng bao gồm phần: phần cảm phần ứng Phần cảm đặt rotor phần ứng đặt stator Cuộn dây phần cảm (cuộn kích từ) cung cấp dòng DC để tạo từ trường quay Phần ứng gồm cuộn dây đặt lệch 120 độ khơng gian Hình 2.2Hình 2.3 Cấu trúc máy điện đồng 10