(Luận văn) nghiên cứu, tính toán giảm quá điện áp bằng phương pháp sử dụng svc cho trạm biến áp 220kv quy nhơn bình định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN HỮU HUY lu an NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN GIẢM QUÁ ĐIỆN ÁP BẰNG n va PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG SVC CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV to p ie gh tn QUY NHƠN – BÌNH ĐỊNH d oa nl w va an lu ll u nf LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Bình Định - Năm 2019 ac th si BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN HỮU HUY lu an NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN GIẢM QUÁ ĐIỆN ÁP BẰNG n va QUY NHƠN – BÌNH ĐỊNH p ie gh tn to PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG SVC CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV d oa nl w ll u nf va an lu Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 oi m z at nh NGƯỜI HƯỚNG DẪN: GS TS NGUYỄN HỒNG ANH z m co l gm @ an Lu n va ac th si i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn cao học này, với đề tài: “Nghiên cứu, tính tốn giảm q điện áp phương pháp sử dụng SVC cho Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn – Bình Định” hồn tồn tác giả tự làm số liệu thu thập từ thực tế trạm biến áp 220KV Quy Nhơn Tác giả có tham khảo số tài liệu ghi mục “Tài liệu tham khảo” lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn, đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Hồng Anh, người quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng hoàn thành luận văn Đồng thời xin gửi lời cảm ơn anh chị, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian tác giả thực luận văn Vì thời gian có hạn nên luận văn khơng khỏi cịn thiếu sót, tác giả mong nhận nhiều góp ý đồng nghiệp bạn bè lu Quy Nhơn, tháng năm 2019 an n va tn to p ie gh Trần Hữu Huy d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa đề tài Bố cục đề tài CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khảo sát điện áp hệ thống điện lu 1.1.1 Quá điện áp khí sét [6] 1.1.2 Quá điện áp hiệu ứng Ferranti [2] an va 1.1.3 Quá điện áp thao tác vận hành hệ thống điện [7]: n 1.1.4 Quá điện áp cộng hưởng dao động tần số thấp [2] 11 tn to 1.2 Cân công suất phản kháng hệ thống điện 12 p ie gh 1.2.1 Cân công suất phản kháng lưới 500kV: 13 1.2.2 Cân công suất phản kháng lưới 220kV: 13 w 1.2.3 Cân công suất phản kháng lưới 110kV: 13 oa nl 1.2.4 Công suất phản kháng HTĐ 500kV/220kV Việt Nam: 13 d CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ BÙ TĨNH (SVC) 17 an lu 2.1 Khái niệm chung thiết bị giảm áp hệ thống: 17 u nf va 2.1.1 Yêu cầu để điện áp ổn định 17 2.1.2 Lựa chọn thiết bị bù: 18 ll 2.2 Các giải pháp giảm điện áp hệ thống 18 m oi 2.2.1 Tụ điện bù dọc 18 z at nh 2.2.2 Trở kháng bù ngang 20 z 2.2.3 Tụ điện bù ngang tĩnh 21 2.2.4 Tụ điện bù ngang điều khiển (SVC, STATCOM) 22 @ l gm 2.3 Thiết bị bù tĩnh SVC 24 2.3.1 Cấu tạo 24 m co 2.3.2 Nguyên lý làm việc: 27 an Lu 2.3.3 Đặc tuyến tĩnh SVC 32 n va 2.3.4 Đặc tính điều chỉnh SVC 33 2.3.5 Đặc tính làm việc SVC 34 ac th si iv 2.3.6 Dung lượng SVC 35 2.4 Kết luận 36 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN TRẠM BIẾN ÁP 220KV QUY NHƠN 37 3.1 Khảo sát Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn 37 3.2 Thực trạng vận hành Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn 38 3.3 Hiện tượng điện áp lưới điện đấu nối vào TBA 220kV Quy Nhơn 40 3.4 Phân tích đánh giá 42 3.5 Tính tốn cơng suất phản kháng TBA 220kV Quy Nhơn 42 3.6 Kết luận 44 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG SVC ĐỂ GIẢM QUÁ ĐIỆN ÁP TẠI TRẠM BIẾN ÁP 220KV QUY NHƠN 45 lu an 4.1 Hiện tượng thay đổi điện áp TBA220kV Quy Nhơn 45 n va 4.2 Một số giải pháp để giảm điện áp cho TBA220kV Quy Nhơn 45 4.2.2 Dùng tụ bù tĩnh SVC 46 4.3 Sơ đồ mạch điện trạm TBA 220kV Quy Nhơn 46 ie gh tn to 4.2.1 Một số giải pháp tạm thời 45 p 4.4 Mơ hình hóa mơ hệ thống phần mềm Matlab/Simulink 47 oa nl w 4.4.1 Trường hợp lắp đặt SVC phía cao áp 220kV trạm biến áp 220kV Quy Nhơn: 47 d 4.4.2 Trường hợp lắp đặt SVC phía hạ áp 110kV trạm biến áp 220kV Quy Nhơn: 62 an lu va 4.5 Nhận xét chung 67 u nf KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 ll TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si v CÁC KÝ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG Ký hiệu Giải thích Pmax Công suất tối đa Pmin Công suất tối thiểu Ptn Công suất tự nhiên P Công suất truyền đường dây VS Điện áp đầu đường dây VR Điện áp cuối đường dây VM: Điện áp điểm đường dây lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si vi CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT lu an n va Hệ thống điện FACTS Flexible AC Transmission Systems: Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt SVC Static Var compensator: bù công suất phản kháng tĩnh AC Alternate current: Xoay chiều DC Direct current: Một chiều STACOM Static Compenstor: Bộ bù tĩnh TCR Thyristor controlled Reactor: Cuộn kháng điều khiển thyristor TSR Thyristor switched Reactor: Cuộn kháng đóng cắt thyristor TSC Thyristor switched Capacitor: Tụ điện đóng cắt thyristor TCR Thyristor controlled Capacitor: Tụ điều khiển thyristor tn to HTĐ Thyristor-controlled capacitor switching: Tụ đóng cắt điều khiển thyristor p pu ie gh TCCS Công suất phản kháng nl w CSPK per unit: đơn vị tương đối Nhà máy thủy điện SCADA Hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu THD Hệ số méo dạng On/off Đóng/ngắt ĐZ Đường dây d oa NMTĐ ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Q điện áp sét đánh trực tiếp lên đường dây truyền tải Hình 1.2 Q điện áp xuất sét đánh lên hệ thống chống sét trực tiếp…… Hình 1.3 Sét đánh trực tiếp vào dây chống sét cột điện Hình 1.4 Hiện tượng cảm ứng dòng điện sét Hình 1.5 Hệ thống điện đơn giản Hình 1.6 Đồ thị vector điện áp nút Hình 1.7 Hiệu ứng Ferranti lu Hình 1.8 Sóng đóng máy cắt 10 an Hình 1.9 Hiện độ cắt máy cắt 11 n va Hình 2.1 Giới hạn ổn định điện áp có tụ bù dọc 20 to tn Hình 2.2 Mạch điện thay sử dụng trở kháng bù ngang 21 ie gh Hình 2.3 Mạch tương đương đơn giản phát tuyến hình tia với tụ bù p ngang… 22 nl w Hình 2.4 Thiết bị bù tĩnh SVC 25 d oa Hình 2.5 Sơ đồ sợi SVC điển hình; cuộn dây điện cảm điều an lu khiển thyristor (TCR) nối với ba tụ đóng cắt khí 27 va Hình 2.6 Sơ đồ thay mạch điện với SVC đặt trung điểm đường dây 28 ll u nf Hình 2.7 Khả nâng cơng suất truyền tải có SVC 29 oi m Hình 2.8 Sơ đồ thay mạch điện với SVC đặt cuối đường dây 30 z at nh Hình 2.9 Nâng cao tính ổn định việc bù ngang cuối đường dây 30 Hình 2.10 Nâng cao tính ổn định có bù ngang ….………… ……… … 31 z Hình 2.11 Đặc tuyến tĩnh SVC ……………………………………… 32 @ gm Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Thyristor …………………… 34 m co l Hình 2.13.Đặc tính làm việc SVC…………………………………………35 Hình 3.1 Hình Sơ đồ thứ TBA 220kV phụ lục vẽ kèm theo 38 an Lu Hình 3.2 Điện áp nút 110kV khu vực TBA 220kV Quy Nhơn chế độ phụ n va tải cực tiểu năm 2018 không bù 41 ac th si viii Hình 4.1 Cấu trúc hệ thống điện trạm biến áp 220kV Quy Nhơn 47 Hình 4.2 Cấu trúc hệ thống điện lắp thêm tụ bù SVC phía cao áp 48 Hình 4.3 Khâu cấp nguồn 48 Hình 4.4 Mơ hình khâu tính tốn 49 Hình 4.5 Mơ hình SVC 49 Hình 4.6 Thơng số khối SVC Matlab 50 Hình 4.7 Mơ hình khối SVC 51 Hình 4.8 Đặc tính V-I SVC 51 Hình 4.9 Khối Voltage regulator 52 lu an Hình 4.10 Khâu tải…………………………………………………………….52 n va Hình 4.11 Thơng số khối tải Matlab………………………………………53 tn to Hình 4.12 Đáp ứng điện dẫn B SVC điện áp nguồn thay đổi………….54 ie gh Hình 4.13 Đáp ứng điện áp Vm SVC giá trị điện áp nguồn thay đổi… 54 p Hình 4.14.Điện áp ba pha khơng có SVC trường hợp Q=0 Mvar………….59 nl w Hình 4.15 Phổ điện áp pha A chưa có SVC trường hợp Q=0 Mvar……….59 d oa Hình 4.16.Điện áp ba pha có SVC đặt phía cao áp, trường hợp Q=0 Mvar an lu Error! Bookmark not defined Hình 4.17.Phổ điện áp pha A có SVC đặt phía cao áp trường hợp Q=0 Mvar va u nf ………………………………………………………………………………….60 ll Hình 4.18 Điện áp ba pha khơng có SVC trường hợp Q=25 Mvar…… …60 oi m z at nh Hình 4.19.Phổ điện áp pha A chưa có SVC trường hợp Q=25 Mvar………61 Hình 4.20.Điện áp ba pha có SVC đặt phía cao áp, trường hợp Q=25 z MvarError! Bookmark not defined @ gm Hình 4.21.Phổ điện áp pha A có SVC đặt phía cao áp, trường hợp m co l Q=25Mvar 61 Hình 4.22 Cấu trúc hệ thống điện lắp thêm tụ bù SVC phía hạ áp 110kV 62 an Lu Hình 4.23 Điện áp ba pha có SVC phía hạ áp, trường hợp Q=0 Mvar…….65 Hình 4.24.Phổ điện áp pha A có SVC phía hạ áp, trường hợp Q=0 n va Mvar…Error! Bookmark not defined ac th si 64 tải 10MW, Q=0 MVAr  Trường hợp tải có Q =25 MVAr: lu an n va Hình 4.36 Điện áp ba pha có SVC phía hạ áp, trường hợp tải 10MW, p ie gh tn to Q=25 MVAr d oa nl w ll u nf va an lu oi m Hình 4.37 Phổ điện áp pha A có SVC phía hạ áp, trường hợp Đối với tải 100 MW: z at nh tải 10MW, Q=25 MVAr z gm @  Trường hợp tải có Q =0 MVAr: m co l Khi có tụ bù SVC lắp phía hạ áp, dạng sóng điện áp có dạng sau: an Lu n va ac th si 65 lu Hình 4.38 Điện áp ba pha có SVC phía hạ áp, trường hợp tải 100MW, an Q=0 MVAr n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m Hình 4.39 Phổ điện áp pha A có SVC phía hạ áp, trường hợp z at nh tải 100MW, Q=0 MVAr  Trường hợp tải có Q =25 MVAr: z @ m co l gm Khi có tụ bù SVC lắp phía hạ áp, dạng sóng điện áp có dạng sau: an Lu n va ac th si 66 Hình 4.40 Điện áp ba pha có SVC phía hạ áp, trường hợp tải 100MW, lu an Q=25MVAr n va p ie gh tn to d oa nl w an lu u nf va Hình 4.41 Phổ điện áp pha A có SVC phía hạ áp, trường hợp tải 100MW, Q=25 MVAr ll m oi Tổng hợp giá trị điện áp hệ thống trường hợp khơng có z at nh SVC có đặt SVC trình bày Bảng 4.2 z Bảng 4.2 Giá trị điện áp TC 220kV Quy Nhơn đặt SVC TC 110 gm @ kV An Nhơn Điện áp (kV) MVAr Không có SVC 10 243.032 Có SVC an Lu MW m co l Tải 220.040 n va ac th si 67 10 25 243.140 220.020 100 242.135 220.230 100 25 242.103 220.140 Nhận xét: Khi mô hệ thống điện với hai trường hợp: khơng có SVC có lắp đặt tụ bù SVC phía hạ áp máy biến áp 220kV/110kV, nhận thấy rằng: Đối với trường hợp khơng có SVC, giá trị điện áp vượt 243kV, nhiên có SVC tác động khơng cịn xảy tình trạng q điện áp, điện áp hệ thống ổn định xấp xỉ 220kV lu an 4.5 Nhận xét chung n va Bảng Tổng hợp Hệ số méo dạng THD khơng có SVC tn to Bảng 4.3 gh có SVC Vị trí đặt Khơng có SVC Có SVC p ie Tải Q= MVAr Q= 25 Q= Q= 25 MVAr MVAr MVAr 0,56% 3.74% 2,67% 6,9% 0,74% 4,21% 3,45% 7,8% oa nl w SVC d TC 34,08% l gm @ 110kV 10,39% z TC z at nh MW oi 220kV m 100 ll TC 25,56% u nf 110kV 9,8% va TC an lu 10 MW 220kV an Lu pha, ta nhận thấy: m co Từ sơ đồ dạng sóng bảng tổng hợp độ méo dạng điện áp ba n va ac th si 68 - Trường hợp tải 10MW: khơng có SVC, hệ số méo dạng điện áp vượt mức cho phép (>10%) 25,56%, nhiên có tụ bù SVC tác động, hệ số méo dạng THD 0.56% (Q=0MVAr) 3,74% (Q=25MVAr) lắp SVC TC220kV Khi lắp SVC TC110kV hệ số méo dạng THD 2,67% (Q=0MVAr) 6,9% (Q=25MVAr) Đối chiếu với tiêu chuẩn IEEE std 519 ta thấy hệ số méo dạng THD thỏa mãn tiêu chuẩn (