Phân tích đánh giá hiệu quả của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định vận hành cho Nhà máy thủy điện Sông Bung 4

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đánh giá phân tích và nghiên cứu vai trò của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định của các tổ máy của NMTĐ Sông Bung 4 khi tham gia vận hành trong HTĐ Quốc gia. Kết quả cho thấy chức năng PSS trong máy phát điện có tác dụng nâng cao khả năng ổn định hệ thống, dập tắt dao động điện áp và dao động góc pha.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân tích đánh giá hiệu quả của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định vận hành cho Nhà máy thủy điện Sông Bung 4

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA BỘ PSS TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH VẬN HÀNH CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG BUNG 4 ANALYSIS TO EVALUATE THE EFFECTIVENESS OF PSS IN IMPROVING OPERATIONAL STABILITY FOR SONG BUNG 4 HYDROPOWER PLANT 1 2 Hoàng Long , Ngô Văn Dưỡng 1 Công ty Thủy điện Sông Bung, 0973994135, hoanglongdnbk@gmail.com 2 Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng, 0913405526, nvduong@dut.udn.vn Tóm tắt: Thiết bị ổn định hệ thống điện (PSS) là một bộ phận phụ được trang bị trong hệ thống kích từ máy phát, tác dụng chính của PSS là mở rộng giới hạn ổn định của hệ thống điện bằng cách tạo ra một thành phần mô men điện trong rotor máy phát đồng bộ, thành phần mô men này tác dụng giống như một mô men cản để chống lại sự dao động của rotor máy phát thông qua hệ thống kích từ của máy phát đồng bộ. Tác giả đã sử dụng phần mềm Powerworld simulator để tính toán, phân tích các chế độ làm việc các máy phát điện Nhà máy thủy điện Sông Bung 4 khi có và không có sự tham gia của bộ PSS trong các trường hợp lưới điện 220kV khu vực miền Trung làm việc bình thường, có sự cố N-1 và mất nguồn, mất tải đôt ngột. Kết quả cho thấy chức năng PSS trong máy phát điện có tác dụng nâng cao khả năng ổn định hệ thống, dập tắt dao động điện áp và dao động góc pha. Từ khóa: Bộ PSS, hệ thống kích từ, ổn định hệ thống điện, góc lệch rotor, dao động điện áp. Abstract: The power system stabilizer (PSS) is an auxiliary component equipped in the generator excitation system, the main function of the PSS is to extend the stability limit of the electrical system by creating an electric torque component in the rotor. This torque component acts as a resisting torque to counteract the oscillation of the rotor through the excitation system of generator. The author used Powerworld simulator software to calculate and analyze the working modes of generators of Song Bung 4 Hydropower Plant with and without the participation of PSS in the case of 220kV power grid in the Central region works normally, there is N-1 problem and sudden power loss, sudden load loss. The results show that PSS function in the generator has the effect of improving system stability, suppressing voltage fluctuations and phase angle fluctuations. Keyword: PS function, excitation system, power system stability, rotor deflection angle, voltage oscillations CHỮ VIẾT TẮT CĐXL Chế độ xác lập HTĐ Hệ thống điện QTQĐ Quá trình quá độ PSS Power System Stabilizer - Thiết bị ổn định hệ thống điện 292
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA NMTĐ Nhà máy thủy điện 1. GIỚI THIỆU Nhà máy thủy điện Sông Bung 4 được khởi công xây dựng ngày 25/06/2012, phát điện thương mại các tổ máy trong tháng 10 năm 2014 và hoàn thành toàn bộ công trình đưa vào sử dụng trong tháng 03/2015, nhà máy gồm 2 tổ máy phát với công suất 2 x 78 MW kết nối vào lưới điện Quốc gia 220 kV. Từ những nhu cầu rất thực tế theo xu hướng tăng mạnh của các nhà máy năng lượng tái tạo tại Việt Nam đặt áp lực lên hệ thống lưới điện Quốc gia, yêu cầu các nhà máy điện cần có công suất hoạt động ổn định. Thông tư số 25 của Bộ Công thương quy định các tổ máy phát điện có công suất trên 30 MW đều phải trang bị thiết bị ổn định hệ thống điện. Xét trên thực trạng hiện nay, để nâng cao mức độ vận hành ổn định cho các máy phát điện đồng bộ khi xảy ra các nhiễu loạn trên hệ thống, một giải pháp được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay đó là sử dụng thiết bị ổn định hệ thống điện (PSS) kết hợp với hệ thống kích từ của máy phát điện. Bộ PSS (Power System Stabilizer) là một thiết bị điều khiển phụ, được sử dụng kết hợp với hệ thống kích từ của máy phát điện nhằm tạo ra một mô men hãm làm giảm các dao động xảy ra trong máy phát, đồng thời mở rộng giới hạn truyền tải, từ đó làm tăng khả năng ổn định của máy phát và hệ thống điện. Để phục vụ cho quá trình quản lý vận hành nhà máy đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và nâng cao độ tin cậy làm việc của thiết bị cần thiết phải có những nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng khi đấu nối nhà máy với HTĐ. Trong khuôn khổ bài báo, tác giả đánh giá phân tích và nghiên cứu vai trò của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định của các tổ máy của NMTĐ Sông Bung 4 khi tham gia vận hành trong HTĐ Quốc gia. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT / PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở lý thuyết Dựa trên lý thuyết về chế độ làm việc của máy phát điện, nguyên lý hoạt động của PSS và bài toán giải tích mạng điện. 2.2. Phương pháp nghiên cứu  Thu thập số liệu thông số máy phát, hệ thống kích từ, hệ thống điều tốc, chức năng PSS của nhà máy Sông Bung 4 và lưới điện nhà máy đấu nối.  Cập nhật số liệu cho phần mềm tính toán và xây dựng mô hình mô phỏng trên Powerworld simulator các chế độ vận hành của lưới điện có kết nối NMTĐ Sông Bung 4. 293
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022  Phân tích các chế độ vận hành của lưới điện khi không có và có sự tham gia của chức năng PSS trong các máy phát NMTĐ Sông Bung 4. Qua kết quả đánh giá hiệu quả của chức năng PSS trong việc nâng cao ổn định vận hành của NMTĐ Sông Bung 4. 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM POWERWORLD SIMULATOR TRẠM 220KV HUẾ TC 220kV Huế 13 0,96 pu 210,67 KV A T3 A T4 TC 110kV 16 0,95 pu 100 MW 143 MW 30 Mvar 82 Mvar 22 MW 22 MW NMTĐ A Lưới 2 x 85 MW Huế 2, Huế 3, Sợi Huế 26 Mvar 26 Mvar Hương Điền,Vân Xá, Phú Bài Cầu Hai, Chân Mây, Lăng Cô TRẠM 220KV HÒA KHÁNH TC 220kV Hòa Khánh 12 0,96 pu 211,00 KV A T3 A T4 TC 110kV 15 -27 MW 0,95 pu -19 Mvar HỆ THỐNG 202 MW 110 MW 110 MW 45 Mvar 40 Mvar 40 Mvar Hòa Khánh 2, Liên Chiểu, Hải Vân Hòa Liên, Xuân Hà, Cầu Đỏ CÁC NHÀ MÁY: Dak Mi 4A: 2 x 74 MW TRẠM 220KV THẠNH MỸ TC 220kV Thạnh M ỹ Dak Mi 4B: 2 x 21 MW 11 168 MW 0,96 pu 6 Mvar Dak Mi 4C: 2 x 9 MW 212,02 KV 15 km A Dak Mi 3: 2 x 31,5 MW A mps 270 MW A T2 A T3 90 Mvar 13 MW A 32 km 34 km A 86 MW 132 MW 133 MW 210,93 KV TC 110kV 7 Mvar -18 Mvar -18 Mvar 14 -6 Mvar Amps Amps -0,03 Deg 259 MW 0,96 pu 7 8 Thanh cái 220kV 0,96 pu 77 Mvar 196 MW 196 MW CÁC NHÀ MÁY: A Vương: 2 x 105 MW 170,00 MW TRẠM 500KV THẠNH MỸ -28,00 Mvar T2 T1 T2 AT1 AT2 Sông Bung 4A: 2 x 24,5 MW Đại Lộc, Thạnh Mỹ T1 0,00 Deg 13,33 KV 13,33 KV 475,00 KV 9 Thanh cái 500kV 0,97 pu 0,97 pu 0,97 pu 6 0,97 pu 1,60 Deg 5 1,59 Deg 2 0,95 pu 1 78,00 MW 78,00 MW 0,00 Mvar 0,00 Mvar slack 50 MW 50 MW SÔNG BUNG 4 5 Mvar 5 Mvar SÔNG BUNG 2 -388 MW -118 Mvar Hình 1. Sơ đồ một phần hệ thống điện khu vực Nhà máy đấu nối trên phần mềm Powerworld Để phân tích ảnh hưởng của chức năng PSS đến thông số chế độ của hệ thống trong chế độ xác lập, tác giả lựa chọn thông số vận hành của hệ thống tương ứng với các chế độ cực đại (cao điểm) và cực tiểu (thấp điểm) theo thông tin vận hành từ Công ty Truyền tải điện 2, Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia ngày 31/05/2021, đây là thời điểm nắng nóng gay gắt trên diện rộng ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung đã làm tiêu thụ điện tăng rất mạnh. Theo số liệu từ Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia, phụ tải điện toàn quốc ngày 31/5/2021 ở mức cao từ trước đến nay, với công suất đỉnh là 41549 MW và sản lượng điện là 850,3 triệu kWh. 3.1. Trạng thái xác lập của Hệ thống điện Thực hiện tính toán đối với trạng thái xác lập trong các chế độ làm việc bình thường ứng với phụ tải cực đại và phụ tải cực tiểu trong ngày 31/05/2021 khi ON/OFF chức năng PSS thì thông số điện áp, góc lệch và tốc độ rotor tại NMTĐ Sông Bung 4 hầu như không thay đổi. Như vậy sau khi khi đưa chức năng PSS vào làm việc thì tác giả đánh giá chức năng PSS ảnh hưởng chưa rõ rệt đến chất lượng điện áp đầu cực Máy phát. 294
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA 3.2. Quá trình quá độ khi có sự cố trong hệ thống điện Trong thời gian tồn tại sự cố trên hệ thống điện, điện áp, góc lệch và tốc độ rotor sẽ bị dao động, quá trình diễn ra có thể tiến đến giá trị xác lập (hệ thống ổn định) hoặc dao động tăng dần (hệ thống mất ổn định) tùy thuộc cấu trúc hệ thống và hệ thống điều khiển của máy phát điện. Để đánh giá vai trò quan trọng của chức năng PSS trong quá trình dập tắt dao động máy phát của NMTĐ Sông Bung 4, tác giả sẽ phân tích mô phỏng trên phần mềm các đặc tính dao động điện áp U(t), góc lệch rotor δ(t) và tốc độ tổ máy để đánh giá vai trò của chức năng PSS khi máy phát NMTĐ Sông Bung 4 đang đấu nối vào HTĐ Quốc gia. Các nội dung phân tích đánh giá ở trường hợp vận hành với điện áp đầu cực máy phát UH1-UH2 = 0.97pu và điện áp hệ thống UHT = 0.95pu với chế độ phụ tải cực đại. 3.2.1. Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây 220 kV xuất tuyến 271 Sông Bung 4 - Thạnh Mỹ Xét trường hợp Ngắn mạch được giải trừ bằng việc cắt đường dây bị sự cố sau 100ms. Thực hiện phân tích với hai trường hợp: Khi ON và OFF chức năng PSS. Kết quả tính toán là các đường đặc tính dao động góc lệch roto δ máy phát H1-H2, điện áp đầu cực máy phát H1-H2, điện áp thanh cái 220 kV tại trạm 500 kV Thạnh Mỹ, đặc tính dao động tốc độ tổ máy: 65 58 56 60 54 52 55 50 48 50 46 44 42 45 40 38 40 36 34 35 32 30 30 28 26 25 24 22 20 OFF PSS ON PSS 20 18 15 16 14 12 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g Rotor Angle_Gen 1 #1 b c d e f g Rotor Angle_Gen 1 #1 Hình 2. Dao động góc lệch roto máy phát H1-H2 1 0,98 0,995 0,97 0,99 0,985 0,96 0,98 0,95 0,975 0,97 0,94 0,965 0,93 0,96 0,955 0,92 0,95 0,91 0,945 0,94 0,9 0,935 0,89 0,93 0,88 0,925 0,92 0,87 0,915 0,86 0,91 0,905 0,85 0,9 0,895 0,89 OFF PSS 0,84 0,83 ON PSS 0,885 0,82 0,88 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 b c d e f g V (pu)_Bus 1 g b c d e f V (pu)_Bus 8 b c d e f g V (pu)_Bus 1 g b c d e f V (pu)_Bus 8 Hình 3. Điện áp các thanh cái H1-H2 (đường màu xanh) và 220 kV Thạnh Mỹ(đường màu đỏ) 295
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 50,25 50,55 50,5 50,2 50,45 50,4 50,15 50,35 50,3 50,1 50,25 50,2 50,05 50,15 50,1 50 50,05 50 49,95 49,95 49,9 49,9 49,85 49,8 49,85 49,75 49,7 49,8 49,65 49,6 49,75 49,55 49,5 49,45 OFF PSS 49,7 ON PSS 49,4 49,65 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g Speed_Gen 1 #1 b c d e f g Speed_Gen 1 #1 Hình 4. Dao động tốc độ máy phát H1-H2 Khi xuất hiện sự cố ngắn mạch ba pha tuyến đường dây Sông Bung 4 - Thạnh Mỹ thì điện áp đầu cực máy phát giảm rất thấp. Qua phân tích đường đặc tính QTQĐ góc lệch roto δ(t) máy phát H1-H2, điện áp u(t) trên các thanh cái trên hệ thống và tốc độ tổ máy ta thấy tác động rõ rệt của chức năng PSS khi có sự cố ngắn mạch đường dây 220 kV Sông Bung 4 - Thạnh Mỹ là tác động hãm những dao động cơ điện trong máy phát H1-H2 và rút ngắn thời gian đưa về giá trị xác lập mới đối với góc lệch rotor và điện áp đầu cực:  Hình 2: Trong trường hợp đưa chức năng PSS vào làm việc góc lệch roto máy phát H1-H2 tăng dần tại giá trị ban đầu 24,20 dao động trong khoảng từ 120 : 580 và xác lập tại giá trị mới trị mới ở 320 trong 24s (Khi chưa bật PSS, dao động trong khoảng từ 120 : 650 và xác lập tại giá trị mới sau 30s).  Hình 3: Điện áp đầu cực máy phát H1-H2 giảm thấp xuống 0,19pu sau đó dao động trong khoảng từ 0,958pu : 0,975pu và xác lập tại giá trị mới tại 0,965pu sau khoảng 22s (Khi chưa bật PSS, dao động trong khoảng từ 0,955pu : 0,985pu và xác lập tại giá trị mới sau 28s). Điện áp thanh cái 220 kV Thạnh Mỹ gần như không thay đổi khi ON/OFF chức năng PSS.  Hình 4: Tại thời điểm xảy ra sự cố ngắn mạch gần đầu cực, công suất điện của máy phát giảm thấp gần bằng không, công suất cơ lúc này chưa thay đổi kịp do hệ thống điều tốc chưa đáp ứng để ép cánh hướng về lại, vì vậy tốc độ tổ máy tăng lên, ngay sau đó đáp ứng của hệ thống điều tốc làm tốc độ tổ máy dao động quanh điểm cân bằng, tốc độ máy phát H1-H2 dao động trong khoảng từ 49,65 Hz : 50,25 Hz sau đó xác lập tại giá trị 50 Hz trong 24s (Khi chưa bật PSS, dao động trong khoảng từ 49,4 Hz : 50,6 Hz và xác lập giá trị 50Hz sau 30s). 3.2.2. Sự cố ngắn mạch 3 pha thanh cái 110 kV trạm 220kV Thạnh Mỹ Xét trường hợp Ngắn mạch được giải trừ bằng việc cắt các máy cắt đầu vào và đầu ra thanh cái trạm 110 kV Thạnh Mỹ bị sự cố sau 100ms. Kết quả phân tích: 296
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA 31 31 30,5 30,5 30 30 29,5 29,5 29 29 28,5 28,5 28 28 27,5 27,5 27 27 26,5 26,5 26 26 25,5 25,5 25 24,5 OFF PSS 24,5 25 ON PSS 24 24 23,5 23,5 23 23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g Rotor Angle_Gen 1 #1 b c d e f g Rotor Angle_Gen 1 #1 Hình 5. Dao động góc lệch roto máy phát H1-H2 0,97 0,97 0,968 0,968 0,966 0,966 0,964 0,964 0,962 0,962 0,96 0,96 0,958 0,958 0,956 0,956 0,954 0,954 0,952 0,952 0,95 0,95 0,948 0,948 0,946 0,946 0,944 0,944 0,942 0,942 0,94 0,94 0,938 0,938 0,936 0,936 0,934 0,934 0,932 0,932 0,93 0,93 0,928 0,928 0,926 0,924 0,922 OFF PSS 0,926 0,924 0,922 ON PSS 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g V (pu)_Bus 1 g b c d e f V (pu)_Bus 8 b c d e f g V (pu)_Bus 1 g b c d e f V (pu)_Bus 8 Hình 6: Điện áp các thanh cái H1-H2(đường màu xanh) và 220 kV Thạnh Mỹ(đường màu đỏ) 50,05 50,02 50,045 50,018 50,04 50,035 50,016 50,03 50,014 50,025 50,012 50,02 50,01 50,015 50,01 50,008 50,005 50,006 50 50,004 49,995 49,99 50,002 49,985 50 49,98 49,998 49,975 49,996 49,97 49,965 49,994 49,96 49,992 49,955 49,95 49,945 OFF PSS 49,99 49,988 ON PSS 49,94 49,986 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g Speed_Gen 1 #1 b c d e f g Speed_Gen 1 #1 Hình 7: Dao động tốc độ máy phát H1-H2 Qua phân tích đường đặc tính QTQĐ, tác giả nhận thấy chức năng PSS làm hãm những dao động cơ điện trong máy phát H1-H2 và rút ngắn thời gian đưa về giá trị xác lập mới đối với góc lệch rotor và điện áp đầu cực:  Hình 5: Trong trường hợp đưa chức năng PSS vào làm việc góc lệch roto máy phát H1-H2 tăng dần tại giá trị ban đầu 24,20 dao động trong khoảng từ 23,50 : 280 và xác lập tại giá trị mới trị mới ở 23,50 trong 34s (Khi chưa bật PSS, dao động trong khoảng từ 230 : 300 và xác lập tại giá trị mới sau 36s).  Hình 6: Điện áp đầu cực máy phát H1-H2 giảm thấp xuống 0,19pu sau đó dao động trong khoảng từ 0,952pu : 0,964pu và xác lập tại giá trị mới tại 0,962pu sau 297
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 khoảng 28s (Khi chưa bật PSS, dao động trong khoảng từ 0,955pu : 0,966pu và xác lập giá trị mới sau khoảng 30s). ). Điện áp thanh cái 220 kV Thạnh Mỹ gần như không thay đổi khi ON/OFF chức năng PSS.  Hình 7: Tốc độ máy phát H1-H2 dao động trong khoảng từ 49,98 Hz : 50,02 Hz sau đó xác lập tại giá trị 50 Hz trong 34s (Khi chưa bật PSS, dao động trong khoảng từ 49,94Hz : 50,05 Hz và xác lập sau 36s). 3.2.3. Sự cố mất công suất 105 MW trên hệ thống do tổ máy H1 NMTĐ A Vương bị sự cố Xét trường hợp sự cố tổ máy H1 NMTĐ A Vương, sau sự cố tổ máy H1 NMTĐ A Vương cắt khỏi hệ thống điện trong thời gian 4h. Kết quả phân tích: 27 27 26,5 26,5 26 26 25,5 25,5 25 25 24,5 24,5 24 24 23,5 23,5 23 23 OFF PSS 22,5 ON PSS 22,5 22 22 21,5 21,5 21 21 20,5 20,5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g Rotor Angle_Gen 1 #1 b c d e f g Rotor Angle_Gen 1 #1 Hình 8: Dao động góc lệch roto máy phát H1-H2 0,97 0,97 0,968 0,968 0,966 0,966 0,964 0,964 0,962 0,962 0,96 0,96 0,958 0,958 0,956 0,956 0,954 0,954 0,952 0,952 0,95 0,95 0,948 0,948 0,946 0,946 0,944 0,944 0,942 0,942 0,94 0,94 0,938 0,938 0,936 0,936 0,934 0,934 0,932 0,932 0,93 0,93 0,928 0,928 0,926 0,924 0,922 OFF PSS 0,926 0,924 0,922 ON PSS 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g V (pu)_Bus 1 g b c d e f V (pu)_Bus 8 b c d e f g V (pu)_Bus 1 g b c d e f V (pu)_Bus 8 Hình 9: Điện áp các thanh cái H1-H2(đường màu xanh) và 220 kV Thạnh Mỹ(đường màu đỏ) Tại thời điểm xảy ra sự cố, tần số của hệ thống điện sẽ bị dao động, vì vậy tốc độ tổ máy cũng dao động nhưng không đáng kể do sự cố ở xa nhà máy và các nguồn năng lượng từ các Nhà máy điện trên hệ thống đều tham gia vào điều tần để đáp ứng cân bằng ngay lập tức, đáp ứng của hệ thống điều tốc ngay sau đó làm tốc độ tổ máy dao động quanh điểm cân bằng. Qua phân tích các đồ thị đường đặc tính QTQĐ góc lệch roto δ(t) máy phát H1-H2, điện áp u(t) trên các thanh cái trên hệ thống và tốc độ tổ máy ta thấy tác động của chức năng 298
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA PSS là khi có sự cố mất công suất phát 105 MW trên hệ thống là tác động hãm những dao động cơ điện trong máy phát H1-H2, thể hiện ở biên độ dao động trong thời gian quá độ trên hệ thống giảm hơn so với khi chưa đưa chức năng PSS vào làm việc. Tuy nhiên thời gian đưa về giá trị xác lập mới đối với giá trị điện áp, góc lệch pha và tốc độ gần như không thay đổi. Điện áp thanh cái 220 kV Thạnh Mỹ gần như không thay đổi khi ON/OFF chức năng PSS. 50,022 50,02 50,02 50,018 50,018 50,016 50,016 50,014 50,014 50,012 50,012 50,01 50,01 50,008 50,008 50,006 50,006 50,004 50,004 50,002 50,002 50 50 49,998 49,998 49,996 49,996 49,994 49,994 49,992 49,99 49,992 49,988 49,99 49,986 49,988 49,984 49,986 49,982 49,98 49,978 OFF PSS 49,984 49,982 ON PSS 49,98 49,976 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g Speed_Gen 1 #1 b c d e f g Speed_Gen 1 #1 Hình 10. Dao động tốc độ máy phát H1-H2 3.2.4. Sự cố mất phụ tải đột ngột 200 MW trên hệ thống Xét trường hợp sự cố mất phụ tải đột ngột 200 MW trên hệ thống, kết quả phân tích: 28,6 28,4 28,5 28,2 28 28 27,8 27,6 27,5 27,4 27,2 27 27 26,8 26,6 26,5 26,4 26,2 26 26 25,8 25,6 25,5 25,4 25,2 25 25 24,8 24,6 24,4 OFF PSS 24,5 ON PSS 24,2 24 24 23,8 23,6 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g Rotor Angle_Gen 1 #1 b c d e f g Rotor Angle_Gen 1 #1 Hình 11: Dao động góc lệch roto máy phát H1-H2 0,98 0,98 0,975 0,975 0,97 0,97 0,965 0,965 0,96 0,96 0,955 0,955 0,95 0,95 0,945 0,945 0,94 0,94 0,935 0,935 0,93 0,93 0,925 OFF PSS 0,925 ON PSS 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g V (pu)_Bus 1 g b c d e f V (pu)_Bus 8 b c d e f g V (pu)_Bus 1 g b c d e f V (pu)_Bus 8 Hình 12: Điện áp các thanh cái H1-H2(đường màu xanh) và 220 kV Thạnh Mỹ(đường màu đỏ) 299
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 50,022 50,02 50,02 50,018 50,018 50,016 50,016 50,014 50,014 50,012 50,012 50,01 50,01 50,008 50,008 50,006 50,006 50,004 50,004 50,002 50,002 50 50 49,998 49,998 49,996 49,996 49,994 49,992 49,994 49,99 49,992 49,988 49,99 49,986 49,988 49,984 49,982 49,98 OFF PSS 49,986 49,984 ON PSS 49,982 49,978 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 b c d e f g Speed_Gen 1 #1 b c d e f g Speed_Gen 1 #1 Hình 13: Dao động tốc độ máy phát H1-H2 Tại thời điểm xảy ra sự cố, tần số của hệ thống điện sẽ bị dao động, vì vậy tốc độ tổ máy cũng dao động nhưng không đáng kể do sự cố ở xa nhà máy và các nguồn năng lượng từ các Nhà máy điện trên hệ thống đều tham gia vào điều tần để đáp ứng cân bằng ngay lập tức, đáp ứng của hệ thống điều tốc ngay sau đó làm tốc độ tổ máy dao động quanh điểm cân bằng. Như vậy qua phân tích đường đặc tính QTQĐ góc lệch roto δ(t) máy phát H1-H2 , điện áp u(t) trên các thanh cái trên hệ thống và tốc độ tổ máy ta thấy tác động của chức năng PSS là khi có sự cố mất phụ tải đột ngột 200 MW trên hệ thống là tác động hãm những dao động cơ điện trong máy phát H1-H2, thể hiện ở biên độ dao động trong thời gian quá độ trên hệ thống giảm hơn so với khi chưa đưa chức năng PSS vào làm việc. Tuy nhiên thời gian đưa về giá trị xác lập mới đối với giá trị điện áp, góc lệch pha và tốc độ gần như không thay đổi. Điện áp thanh cái 220 kV Thạnh Mỹ gần như không thay đổi khi ON/OFF chức năng PSS. 3.2.5. Kết quả mô phỏng Qua phân tích các chế độ vận hành của máy phát NMTĐ Sông Bung 4 khi có sự tham gia và không có sự tham gia của bộ PSS đã đánh giá được vai trò của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định cho các Tổ máy NMTĐ Sông Bung 4, cụ thể như sau:  Khi phân tích các chế độ xác lập: Đối với trạng thái xác lập và không có biến động lớn trong các chế độ làm việc bình thường ứng với phụ tải cực đại và phụ tải cực tiểu, khi ON/OFF chức năng PSS thì thông số điện áp, góc lệch rotor tại các thanh cái máy phát không thay đổi.  Khi phân tích các đặc tính dao động điện áp, dao động góc lệch roto, tốc độ tổ máy trong QTQĐ khi thực hiện mô phỏng các sự cố trên hệ thống như: + Ngắn mạch ba pha xuất tuyến 271 đường dây 220 kV Sông Bung 4-Thạnh Mỹ. + Ngắn mạch ba pha thanh cái 110 kV trạm 220 kV Thạnh Mỹ. + Sự cố mất công suất 105 MW trên hệ thống do Tổ máy H1 NMTĐ A Vương bị sự cố. 300
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA + Sự cố mất phụ tải đột ngột 200 MW trên hệ thống. Kết quả phân tích mô phỏng cho thấy: Đối với những kích động lớn trên hệ thống ở gần Nhà máy (Ngắn mạch ba pha xuất tuyến 271 và ngắn mạch thanh cái 110 kV ở trạm 220 kV Thạnh Mỹ) thì bộ PSS ảnh hưởng rõ rệt đến việc ổn định dao động điện áp, góc lệch rotor và tốc độ tổ máy: Thể hiện qua việc giảm biên độ dao động và rút ngắn thời gian đạt đến giá trị xác lập mới. Đối với những kích động trên hệ thống nhưng ở xa nhà máy (Sự cố mất công suất 105 MW và mất phụ tải 220 MW) thì bộ PSS vẫn có ảnh hưởng tuy không thật sự rõ rệt ( do thời gian tiến đến giá trị xác lập khi ON/OFF PSS giống nhau) nhưng cũng làm giảm biên độ dao động điện áp, góc lệch rotor và tốc độ của máy phát, qua đó nâng cao độ tin cậy và ổn định vận hành cho NMTĐ Sông Bung 4, kéo dài tuổi thọ của các tổ máy khi tham gia vận hành trên HTĐ quốc gia. 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận Qua tính toán đánh giá các chế độ làm việc bình thường, sự cố N-1 trên lưới điện 220 kV khu vực miền Trung và sự cố mất nguồn, mất tải có xét đến ảnh hưởng của bộ PSS đến chế độ vận hành của các máy phát NMTĐ Sông Bung 4 bằng phần mềm POWERWORLD SIMULATOR, kết quả cho thấy bộ PSS có tác dụng nâng cao khả năng ổn định, dập tắt dao động điện áp và dao động góc pha khi có xảy ra sự cố N-1 trên hệ thống. Cụ thể, đối với các trường hợp sự cố xét hai trường hợp có và không có sự tham gia của bộ PSS cho thấy:  Đối với những sự cố ngắn mạch trên hệ thống ở gần Nhà máy, bộ PSS ảnh hưởng rõ rệt đến việc ổn định dao động điện áp, góc lệch rotor và tốc độ tổ máy: Thể hiện qua việc giảm biên độ dao động và rút ngắn thời gian đạt đến giá trị xác lập mới.  Đối với những sự cố ngắn mạch trên hệ thống nhưng ở xa nhà máy thì bộ PSS vẫn có ảnh hưởng, tuy không thật sự rõ rệt (do thời gian tiến đến giá trị xác lập khi ON/OFF PSS giống nhau) nhưng cũng làm đã giảm biên độ dao động điện áp, góc lệch rotor và tốc độ. 4.2. Kiến nghị Trong thời gian qua cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu điện năng tăng nhanh nên Hệ thống điện Việt Nam cũng liên tục phát trển cả về nguồn và hệ thống đường dây truyền tải. Cấu trúc HTĐ phức tạp cộng với sự tham gia của các nguồn năng lượng gió, mặt trời ngày càng nhiều nên xác suất sự cố và mất nguồn đột ngột ngày càng tăng. Để nâng cao khả năng ổn định hệ thống và chất lượng điện năng cần thiết phải đưa chức năng PSS của tất cả các máy phát vào làm việc. Đồng thời phải đảm bảo 301
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 các nguồn công suất phản kháng có khả năng điều chỉnh nhanh để đảm bảo giữ điện áp nằm trong giới hạn cho phép khi có sự thay đổi lớn về trào lưu công suất trên hệ thống. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Gia Hạnh, 2005. Máy điện 2. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [2] Trần Đình Long, 1999. Bảo vệ các hệ thống điện. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [3] Trịnh Hùng Thám, 2007. Vận hành Nhà máy điện. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [4] Lã Văn Út, 2011. Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [5] IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies, IEEE Standard 421.5-2005, April 2006. [6] P. M. Anderson, A. A. Fouad, 2003. Power System Control and Stability – Second Edition. [7] Misubishi electric – Power system stabilizer, new publication, effective Sep 2010. [8] Andrea Angel Zea, 2013. Power System Stabilizers for the synchronous generator, Chalmers university of technology. 302