Đề tài Khảo sát mô hình tải bằng Matlab

MÔ PHỎNG TRƯỜNG HỢP NGUỒN ĐIỆN ÁP THAY ĐỔI THEO DẠNG NẤC. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI THUẦN TRỞ Sơ đồ nguyên lý Mạch khảo sát là một hệ thống điện đơn giản cấp 110 kV, công suất 2000 MVA, được hạ xuống cấp 15,75 kV thông qua máy biến áp 63 MVA 110/15,75 kV và nối với một phụ tải thuần trở có công suất 39MW. Phía 15,75 kV được đặt thêm một phụ tải thuần trở khác tương ứng với điện trở của các thiết bị đo lường, phụ tải này có công suất không đáng kể, khoảng 1 MVA. Mạch mô phỏng Ta sẽ khảo sát các đáp ứng của công suất P và Q khi có sự thay đổi điện áp phía 110 kV. Điện áp thay đổi thông thường theo dạng bậc thang, dạng sin và dạng ngẫu nhiên. Ở đây ta chỉ khảo sát trường hợp thay đổi biên độ điện áp ở phía 110 kV dạng bậc thang. Việc xác định đáp ứng của công suất P, Q dựa trên các công cụ đo lường tại thanh cái 15 kV. Ở khối nguồn áp 3 pha điều khiển, ta đặt các thông số như sau: Mục Positive-sequence: ta nhập điện áp dây là 110kV, góc pha = 0, tần số là 50 Hz. Chọn thời gian thay đổi theo biên độ điện áp, dạng bậc thang (Step). Biên độ thay đổi của điện áp theo dạng bậc thang theo hệ tương đối là -0,3 pu. Khoảng thời gian thay đổi là từ 0,2s đến 1,2s. Ở khối tổng trở nguồn, ta tính giá trị R và X như sau: Ở khối máy biến áp, ta đặt thông số như bảng dưới đây: Nomiral power and frequency: Công suất máy biến áp là 63 MVA, tần số là 50 Hz. Winding 1 (ABC) connection: dạng đấu nối của cuộn dây sơ cấp là Y. Winding parameter: Nhập điện áp phía sơ cấp V1 = 110 kV. Winding 2 (ABC) connection: dạng đấu nối của cuộn thứ cấp là Y. Winding parameter: Điện áp phía thứ cấp V2 = 15,75 kV. Ở khối đo điện áp và dòng điện 3 pha, ta chọn ở mục Voltage Measurement là Phase-to-ground và chọn yes ở mục Current Measurement để cho phép đo dòng điện chạy qua khối. Ở khối phụ tải RLC ba pha mắc nối tiếp, ta nhập các thông số: Configuration: Chọn Y (grounded). Nomiral phase-to-phase voltage: Chọn điện áp phụ tải là 15,75kV. Nomiral frequency: Tần số f = 50 Hz. Active power (P): công suất P = 39 MW. Sau khi nhập các thông số cho các khối xong, ta nhấn nút Start để bắt đầu mô phỏng. Kết quả mô phỏng Điện áp hệ thống Sau khi mô phỏng, ta có được giá trị điện áp thay đổi ở phía 15,75kV của máy biến áp. Ta mở Scope 1 để quan sát đồ thị thay đổi của điện áp. Đáp ứng của công suất P và Q của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Ta mở Scope 3 để quan sát đáp ứng công suất của tải thuần trở theo điện áp. Nhận xét: Vì là tải thuần trở nên trên Scope 3 ta thấy đường đồ thị công suất phản kháng Q = 0 ( đường màu tím), và công suất P (đường màu vàng) đáp ứng tỉ lệ theo sự thay đổi điện áp. Như vậy, đối với tải thuần trở thì công suất sẽ thay đổi tương ứng với điện áp, không có sự dao động trên hệ thống. Tuy nhiên, nếu chỉ khảo sát trường hợp phụ tải thuần trở thì chưa đủ mà ta cần phải khảo sát thêm nhiều trường hợp nữa. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI CÓ TÍNH CẢM KHÁNG Trên thực tế, không có phụ tải nào thực sự là thuần kháng hay thuần dung nên ta chỉ có thể khảo sát những phụ tải có tính cảm kháng hay tính dung kháng mà thôi. Sơ đồ nguyên lý Phụ tải mang tính cảm kháng này có công suất P = 39 MW, QL =10 MVar. Mạch mô phỏng Khối phụ tải RLC ba pha mắc nối tiếp được đặt lại thông số như sau: Ở mục Inductive reactive Power QL, ta nhập QL=10 MVar. Các thông số của các khối khác không đổi. Kết quả mô phỏng Điện áp của hệ thống Đáp ứng P và Q của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Nhận xét: Ngay sau khi có sự thay đổi của điện áp trên hệ thống, cả hai công suất P và công suất phản kháng Q đều dao động và cũng dao động ngay cả khi điện áp trở về giá trị ban đầu. Như vậy, đối với phụ tải mang tính cảm kháng thì đáp ứng công suất của phụ tải theo sự thay đổi của điện áp là không tốt. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI CÓ TÍNH DUNG KHÁNG Sơ đồ nguyên lý Phụ tải dung kháng có P = 39 MW, QL=15 MVar, QC = 20 MVar. Mạch mô phỏng Ta đặt lại thông số cho khối phụ tải 3 pha RLC mắc nối tiếp: Ở mục Inductive reactive Power QL, ta nhập QL=15 MVar và mục Capacitive reactive power Qc, ta nhập QC = 20 MVar Các thông số của các khối khác không đổi. Kết quả mô phỏng Điện áp của hệ thống Đáp ứng của công suất P và Q của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Nhận xét: Công suất P và Q dao động khi có sự thay đổi của điện áp. Tệ hơn nữa, tại các thời điểm xảy ra hiện tượng thay đổi điện áp có sự xuất hiện của điểm vọt lố của công suất P và Q so với điện áp. Hơn nữa, các đường đáp ứng của P và Q không khớp với đường đồ thị điện áp của hệ thống. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI LÀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Sơ đồ nguyên lý Trong trường hợp này, ta sẽ khảo sát các đáp ứng của công suất P và Q của một động cơ không đồng bộ ba pha 15,75 kV có công suất P =160 kVA. Sơ đồ mô phỏng Ở khối Constant Ta không đặt giá trị Constant value cho mômen tải mà khi chạy Powergui thì sẽ tự được thiết lập. Các thông số khác không đổi. Mở khối Powergui lên và click vào mục Steady-State Voltage and Current, sau đó nhấn Update steady-state Values để xác lập lại các thông số ban đầu về dòng điện và điện áp. Sau đó ta chọn mục Load Flow and Machine Initialization, đặt công suất cơ của động cơ là 160 kW. Sau đó nhấn Update Load Flow để xác lập các thông số ban đầu và đặt giá trị của mômen tải. Khi chạy xong thì ta sẽ có các thông số như hình dưới : Sau đó ta mở khối động cơ không đồng bộ lên thì các thông số về khối này đã được thiết lập. Trong mục Rotor type ta chọn động cơ là loại động cơ lồng sóc (Squirrel-cage). Ở mục Nomiral power, voltage (line-line), and frequency, ta có P=160MVA, Ud = 15,75 kV và tần số f = 50 Hz. Kết quả mô phỏng Điện áp của hệ thống Đáp ứng công suất P và Q của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Nhận xét : Tại các thời điểm có sự thay đổi điện áp, thì đáp ứng của động cơ điện không đồng bộ có sự dao động, thậm chí là có sự vọt lố. Nhưng sau đó giảm dần sự dao động và ổn định trở lại theo điện áp tuy công suất sau đó có giảm thêm một chút. Và sau khi điện áp trở lại giá trị ban đầu thì công suất của động cơ không đồng bộ không đạt được giá trị ban đầu trước khi có sự thay đổi điện áp. Trên Scope ta thấy có một khoảng cách về giá trị giữa công suất P và Q, ta thấy Q > P, như vậy động cơ này có tính dung kháng, điều này giải thích tại sao có sự vọt lố của P và Q. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI ĐỘNG Sơ đồ nguyên lý Đối với loại phụ tải này, trong quá trình dao động điệp áp, phụ tải có dạng nguồn dòng. Do đó cần phải có một phụ tải mắc song song với phụ tải động để đáp ứng yêu cầu của nguồn dòng vì khi phụ tải động chuyển thành nguồn dòng thì dòng điện không thể liên kết với hệ thống có tính cảm kháng. Công suất của phụ tải động là một hàm của điện áp, tức là giá trị của tham số a thay đổi theo sự dao động điện áp. Đối với công suất P thì tham số a tương ứng là np và đối với công suất Q thì tham số a tương ứng là nq. Lúc điện áp bình thường, các tham số np và nq đều có giá trị 1, sau khi có sự dao động điện áp, các tham số np và nq nhận giá trị 2. Sơ đồ mô phỏng Trong phần này, ta đặt các giá trị cho khối phụ tải động như sau : mở Powergui lên và mở Load Flow and Machine Initialization Đặt Active power P = 3MW và Reactive power Q = 1.5MVar. Sau đó nhấn Update Load Flow để đặt các giá trị ban đầu của khối. Tiếp tục, ta mở mục Steady-State Voltage and Current và nhấn Update steady-state Values để xác lập các giá trị của dòng điện và điện áp. Sau khi chạy Powergui xong, ta mở khối phụ tải động lên để nhập các thông số mà Powergui không thiết lập : Mục Nominal L-L voltage and frequency: giá trị điện áp U=15,75kV và f = 50 Hz. Mục Active reactive power at initial voltage: Ở phần này, ta thấy giá trị công suất ban đầu là P0 = 30 MW và Q0 = 15 MVar. Trong mục Parameter [np nq]: ta nhập hai số 1 và 1 vào. Thông số của các khối khác không đổi. Kết quả mô phỏng Điện áp của hệ thống Đáp ứng của công suất P và Q của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Giá trị điện áp thứ tự thuận trong hệ tương đối, công suất P và Q, giá trị dòng điện thứ tự thuận của phụ tải động Nhận xét: Đáp ứng của công suất P và Q của mô hình phụ tải động này khá tốt đối với đường đồ thị của điện áp trên hệ thống. NHẬN XÉT CHUNG Như vậy, đối với trường hợp điện áp thay đổi theo dạng nấc thì ta thấy chỉ có phụ tải thuần trở và phụ tải động là đáp ứng tốt so với sự thay đổi điện áp của hệ thống. Tuy nhiên, do phụ tải thuần trở có rất ít trong thực tế nên không được áp dụng phổ biến để mô phỏng hệ thống. Vì thế, phụ tải động là một mô hình mô tả khá chính xác đặc tính của tải trong trường hợp này. Tuy vậy, trường hợp điện áp thay đổi theo dạng nấc chỉ là một trong những hiện tượng do điện áp của nguồn thay đổi. Do vậy mà ta cần phải khảo sát thêm một số trường hợp khác. MÔ PHỎNG TRƯỜNG HỢP XẢY RA SỰ CỐ THOÁNG QUA TRÊN HỆ THỐNG Trong phần này ta cũng sẽ khảo sát đáp ứng của công suất khi có sự thay đổi điện áp, nhưng là do xảy ra sự cố thoáng qua trên hệ thống. Nguyên nhân xảy ra hiện tượng trên là do có sự ngắn mạch trên đường dây, các rơle bảo vệ tác động và ngay sau đó tự đóng lại thành công. Ta có thể mô phỏng được rất nhiều dạng của sự cố thoáng qua trên hệ thống này như ngắn mạch 1 pha chạm đất hay hai pha chạm đất hoặc ngắn mạch ba pha ...và ở nhiều vị trí khác nhau trên hệ thống. Nhưng ở phần này, ta chỉ thực hiện mô phỏng trường hợp sự cố thoáng qua 1 pha chạm đất trên hệ thống. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI TĨNH Sơ đồ nguyên lý Mạch bao gồm nguồn 110 kV của hệ thống hai đường dây song song cung cấp điện cho phụ tải tĩnh có công suất là 160 kW thông qua máy biến áp 63 MVA. Nguồn cách phụ tải 30 km, ta chọn dây dẫn là dây đồng (phụ lục 8.7/259 sách MNĐ-TBA và phụ lục 3/374 sách CBT TTNM và BVR trong HTĐ) có : Tiết diện chuẩn: 150mm2. Đường kính ngoài dây dẫn: 1.58 cm. Điện trở một chiều ở 200C: 0,122 W/km. Khoảng cách giữa các pha là 0,8m, ta chọn dây đồng loại một sợi. Hệ số GMR (Geometric Mean Radius): Hệ số bán kính hình học trung bình. . Ở đây ta chọn phụ tải tĩnh là một phụ tải có tính cảm kháng. Việc ta chọn mô phỏng hệ thống có hai đường dây song song vì đây là trường hợp phổ biến trong thực tế. Do đó, ta sẽ thực hiện mô phỏng trường hợp hai đường dây mà sẽ không thực hiện mô phỏng trường hợp một đường dây. Sơ đồ mô phỏng Ở khối nguồn áp 3 pha, ta đặt các thông số : Phase-to-phase rms voltage: Điện áp hiệu dụng U = 110 kV. Phase angle of phase A: Đặt góc của pha A là 00. Frequency: Tần số F= 50 Hz. Internal connection: Dạn đấu nối của trung tính nguồn là Y. 3-phase short-circuit level at base voltage: Nhập PSC = 2000MVA. Base voltage: Đặt VBase = 110 kV. X/R ratio: nhập tỉ số giữa X/L = 7. Để thiết lập được các thông số cho tổng trở đường dây, ta vào Compute RLC parameter trong khối Powergui  và nhập các thông số trên vào bảng sau: Sau đó nhấn nút Compute RLC line parameters để tính toán các thông số của tổng trở trên đường dây và cho kết quả như sau : Ở khối tổng trở đường dây, đặt giá trị RLC đã tính toán ở trên vào bảng sau: Ở khối máy biến áp, tương tự như khi khảo sát trường hợp điện áp thay đổi theo dạng nấc, ta : Nomiral power and frequency: Công suất máy biến áp là 63 MVA, tần số là 50 Hz. Winding 1 (ABC) connection: dạng đấu nối của cuộn dây sơ cấp là Y. Winding parameter: Nhập điện áp phía sơ cấp V1 = 110 kV. Winding 2 (ABC) connection: dạng đấu nối của cuộn thứ cấp là Y. Winding parameter: Điện áp phía thứ cấp V2 = 15,75 kV. Ở khối đo điện áp và dòng điện 3 pha: ta vẫn chọn ở mục Voltage Measurement là Phase-to-ground và chọn yes ở mục Current Measurement để cho phép đo dòng điện chạy qua khối. Ở khối phụ tải tĩnh RLC ba pha mắc song song, ta nhập các thông số: Configuration: Chọn Y (grounded). Nomiral phase-to-phase voltage: Chọn điện áp phụ tải là 15,75kV. Nomiral frequency: Tần số f = 50 Hz. Active power (P): công suất P = 160 kW. Inductive reactive Power QL: Công suất phản kháng QL = 50 kVar. Trong khối ngắn mạch ba pha: ta chọn là ngắn mạch ở pha A, có chạm đất. Điện trở ngắn mạch là 0,001W, điện trở đất là 0,025W, thời gian đóng cắt là từ 0,8s đến 0,85s. Kết quả mô phỏng Điện áp hệ thống Đáp ứng công suất P và Q của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Nhận xét: Khi xảy ra sự cố thoáng qua thì các đáp ứng của P và Q đo được đều dao động với biên độ khá lớn. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI ĐỘNG Sơ đồ nguyên lý Trong sơ đồ này, phụ tải tĩnh được thay thế bằng phụ tải động, các thông số trong mạch được giữ nguyên như trong trường hợp phụ tải tĩnh. Sơ đồ mô phỏng Trong khối Powergui, ta vào mục Steady-State Voltage and Current, sau đó ta chọn Update steady-state Values để xác định các giá trị điện áp và dòng điện ban đầu. Sau đó, ta chọn mục Load Flow and Machine Initialization Nhập giá trị P0 = 160 kW vào ô Active power và Q0 = 50 kVar vào ô Reactive power. Sau đó nhấn Update Load Flow để xác lập các giá trị cho phụ tải động. Ta mở khối phụ tải động lên, ta thấp công suất của phụ tải động đã được xác lập, ta chỉ cần thiết lập các thông số khác mà Powergui không đặt: Mục Nominal L-L voltage and frequency: Ta nhập giá trị điện áp U=15,75kV và f = 50 Hz. Mục Active reactive power at initial voltage: giá trị công suất ban đầu là P0 =160 kW và Q0 = 50 kVar. Trong mục Parameter [np nq]: ta nhập hai số 1 và 1 vào. Thông số của các khối khác không đổi. Kết quả mô phỏng Điện áp của hệ thống Đáp ứng công suất P và Q của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Nhận xét Từ đồ thị trên ta thấy: đối với phụ tải tĩnh thì sau khi có sự cố thoáng qua thì P và Q đều dao động rất lớn. Trong khi đó thì trường hợp phụ tải động, sau khi kết thúc sự cố thì các đường P và Q trở về trạng thái như trước khi có sự cố. MÔ PHỎNG TRƯỜNG HỢP XẢY RA SỰ CỐ ĐỨT DÂY TRÊN HỆ THỐNG Một trường hợp khác của sự thay đổi điện áp là cắt một đường dây song song khi đang vận hành. Nguyên nhân là do sự cố đứt đường dây. Vấn đề này cũng thường hay gặp trong thực tế nên cần được quan tâm. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI TĨNH Sơ đồ nguyên lý Công suất phụ tải tĩnh vẫn giữ nguyên, ta chỉ thay đổi một vài điểm của sơ đồ nguyên lý. Sơ đồ mô phỏng Ở khối ngắn mạch ba pha, ta đặt lại thông số như sau: ta chọn là ngắn mạch cả ba pha ABC, có chạm đất. Điện trở ngắn mạch là 0,001W, điện trở đất là 0,025W, thời gian đóng cắt là từ 0,96s đến 2,50s Ở khối CB 3 pha, ta nhập các thông số: Trạng thái ban đầu: ta chọn trạng thái là closed (thường đóng). Chọn chế độ đóng cắt ba pha A,B,C. Thời gian đóng cắt CB (transition time)là từ 1s đến 2,4s. Điện trở trong của CB là 0,001 Omhs. Ở khối phụ tải tĩnh RLC ba pha mắc song song, ta nhập các thông số: Nomiral frequency: Tần số f = 50 Hz. Active power (P): công suất P = 3MW Inductive reactive Power QL: Công suất phản kháng QL =1,5MVar. Kết quả mô phỏng Điện áp của hệ thống Đáp ứng công suất P và Q của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Nhận xét: Khi xảy ra hiện tượng đứt một đường dây song song thì công suất và điện áp của phụ tải đều giảm. Nhưng sau khi xảy ra sự cố đứt dây thì các đáp ứng của cả hai công suất P và Q đều dao động với biên độ khá lớn. TRƯỜNG HỢP PHỤ TẢI ĐỘNG Sơ đồ nguyên lý Tương tự như sơ đồ nguyên lý của phụ tải tĩnh nhưng ta thay phụ tải bằng phụ tải động. Sơ đồ mô phỏng Mở Steady-State Voltage and Current của Powergui, sau đó ta chọn Update steady-state Values để xác định các giá trị điện áp và dòng điện ban đầu. Sau đó, ta chọn mục Load Flow and Machine Initialization của Powergui, ta đặt lại công suất của phụ tải động là P0 = 3 MW và Q0 = 1,5 MVar. Nhấn Update Load Flow để xác lập các giá trị cho phụ tải động. Các thông số của các khối khác vẫn giữ nguyên. Kết quả mô phỏng Điện áp hệ thống Đáp ứng công suất P của hệ thống theo sự thay đổi của điện áp Nhận xét Cũng tương tự như những trường hợp khác, trong trường hợp này ta thấy phụ tải động luôn đáp ứng tốt hơn so với phụ tải tĩnh. Sau khi bị sự cố đứt dây thì điện áp và công suất của phụ tải động đều giảm, nhưng các đáp ứng P và Q ít dao động hơn phụ tải tĩnh rất nhiều. NHẬN XÉT CHUNG Qua các trường hợp mô phỏng sự dao động các đáp ứng công suất P và Q của hệ thống do các yếu tố bên ngoài như sự thay đổi giá trị của điện áp, xảy ra sự cố thoáng qua, đứt một đường dây truyền tải song song ... thì ta thấy hầu hết trong các trường hợp đó, phụ tải động có sự đáp ứng khá tốt so với các mô hình phụ tải tĩnh trước đây. Tuy vậy, việc mô phỏng các trường hợp trên chỉ là những trường hợp cơ bản và thường gặp trong thực tế. Còn những trường hợp khác tuy có xảy ra nhưng ít phổ biến hơn, do vậy mà ta không tập trung vào những trường hợp này. Hơn nữa, nhiều trường hợp khi xảy ra thì sẽ gây ra việc mất điện lâu dài chứ không gây ra dao động trên hệ thống như đứt hai đường dây song song, ngắn mạch ba pha chạm đất hai đường dây....