ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

ĐOÀN NGUYỄN QUỐC HÙNG

NGUYÊN CỨU ỨNG DỤNG PSS ĐỂ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT
CHO HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN NHÀ MÁY
LỌC DẦU DUNG QUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Quảng Ngãi, năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

ĐOÀN NGUYỄN QUỐC HÙNG

NGUYÊN CỨU ỨNG DỤNG PSS ĐỂ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT
CHO HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN NHÀ MÁY
LỌC DẦU DUNG QUẤT

Chuyên ngành: Kỹ Thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN HỒNG MAI

Quảng Ngãi, năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Đề tài “Nguyên cứu ứng dụng PSS để ổn định công suất cho
hệ thống máy phát điện Nhà máy lọc dầu Dung Quất” là cơng trình nghiên cứu của
riêng cá nhân tơi.
Các kết quả tính tốn, số liệu trong luận văn thực tế, đảm bảo theo yêu cầu của đề
tài và chưa từng được ai nghiên cứu, cơng bố trong các cơng trình nghiên cứu nào khác
trong nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Ngƣời thực hiện

Đoàn Nguyễn Quốc Hùng


TÓM TẮT
Đề tài luận văn:
NGUYÊN CỨU ỨNG DỤNG PSS ĐỂ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG MÁY
PHÁT ĐIỆN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
Học viên: Đoàn Nguyễn Quốc Hùng

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và
Tự động hóa

Khóa: 34

Trường Đại học Bách khoa - ĐHBK

Tóm tắt: Đề tài trình bày cấu trúc hệ thống điện NMLD Dung Quất, tổng quan các

vấn đề liên quan dao động hệ thống điện, cấu trúc các bộ PSS và cải thiện dao động trong hệ
thống bởi các bộ ổn định công suất PSS. Trên cơ sở dữ liệu các thông số thiết bị và vận hành
của nhà máy, đề tài đã thực hiện xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống phát điện nhà máy lọc
dầu Dung Quất trong chế độ nối lưới. Mô phỏng dao động của hệ thống điện trong các trường
hợp sự cố lưới được thực hiện qua đó đánh giá hiệu quả của các bộ PSS1A và PSS4B đối với
cải thiện dao động hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy các bộ PSS thể hiện được hiệu quả
trong việc nâng cao khả năng ổn định của hệ thống trong các nhiễu loạn nhỏ cũng như sự cố
hệ thống.
Từ khóa: Điều khiển máy phát, bộ điều khiển công suất, điều khiển kích từ.

STUDY TO APPLY PSS IN POWER SYSTEM OF DUNG QUAT REFINERY TO
STABILIZE POWER OSCILLATION
Student: Doan Nguyen Quoc Hung
Course: 34

Specialization: Control and Automation
Engineering
Da Nang University of Technology - DUT

Abstract: The subject represent s structure of power system of Dung Quat Refinery
system, overview power system oscillation and stability, the structure of the PSS and
improvement of the oscillation in power system by PSSs. Based on the parameters of
equipment and operation of the power system, the project has conducted modeling Dung Quat
power system in the EVN connection mode. Simulation of system oscillation in case of grid
malfunction is implemented to evaluate the effectiveness of PSS1A and PSS4B for system
oscillation improvement. Simulation results show that PSSs are effective in improving system
stability in small disturbances as well as system failures.
Key words: Generator control, PSS controller, AVR control.



MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... vii
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................ix
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do lựa chọn đề tài. .......................................................................................... 1
2.
3.
4.

Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 1
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................1
Nội dung nhiệm vụ nghiên cứu ...........................................................................2

5.

Phương pháp, nguyên lý, biện pháp nghiên cứu .................................................2

6.

ngh a khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................. 2

Chƣơng I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN ............................. 4
NMLD DUNG QUẤT ....................................................................................................4
1.1. Tổng quan về hệ thống điện Nhà Máy Lọc Dầu Dung Quất (NMLD) ...............4
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.

1.1.5.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.

Nguồn điện: .................................................................................................4
Hệ thống phân phối: ....................................................................................4
Tải tiêu thụ: .................................................................................................4
Độ tin cậy vận hành của hệ thống: .............................................................. 6
Nhu cầu năng lượng trong nâng cấp, mở rộng nhà máy: ............................ 6

Giới thiệu Tua-bin hơi tại phân xưởng phát điện NMLD. ..................................6
Giới thiệu các máy phát điện STG của NMLD ...................................................8
Giới thiệu bộ kích từ của Máy phát điện STG ....................................................9
Giới thiệu hệ thống điều chỉnh tốc độ Tua-bin Woodward 505E .....................11

1.6. Giới thiệu vòng điều khiển công suất và điện áp máy phát. ............................. 15
1.7. Các nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước .................................................17
Chƣơng II: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ................23
2.1. Khái niệm và định ngh a....................................................................................23
2.2. Các hình thức bất ổn định:.................................................................................23
2.3. Phân loại ổn định: .............................................................................................. 24
2.4. Phương trình dao động: .....................................................................................31
2.5. Mơ hình một máy phát nối lưới vô hạn (single-machine infinite-bus SMIB): .32
2.6. Giới thiệu thiết bị PSS. ......................................................................................34
2.6.1. Giới thiệu tổng quan thiết bị PSS. ................................................................ 34


2.6.2.

2.6.3.

Sơ bộ cấu tạo thiết bị PSS. ...........................................................................35
Cấu trức các loại PSS: ..................................................................................35

2.6.4. Chỉnh định thông số PSS. .............................................................................39
3.1. Xây dựng mơ hình cụm Tuabin hơi...................................................................40
3.1.1. Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình Tuabin hơi: ............................................40
3.1.2. Các căn cứ và số liệu xây dựng mơ hình: .....................................................41
3.1.3. Xây dựng mơ hình mơ hình hệ điều khiển tuabine trong chế độ nối lưới: .......46
3.2. Mơ hình máy phát đồng bộ của thư viện SimPowerSystems-Matlab. ..............47
3.2.1.

Cơ sở lý thuyết mơ hình: ..............................................................................47

3.2.2. Xây dựng mơ hình máy phát điện đồng bộ: .................................................48
3.3. Mơ hình hệ thống kích từ: .................................................................................49
3.3.1. Cơ sở mơ hình hệ thống kích từ máy phát: ..................................................49
3.4. Xây dựng mơ hình vịng điều khiển cơng suất máy phát: .................................51
3.4.1. Cơ sở lý thuyết xây dựng vòng điều khiển cơng suất máy phát:..................51
3.4.2. Mơ hình vịng điều khiển cơng suất máy phát ..............................................54
3.5. Xây dựng mơ hình vịng điều khiển công suất máy phát: .................................54
3.6. Xác định các thông số áp dụng cho PSS. .......................................................... 56
3.6.1.
3.6.2.

Bộ ổn định dựa trên tốc độ PSS1A. .............................................................. 56
Bộ ổn định đa tầng PSS4B. ..........................................................................56

3.7. Tổng hợp mơ hình hệ thống điện NMLD kết nối với lưới điện EVN. ..............58

3.7.1. Phân tích hệ thống: ....................................................................................... 58
3.7.2. Tổng hợp mơ hình hệ thống .........................................................................58
3.8. Thực hiện mơ phỏng đánh giá chất lượng mơ hình hệ thống ............................ 62
3.8.1. Mô phỏng điều khiển công suất tác dụng: ....................................................63
3.8.2. Mô phỏng điều khiển công suất phản kháng: ...............................................64
4.1. Kết quả mô phỏng áp dụng PSS. .......................................................................66
4.1.1. Đóng tải lớn (30MW) phía nguồn cấp (Trường hợp 1):............................... 67
4.1.2. Ngắn mạch thoáng qua tại xuất tuyến cấp nguồn (Trường hợp 2) ...............70
4.2. Phân tích dao động hệ thống trong các sự cố ....................................................73
KẾT LUẬN ..................................................................................................................74
Các kết quả đạc được: ................................................................................................ 74
Các mặc hạn chế: .......................................................................................................75
Hướng áp dụng và phát triển của đề tài: ....................................................................75
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................76


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ĐT NV :

Đề tài nhiệm vụ

NMLD

:

Nhà máy lọc dầu

SS


:

Trạm biến áp

EVN

:

Hệ thống điện lưới Quốc gia

HTĐ

:

Hệ thống điện

STG

:

Máy phát truyền động bằng hơi nước

NSX

:

Nhà sản xuất

MBA


:

Máy biến áp

PSS

:

Power system stabilizer


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các phương thức điều khiển công suất tác dụng và phản kháng của hệ thống
.......................................................................................................................................15
Bảng 3.1. Các thông số Máy phát điện đồng bộ ............................................................ 48


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ một sợi Hệ thống điện NMLD Dung Quất ...........................................5
Hình 1.2. Hình ảnh thực tế của một Tua-bin hơi tại NMLD ...........................................6
Hình 1.3. Sơ đồ ngun lý của tuabin hơi có trích hơi ....................................................7
Hình 1.4. Hình ảnh tổng quát về tổ hợp Tua-bin Máy phát của NMLD ......................... 7
Hình 1.5. Hình ảnh thực tế của một máy phát STG ........................................................9
Hình 1.6. Sơ độ hệ thống kích từ khơng chổi than ........................................................ 10
Hình 1.7. Hình ảnh thực tế kích từ khơng chổi than (trích tài liệu đào tạo)..................10
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý của tuabin hơi có trích nhập hơi .........................................11
Hình 1.9. Sơ đồ ngun lý điều khiển bộ điều khiển Wooward 505E .......................... 14
Hình 1.10. Sơ đồ ngun lý vịng điều khiển cơng suất. ...............................................16
Hình 1.11. Hệ thống thử nghiệm [10] ...........................................................................17
Hình 1.12. Đáp ứng điện áp đầu ra PSS [10] ................................................................ 17

Hình 1.13. Sai lệch góc roto [10] ..................................................................................17
Hình 1.14. Đáp ứng điện áp đầu cực máy phát [10]......................................................18
Hình 1.15. Hệ thống thử nghiệm [11] ...........................................................................18
Hình 1.16. Dao động góc rotor máy phát G2 [14] ........................................................ 19
Hình 1.17a. Dao động cơng suất trên đường dây [11] ..................................................19
Hình 1.17b. Dao động điện áp thanh góp trên đường dây [11] .....................................19
Hình 1.18. Hệ thống thử nghiệm [12] ...........................................................................20
Hình 1.19. Các kết quả áp dụng PSS thơng thường và PSS đa tần [12] ....................... 20
Hình 1.20. Hệ thống thử nghiệm [13] ...........................................................................21
Hình 1.21. Các kết quả mơ phỏng [13] .........................................................................21
Hình 2.1 Phân loại ổn định [1] ......................................................................................24
Hình 2.2 Sơ đồ mạch thay thế của 2 máy phát kết nối ..................................................25
Hình 2.3 Sơ đồ pha của cơng suất truyền tải của hai máy.............................................26
Hình 2.4. Đặc tính góc-cơng suất truyền tải của hai máy .............................................26
Hình 2.5. Ổn định tín hiệu nhỏ với điện áp trường khơng đổi [1] ................................ 29
Hình 2.6. Ổn định tín hiệu nhỏ với điện áp trường điều khiển [1] ............................... 29
Hình 2.7. Phản ứng của góc rotor với kích động q độ [1] .........................................30
Hình 2.8. Mơ hình đơn giản SMIB ................................................................................32
Hình 2.9. Đặc tính góc- cơng suất hệ thống ..................................................................33
Hình 2.10. Sơ đồ khối cơ bản của thiết bị PSS ............................................................. 35
Hình 2.11. Bộ ổn định cơng suất một đầu vào PSS1A [4] ............................................36
Hình 2.12. Bộ ổn định công suất 2 đầu vào PSS2A (trích tài liệu IEE 421.5-2016) ....38


Hình 2.13. Bộ ổn định cơng suất đa tần PSS4B [4] ......................................................38
Hình 3.1. Hình bình chứa hơi ........................................................................................ 40
Hình 3.2. Sơ đồ điều khiển của tuabin trong chế độ nối lưới ........................................42
Hình 3.3. Sơ đồ bộ điều khiển tốc độ điện-thủy lực và mơ hình tốn học tương ứng [2]
.......................................................................................................................................43
Hình 3.4. Sơ đồ các cấu hình tuabin hơi và các mơ hình tốn học tương ứng [2] ........44

Hình 3.5. Mơ hình tuabin và bộ điều khiển của NSX (trích tài liệu thiết kế) ...............45
Hình 3.6. Xây dựng mơ hình tuabin và bộ điều khiển. .................................................46
Hình 3.7a. Thơng số mơ hình tuabin và bộ điều tốc (trích tài liệu thiết kế). ................46
Hình 3.7b. Thơng số bộ điều khiển tốc độ WW 505E (trích tài liệu thiết kế). .............47
Hình 3.8. Sơ đồ trở kháng của máy phát đồng bộ [3] ...................................................48
Hình 3.9. Mơ hình hệ thống kích từ IEEE Type 1 [4] ...................................................49
Hình 3.10. Đường cong bảo hịa của bộ kích từ IEEE Type 1 (trích tài liệu thiết kế) ..50
Hình 3.11. Mơ hình hệ thống kích từ. ...........................................................................51
Hình 3.12. Thơng số hệ thống kích từ (trích tài liệu thiết kế). ......................................51
Hình 3.13. Sơ đồ vịng điều khiển điều khiển cơng suất và điện áp máy phát..............53
Hình 3.14 Sơ đồ hàm truyền của bộ điều khiển máy phát DEIF...................................54
Hình 3.15. Tổng hợp mơ hình điều khiển tuabin và máy phát ......................................55
Hình 3.16. Mơ hình bộ ổn định cơng suất dựa trên tốc độ PSS1A ............................... 56
Hình 3.17. Khái niệm giản lược của Bộ PSS4B ............................................................ 57
Hình 3.18. Mơ hình các bộ PSS áp dụng vào hệ thống điều khiển máy phát ...............57
Hình 3.19. Thơng số mơ hình MBA ..............................................................................59
Hình 3.20. Thơng số mơ hình đường dây. .....................................................................59
Hình 3.21. Sơ đồ một sợi HTĐ NMLD Dung Quất. .....................................................60
Hình 3.22. Mơ hình HTD BSR kết nối với lưới điện EVN. ..........................................61
Hình 3.23. Đáp ứng của hệ thống trong mô phỏng nâng công suất tác dụng ...............63
Hình 3.24. Đáp ứng của hệ thống trong mơ phỏng nâng cơng suất phản kháng ..........64
Hình 4.1. Đáp ứng hệ thống khi khơng áp dụng PSS. ...................................................67
Hình 4.2. Đáp ứng hệ thống khi áp dụng PSS đa tần ....................................................68
Hình 4.3. Đáp ứng hệ thống khi áp dụng PSS dựa trên tốc độ ......................................69
Hình 4.4. Đáp ứng hệ thống khi khơng áp dụng PSS. ...................................................70
Hình 4.5. Đáp ứng hệ thống khi áp dụng PSS đa tần ....................................................71
Hình 4.6. Đáp ứng hệ thống khi áp dụng PSS dựa trên tốc độ .....................................72


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép tôi gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến các q thầy cơ
giảng viên khoa Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa – Trường Đại học bách khoa Đà
Nẵng, những người thầy cô đã không những truyền đạt dạy dỗ cho tôi những kiến thức
và kinh nghiệm q báu mà cịn hướng dẫn tận tình cho tơi trong suốt q trình làm
luận văn tốt nghiệp thạc s này.
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành nhất của tôi đến các q thầy cơ và
đặc biệt là thầy : Tiến s Nguyễn Hồng Mai đã tận tình, chu đáo, dành thời gian và
tâm huyết hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã ln động viên và giúp đỡ tơi
trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng đề thực hiện đề tài 1 cách hoàn chỉnh nhất, tuy nhiên
do hạn chế về kiến thức, khả năng và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những sai
sót, em rất mong nhận được sự nhận xét, đánh giá và góp ý quý báu của quý thầy cô.
Chân thành cảm ơn!
Quảng Ngãi ngày 27 tháng 11 năm 2018

Đoàn Nguyễn Quốc Hùng


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài.
Nhà máy Lọc hóa dầu Dung Quất (NMLD) đi vào hoạt động từ năm 2008, cung
cấp các sản phẩm hóa dầu chiếm khoảng 30% cho thị trường trong nước. Vận hành ổn
định Nhà máy nói chung và hệ thống phát điện nói riêng luôn luôn là yêu cầu tối quan
trọng của nhà máy.
Hệ thống phát điện NMLD gồm 04 máy phát STG công suất 4x27MW với thiết
kế vận hành độc lập hoặc song song với lưới điện quốc gia.
Phương thức vận hành song song với lưới điện quốc gia đem lại rất nhiều lợi ích
từ kinh tế đến kỹ thuật bao gồm: giảm thiểu chi phí năng lượng phục vụ sản xuất, tăng

độ dự trữ ổn định công suất điện. Tuy nhiên, thực tế vận hành song song với lưới điện
EVN ghi nhận hệ thống bị dao động công suất lớn. Do vậy, hiện tại kết nối lưới chỉ
được sử dụng khi nhà máy bảo dưởng tổng thể, tất cả các máy phát trong thời gian bảo
dường cần nguồn cung cấp bên ngoài hoặc trong các trường hợp sự cố máy phát, yêu
cầu phải cấp điện lại nhanh nhất từ lưới để cân bằng công suất phụ tải.
Trong thời gian sắp đến, NMLD sẽ thực hiện nâng cấp và mở rộng công suất nhà
máy. Nhu cầu công suất tăng thêm cho mở rộng nhà máy được dự kiến cung cấp bởi
lưới điện quốc gia (EVN), do vậy giải quyết vận hành ổn định song song với lưới điện
EVN là yêu cầu bắt buộc.
Trong những năm gần đây, bộ ổn định công suất (Power system stabilyser-PSS)
là một yêu cầu bắt buộc đối với các hệ thống phát điện trên thế giới. Tại Việt Nam,
PSS đã được ứng dụng rộng rãi cho các nhà máy thủy điện và đã mang lại hiệu quả
cao trong ổn định hệ thống. Đây là cơ sở kỹ thuật để tác giả đề xuất thực hiện đề tài.
Xuất phát từ các vấn đề thực tiễn nêu trên, đề tài “Nguyên cứu ứng dụng PSS để
ổn định công suất cho hệ thống phát điện NMLD” sẽ nghiên cứu đánh giá tác động của
các hệ thống PSS đối với ổn định hệ thống điện trong các chế độ vận hành của NMLD.
Các kết quả thu được từ đề tài là rất hữu ích và quan trọng trước khi đầu tư áp dụng
vào thực tế.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nguyên cứu xây dựng mô hình hệ thống máy phát điện để áp dụng cho nghiên
cứu độ ổn định hệ thống điện Nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của PSS trong nâng cao ổn định công suất đối với
hệ thống điện Nhà máy lọc dầu Dung Quất.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống máy phát tuabine hơi bao gồm 4 tổ máy
4x27MW của NMLD Dung Quất.


2
Đề tài nghiên cứu được giới hạn trong phạm vi Nhà Máy lọc dầu Dung Quất và

hệ thống Điện EVN kết nối với nhà máy lọc dầu tại trạm điện E17.
4. Nội dung nhiệm vụ nghiên cứu
- Nguyên cứu các nguyên nhân gây dao động trong hệ thống, các phướng thức
ổn định hệ thống điện.
- Nghiên cứu các thiết bị và hệ thống điều khiển của hệ thống điện bao gồm:
Tuabin hơi, máy phát đồng bộ, hệ thống điều khiển kích từ, bộ điều tốc, bộ ổn định
cơng suất PSS.
- Nghiên cứu các phương thức xây dựng mơ hình dựa trên các hướng dẫn và
khuyến cáo của IEEE.
- Xây dựng mơ hình hệ thống và thực hiện mơ phỏng đánh giá các vấn đề liên
quan đến ổn định hệ thống.
- Đánh giá kết quả mô phỏng với giá trị vận hành thực của nhà máy.
5. Phƣơng pháp, nguyên lý, iện pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu (Đối với đề tài):
Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng.
Phương pháp nguyên cứu lý thuyết:
- Lý thuyết xây dựng mơ hình máy phát điện, hệ thống kích từ, hệ thống điều
tốc;
- Lý thuyết phân tích ổn định hệ thống điện.
Phương pháp thực nghiệm:
- Trên cơ sở dữ liệu của tất cả thiết bị điện của nhà máy;
- Trên cơ sở các chế độ vận hành, thống số cài đặt và các thông số vận hành của
nhà máy;
Phương pháp mô phỏng:
- Thực hiện mô phỏng thông qua mơ hình xây dựng trên Matlab;
- Thực hiện các báo cáo đánh giá thơng qua mơ hình mơ phỏng.
Ngun lý của phương pháp (Đối với tiêu chuẩn):
- Tuân theo các tiêu chuẩn và khuyến cáo IEEE, IEC.
6. Ý ngh a khoa học và thực tiễn c a đề tài
Xây dựng mơ hình hệ thống phát điện cho nhà máy Lọc dầu Dung Quất bao gồm:

- Mơ mình máy phát điện đồng bộ, hệ thống kích từ.
- Mơ hình tuabin hơi và bộ điều tốc.
- Xây dựng mơ hình của bộ ổn định công suất (PSS).
Đánh giá ổn định đối với hệ thống hiện tại trong các tính huống vận hành và sự
cố.


3
Đánh giá hiệu quả của việc áp dụng hệ thống PSS đối với việc nâng cao ổn định
của hệ thống điện NMLD Dung Quất.
Thành cơng của đề tài sẽ có ý ngh a quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy và
ổn định của hệ thống điện NMLD Dung Quất trước khi áp dụng vào thực tế.


4
Chƣơng I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN
NMLD DUNG QUẤT
1.1. Tổng quan về hệ thống điện Nhà Máy Lọc Dầu Dung Quất (NMLD)
1.1.1. Nguồn điện:
Nguồn điện cung cấp cho NMLD bao gồm:
- 04 tổ máy điện tuabin hơi (STG) công suất: 04 x 27 MW
02 xuất tuyến 22KV kết nối lưới điện EVN công suất: 02 x 10MW.
01 Máy phát điện khẩn cấp diesel EDG: 01 x 1.6 MW
Trong chế độ vận hành bình thường 03 tổ máy phát làm việc, 01 tổ máy dự phòng
sẽ đủ cung cấp cho nhu cầu điện năng của nhà máy. Mạch kép 22 KV cung cấp điện
trong quá trình khởi động nhà máy và là nguồn dự phòng khi một trong các tổ máy bị
sự cố, đồng thời là nơi xuất điện lên lưới khi nhà máy dư công suất.
EDG dùng trong trường hợp mất điện hoàn toàn nhà máy để cung cấp cho các
phụ tải quan trọng.
1.1.2. Hệ thống phân phối:

Các phụ tải được cung cấp điện thông qua 13 trạm biến áp: SS1, SS2, SS4, SS5,
SS7, SS8A, SS8B, SS8C, SS9, SS10, SS10A, SS11, SS12.
Trạm SS1 là trạm biến áp chính của nhà máy. Các trạm biến áp cịn lại được cấp
điện từ trạm 1 thông qua hệ thống cáp ngầm. Trạm SS2 cung cấp điện cho các phân
xưởng 31, 35, 36, 39 và 59 của nhà máy. Trạm SS5 cung cấp điện cho các phân xưởng
32, 55 và 60. Trạm SS7 cung cấp điện cho khu nhà hành chính và các xưởng bảo
dưỡng, phịng thí nghiệm. Trạm SS8A cung cấp điện cho các phân xưởng 15, 16, 17
và 21.Trạm SS8B cung cấp điện cho các phân xưởng 11, 12, 13 và 14.Trạm SS8C
cung cấp điện cho các phân xưởng 18, 19, 20, 22, 23 và 24.Trạm SS9 cung cấp điện
cho các phân xưởng 52, 53 và trạm biến áp số 10.Trạm SS10 cung cấp điện cho các
phân xưởng 81, Jetty và trạm biến áp số 10A.Trạm SS10A cung cấp điện cho các phân
xưởng 81 và Jetty. Trạm SS11 cung cấp điện cho các phân xưởng 34.Trạm SS12 cung
cấp điện cho các phân xưởng 33, 57, 58.
1.1.3. Tải tiêu thụ:
Các loại tải chính trong NMLD phân bố ở 2 cấp điện áp, cấp điện áp 6.6kV và
cấp 0,4kV.
Cấp điện áp 6.6kV có 114 động cơ khơng đồng bộ cơng suất từ 150 đến 4500 kW
và 3 động cơ đồng bộ cơng suất 2050kW.
Cấp điện áp 0.4kV có khoảng 1200 động cơ đồng bộ công suất đến 132kW ; Các
bộ gia nhiệt bằng điện; phụ tải chiếu sáng các loại và các tải khác.


5

Hình 1.1. Sơ đồ một sợi Hệ thống điện NMLD Dung Quất


6
1.1.4. Độ tin cậy vận hành c a hệ thống:
Sự cố mất kết nối với lưới điện EVN do dao động công suất lớn khi nối lưới. Vấn

đề này đang được nghiên cứu khắc phục.
1.1.5. Nhu cầu năng lƣợng trong nâng cấp, mở rộng nhà máy:
- Mở rộng thêm 4 phân xưởng mới;
- Lắp đặt bổ sung 3 trạm điện mới;
- Công suất dự kiến bổ sung khoảng 38MW.
Công suất bổ sung dự kiến được nhập từ lưới EVN. Do vậy, việc phân tích đánh
giá ổn định hệ thống điện và nghiên cứu các phương án để nâng cao độ ổn đinh của hệ
thống điện trong trường hợp nối lưới là rất cần thiết.
1.2. Giới thiệu Tua- in hơi tại phân xƣởng phát điện NMLD.
Phân xưởng sản xuất điện nhà máy Lọc Dầu Dung Quất, bao gồm 4 tổ máy phát
điện dẫn động bởi 3 Tua-bin hơi, công suất tối đa mỗi tổ là 27 MW. Lần lượt sẽ có 3
Tua-bin hoạt động phát lên lưới điện của nhà máy khoảng 51 MW điện, đảm bảo đáp
ứng đầy đủ điện năng tiêu thụ của các phân xưởng trong nhà máy.

Hình 1.2. Hình ảnh thực tế của một Tua-bin hơi tại NMLD
Tua-bin hơi của nhà máy được sản xuất bởi hãng Shin Nippon, model C9-R13ER. Loại Tua-bin hơi dùng trong phân xưởng sản xuất điện - hơi thuộc kiểu ngưng hơi
có trích hơi điều chỉnh, mục đích ngồi việc sản xuất điện còn tận dụng sản xuất loại
hơi MP (áp suất trung bình) dùng cho các phụ tải hơi trong nhà máy, qua đó nâng cao
hiệu suất sử dụng của Tua-bin.


7

Hình 1.3. Sơ đồ ngun lý của tuabin hơi có trích hơi

Hình 1.4. Hình ảnh tổng qt về tổ hợp Tua-bin Máy phát của NMLD


8
Mỗi Tua-bin trích hơi sử dụng 2 van điều chỉnh lượng hơi, trong đó 1 bộ sử dụng

để điều chỉnh tốc độ cho Tua-bin, bộ còn lại dùng để điều chỉnh áp suất trích hơi MP
cho mạng hơi trung bình của nhà máy.
Hơi nước sau khi qua bộ van điều chỉnh hơi cao áp (HP Governor valve) sẽ tác
động vào các tầng cánh khiến cho trục Tua-bin quay. Sau khi đi qua tầng cao áp của
Tua-bin (HP), một phần hơi sẽ được trích dẫn ra ngồi qua đường trích hơi trung bình
áp (MP), phần hơi cịn lại sẽ tiếp tục đi qua van điều chỉnh thấp áp (LP Governor
valve) để tiếp tục tác động vào tầng cánh tại tầng LP để quay trục Tua-bin. Hơi sau khi
ra khỏi tầng LP của Tua-bin sẽ được đưa về hệ thống ngưng hơi (Condenser) , tiếp tục
đưa trở lại về lò hơi để hóa hơi và tiếp tục quay trở lại cấp cho Tua-bin.
Tua-bin được vận hành ở tốc độ định mức là 4922 vịng phút. Lượng hơi trích ra
chiếm khoảng 39% tổng lượng hơi đưa vào.
Mỗi Tua-bin sẽ được dùng để quay một máy phát điện đồng bộ công suất tối đa là
27 MW. Việc điều khiển công suất, cũng như phối hợp chia sẻ phụ tải giữa các tổ hợp
Máy Phát sẽ do một hệ thống chuyên biệt đảm nhiệm, hệ thống này có tên gọi là Hệ
thống quản lý và điều khiển điện năng EMCS ( Electric Management Control System).
1.3. Giới thiệu các máy phát điện STG c a NMLD
Hai loại Máy phát Điện được sử dụng trong nhà máy:
- 4 máy phát điện tuabin hơi (STG) công suất 4 x 27 MW), là nguồn cung cấp
chính cho tồn bộ nhà máy
- 1 máy phát điện động cơ Diesel công suất 1 x 1,6 MW, dung cho phát điện
khẩn cấp.
Ngoài việc sản xuất điện cho nhà máy, STG còn cung cấp hơi nước áp suất cao,
trung bình và thấp cho các phụ tải cơng nghệ.
Trong điều kiện hoạt động bình thường, công suất điện được phát bởi 3 STG với
tối đa 81MW, đủ cho tất cả các nhu cầu phụ tải của nhà máy lọc dầu. 1 máy phát STG
sẽ dự phòng.
Máy phát STG được sản xuất bởi SHIN NIPPON MACHINERY CO., LTD với
các thông sô cơ bản:
- Công suất 27MW,
- Điện áp 11kV;

- Số đôi cực: 2
- Loại rotor: cực lồi
- Kích từ khơng chổi than (PMG brushless excitation)


9

Hình 1.5. Hình ảnh thực tế của một máy phát STG
1.4. Giới thiệu ộ kích từ c a Máy phát điện STG
Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dịng một chiều cho cuộn kích từ của máy
phát điện đồng bộ. Trong chế độ làm việc bình thường, điều chỉnh dịng kích từ sẽ điều
chỉnh điện áp đầu cực máy phát và thay đổi lượng công suất phản kháng phát vào lưới
điện.
Trong thực tế có bốn loại hệ thống kích từ điển hình được sử dụng cho máy phát
điện đồng bộ là:
- Hệ thống kích từ bằng máy phát điện một chiều.
- Hệ thống kích từ bằng máy phát điện xoay chiều tần số cao.
- Hệ thống kích từ khơng chổi than.
- Hệ thống kích từ t nh
Hệ thống kích từ thơng thường bao gồm: Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR), bộ
kích thích, các cảm biến đo lường, bộ ổn định hệ thống nguồn (PSS), và bộ phận giới
hạn và bảo vệ
Hệ thống kích từ máy phát tại nhà máy Lọc Dầu Dung Quất là hệ thống kích từ
khơng chổi than với máy phát kich từ nam châm v nh cữu (Brushless PMG exciter).


10
Sơ đồ cấu tạo tiêu biểu:

Hình 1.6. Sơ độ hệ thống kích từ khơng chổi than


Hình 1.7. Hình ảnh thực tế kích từ khơng chổi than (trích tài liệu đào tạo)
Hệ thống kích từ khơng chổi than bao gồm một máy phát điện nam châm v nh cữu
(PMG) với rotor cùng trục với máy phát chính. Dịng điện xoay chiều tạo ra bởi máy
phát PMG được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều bởi bộ chỉnh lưu cung cấp đến
bộ điều khiển AVR. Bộ điều khiển AVR điều chỉnh dòng một chiều và cấp đến cuộn


11
kích từ của máy phát kích từ. Máy phát kích từ là máy phát với phần ứng quay cùng
trục với máy phát chính và phần kích từ t nh bên ngồi. Dịng điện tạo ra bởi máy phát
kích từ được chỉnh lưu bởi bộ chỉnh lưu không điều khiển và cung cấp đến cuộn kích
từ của máy phát chính. Dịng kích từ của máy phát chính được điều khiển bằng cách
thay đổi dịng kích từ của máy phát kích từ thông qua bộ AVR.
1.5. Giới thiệu hệ thống điều chỉnh tốc độ Tua-bin Woodward 505E
Bộ điều khiển tốc độ tuabine 505E là bộ điều khiển dựa trên bộ vi xử lý 32-bit
được thiết kế để điều khiển các loại tua bin trích hơi, trích nhập hơi, nhập hơi. Sự
khác biệt giữa các loại tuabin này là khả năng của tuabin cho phép hơi áp suất thấp
hơn so với đầu vào để nhập hoặc nhập trích hoặc trích ra khỏi tuabin.
Bộ điều khiển 505E có thể được lập trình cho phép sử dụng trong nhiều ứng dụng
điều khiển khác nhau. Giao diện điều khiển hai van (HP & LP) của 505E dựa trên hai
thơng số đầu vào chính và có giới hạn bởi các thông số bổ sung khác. Hai thông số
điều khiển chính này thường là tốc độ (hoặc cơng suất tải) và áp suất trích nhập hơi
(hoặc lưu lượng hơi). Ngồi ra, 505E có thể được sử dụng để điều khiển hoặc giới hạn:
áp suất hoặc lưu lượng đầu vào tuabin, áp suất hoặc lưu lượng dòng xả tuabin, áp suất
giai đoạn 1 tuabin, công suất phát của mát phát điện, điều khiển công suất xuất nhập
khi máy phát nối lưới, tốc độ tần số máy phát và nhiều thông số điều khiển khác.
Đối với ứng dụng điều khiển tuabin trích hơi, bộ điều khiển 505E được cấu hình
để có thể vận hành tuabin tự động bằng cách điều khiển sự tương tác của van điều
chỉnh đầu vào (HP hoặc áp suất cao) và van xả (LP hoặc áp suất thấp).


Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý của tuabin hơi có trích nhập hơi


12
Trong các trường hợp vận hành, tuabin cần duy trì tốc độ công suất tải của tuabin
và áp suất lưu lượng hơi ở các mức không đổi. Thay đổi vị trí của van HP hoặc van
LP đều gây ảnh hưởng đến tốc độ công suất tải và áp suất lưu lượng trích hơi. Nếu
u cầu thay đổi cơng suất tải tuabin hoặc áp suất trích hơi, cả hai van HP và van LP
đều phải được thay đổi để duy trì công suất và áp suất tại giá trị điều khiển. Điều khiển
của cả hai van được tính tốn tự động bởi bộ điều khiển logic tỷ lệ của 505E dựa trên
các thông số vận hành của tuabin để giảm thiểu tương tác giữa các quá trình điều
khiển.
Hình 1.9 thể hiện sơ đồ nguyên lý và các chức năng của bộ điều khiển tốc độ
tuabin Woodward 505E.
Các kênh điều khiển chính của Woodward 505E bao gồm:
- Kênh điều khiển tốc độ (Speed control)
-

Kênh điều khiển phụ trợ (Auxiliary control)
Kênh điều khiển ghép tầng (Cascade control)
Kênh điều khiển trích hơi (Extraction control)

-

Bộ logic Tỉ lệ/ Giới hạn (Ratio Limiter)

Kênh điều khiển tốc độ (Speed control):
- Bộ điều khiển tốc độ nhận tín hiệu tốc độ tuabin từ một hoặc hai cảm biến tốc
độ. Bộ điều khiển PID của kênh điều khiển tốc độ so sánh tín hiệu này với giá trị đặt

tốc độ để xuất tín hiệu điều khiển đầu ra tới bộ tỷ lệ / giới hạn thông qua một bus chọn
tín hiệu giá trị thấp (bus LSS).
- Bộ khuếch đại điều khiển tốc độ cũng có thể nhận tín hiệu phản hồi droop để
tăng tính ổn định của vịng điều khiển khiển tuabine. Tín hiệu droop có thể tỉ lệ với tín
hiệu đầu ra của bộ điều khiển hoặc tín hiệu công suât tải (kw) của máy phát.
- Giá trị đặt của điều khiển tốc độ có thể điều chỉnh bằng lệnh tăng hoặc giảm
thơng qua mạn hình điều khiển, hoặc đầu vào tín hiệu điều khiển từ xa, hoặc tín hiệu
truyền thơng Modbus. Giá trị đặt cũng có thể được đặt trực tiếp bằng cách nhập từ bàn
phím điều khiển hoặc qua liên kết truyền thông Modbus.
Kênh điều khiển phụ trợ (Auxiliary control):
- Kênh điều khiển phụ trợ được sử dụng để điều khiển hoặc giới hạn một tham
số điều khiển. Tham số điều khiển có thể cấu hình là công suất tải, công suất nhập/
phát cảu máy phát nối lưới, áp suất đầu vào, áp suất đầu ra, nhiệt độ hoặc bất kỳ thông
số khác liên quan trực tiếp đến tải trọng của tuabin.
- Đầu vào kênh điều khiển phụ trợ phụ là tín hiệu dịng 4-20 mA. Bộ khuếch
đại điều khiển PID phụ trợ so sánh tín hiệu đầu vào này với giá trị đặt để xuất tín hiệu


13
đầu ra điều khiển đến bus LSS. Bus LSS gửi tín hiệu điều khiển thấp tới bộ logic tỷ lệ /
giới hạn để xác định vị trí van HP và LP. Bộ khuếch đại điều khiển phụ cũng có thể
nhận tín hiệu phản hồi droop để tăng độ ổn định của hệ thống.
- Giá trị đặt của kênh điều khiển phụ trợ có thể điều chỉnh bằng lệnh tăng hoặc
giảm thơng qua màn hình điều khiển, tiếp điểm điều khiển từ xa hoặc thơng qua liên
kết truyền thơng Modbus. Ngồi ra, giá trị đặt có thể được cài đặt trực tiếp bằng cách
nhập giá trị đặt mới từ bàn phím, hoặc tín hiệu đầu vào tương tự, hoặc thơng qua liên
kết truyền thông Modbus.
Kênh điều khiển ghép tầng (Cascade control)
- Kênh điều khiển Cascade được cấu hình để có thể điều khiển bất kỳ quá trình
liên quan đến hoặc bị ảnh hưởng bởi tốc độ hoặc tải trọng của tuabin. Thông thường

bộ điều khiển được sử dụng như đầu vào điều khiển của kênh điều khiển tốc độ tuabin
hoặc kênh điều khiển điều khiển áp suất trích hơi.
- Bộ điều khiển PID của kênh điều so sánh tín hiệu quá trình 4-20 mA với giá
trị đặt. Bộ điều khiển PID xuất tín hiệu đầu ra đến bộ điều khiển tốc độ cho đến khi tín
hiệu phản hồi q trình và giá trị đặt điều khiển phù hợp. Kênh điều khiển ghép tầng
cũng có thể nhận tín hiệu phản hồi droop để tăng độ ổn định vịng điều khiển. Đây là
tín hiệu phản hồi trực tiếp bằng cách sử dụng tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển ghép
tầng.
- Giá trị đặt bộ điều khiển ghép tầng có thể điều chỉnh bằng bằng lệnh tăng
hoặc giảm thơng qua màn hình điều khiển, tiếp điểm điều khiển từ xa hoặc thông qua
liên kết truyền thơng Modbus. Ngồi ra, giá trị đặt có thể được cài đặt trực tiếp bằng
cách nhập giá trị đặt mới từ bàn phím, hoặc tín hiệu đầu vào tương tự, hoặc thông qua
liên kết truyền thông Modbus.
Kênh điều khiển trích hơi (Extraction control):
- Kênh điều khiển trích hơi nhận tín hiệu trích hơi (4-20 mA) từ bộ chuyển đổi
áp suất hoặc lưu lượng. Bộ điều khiển PID đó so sánh tín hiệu này với giá trị đặt để
xuất tín hiệu đầu ra đến bộ logic Tỉ lệ/ Giới hạn. Kênh điều khiển trích hơi cũng có thể
nhận tín hiệu phản hồi droop để tăng độ ổn định vòng điều khiển.
- Giá trị đặt của kênh điều khiển trích hơi có thể điều chỉnh bằng bằng lệnh
tăng hoặc giảm thơng qua màn hình điều khiển, tiếp điểm điều khiển từ xa hoặc thơng
qua liên kết truyền thơng Modbus. Ngồi ra, giá trị đặt có thể được cài đặt trực tiếp
bằng cách nhập giá trị đặt mới từ bàn phím, hoặc tín hiệu đầu vào tương tự, hoặc thơng
qua liên kết truyền thông Modbus.


14

Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý điều khiển bộ điều khiển Wooward 505E [8]