(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng cơ điện ở tần số dưới đồng bộ trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Đỗ Xuân Bình NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG CƠ ĐIỆN Ở TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Đỗ Xuân Bình NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG CƠ ĐIỆN Ở TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lê Đức Tùng Hà Nội – 2014 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG DƯỚI ĐỒNG BỘ 10 1.1 Giới thiệu 10 1.2 Vai trò tụ bù dọc [3] 10 1.3 1.4 Hiện tượng cộng hưởng [1] [6] 12 Hiện tượng cộng hưởng đồng [1] [6] 12 1.4.1 1.4.2 Định nghĩa 12 Sự nguy hiểm SSR [1] 13 1.4.3 Thiệt hại kinh tế cố SSR [1] 13 1.4.4 1.4.5 Nguyên nhân cố SSR [1] 13 Cơ sở lý thuyết SSR [1] 14 1.5 SSR nhà máy điện [1] 15 1.6 Kết luận 15 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG DƯỚI ĐỒNG BỘ 17 2.1 2.2 Giới thiệu [1] [2] 17 Mơ hình máy điện quay[1] [2] 18 2.2.1 2.2.2 Từ thông [1] [2] 19 Điện áp cuộn dây [1] [2] 19 2.2.3 Mơ hình máy điện khơng tuyến tính [1] [2] 20 2.3 Mơ hình mạng [1] [2] 21 2.4 2.5 Kết hợp mơ hình máy điện mơ hình lưới điện [1] [2] 22 Mơ hình trục máy phát điện [1] [2] 24 2.5.1 Phương trình chuyển động rotor [1] [2] 24 2.5.2 Phương trình chuyển động B.P [1] [2] 25 2.5.3 2.5.4 2.5.5 Phương trình chuyển động P.I.B [1] [2] 26 Phương trình chuyển động P.I.A [1] [2] 26 Phương trình chuyển động H.P [1] [2] 27 2.5.6 Mơ hình phi tuyến mô tả trục máy phát [1] [2] 27 2.6 Kết luận 28 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG SSR BẰNG PHẦN MỀM ATP/EMTP 30 3.1 Giới thiệu 30 3.2 Giới thiệu phần mềm ATP/EMTP 30 3.3 Nghiên cứu hệ thống chuẩn thứ “Fist Benchmark” IEEE[4] [8] 31 3.3.1 Mơ hình phần tử hệ thống mô phỏng: 31 3.3.1.1 Máy phát điện xoay chiều G 3.3.1.2 Máy biến áp 32 35 3.3.1.3 Đường dây truyền tải 37 3.3.1.4 Hệ thống điện 38 3.3.1.5 Tụ bù dọc 38 3.3.2 Nghiên cứu tượng SSR 38 3.4 Nghiên cứu hệ thống chuẩn thứ hai “Second Benchmark” IEEE 49 3.4.1 Trường hợp XC/XL=0% 50 3.4.2 3.4.3 Trường hợp XC/XL=55% 54 Kết luận 59 3.5 Các giải pháp loại trừ cố SSR 60 3.5.1 3.5.2 Truyền tải điện áp cao [1] 60 Sử dụng TCSC 61 KẾT LUẬN CHUNG 64 Phụ lục A: Thông số phần tử mơ hình second benchmark 65 A.1 Mơ hình hai máy phát điện song song 65 A.1.1 Mơ hình phần tử hệ thống: 65 A.1.1.1Máy phát điện xoay chiều G 65 A.1.1.2 Máy biến áp 67 A.1.1.2 Đường dây truyền tải lượng điện 69 A.1.1.3 Hệ thống điện 70 A.1.1.4 Tụ bù dọc 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, vấn đề trình bày luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tơi, có tham khảo số tài liệu báo tác giả nước xuất Số liệu đưa luận văn dựa kết tính tốn trung thực tôi, không chép hay số liệu công bố Nếu sai với lời cam đoan trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả Đỗ Xuân Bình LỜI CẢM ƠN Đầu tiên muốn gửi lời cảm ơn đến giảng viên Khoa Điện, môn Hệ thống điện giảng dạy tơi q trình học cao học Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi muốn mở rộng lòng biết ơn đến Tiến sĩ Lê Đức Tùng, thầy hướng dẫn tôi, người giúp cho nghiên cứu luận văn tốt nghiệp lời khun có giá trị nhiệt tình bảo thầy Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến mẹ tôi, cha bạn bè hỗ trợ khuyến khích tơi q trình nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Do thời gian có hạn, chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả kính mong thầy cô bảo, mong đồng nghiệp bạn bè đóng góp ý kiến để tác giả hồn thiện, tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài Hà Nội, ngày 17 tháng 11 năm 2014 Đỗ Xuân Bình DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT SSR : Cộng hưởng đồng SSR (SubSynchronous Resonance) IEEE : Viện kỹ nghệ điện điện tử (Institute of Electrical and Electronic Engineer) BPA : Công ty điện lực Bonneville Power Administration DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình hệ thống điện đơn giản có tụ bù dọc .10 Hình 1.2 Đặc tính P(δ) ứng với trường hợp khơng có tụ bù dọc (a) có tụ bù) ứng với trường hợp khơng có tụ bù dọc (a) có tụ bù dọc (b) .11 Hình 2.1 Hệ thống tiêu biểu dùng để mô tượng SSR 17 Hình 2.2 Mơ hình máy điện đẳng trị hệ tọa độ quay vng góc gắn với roto 19 Hình 2.3 Mơ hình học trục tuabin máy điện .24 Hình 3.1 Mơ hình fisrt benchmark 31 Hình 3.2 Đầu vào cửa sổ liệu máy phát điện .34 Hình 3.3 Dữ liệu đầu vào máy biến áp 37 Hình 3.4 Cửa sổ liệu đầu vào đường dây 38 Hình 3.5 Mơ hình fisrt benchmark thiết lập ATP/EMTP 39 Hình 3.6-1 Dịng IA, IB, IC 42 Hình 3.6-2Mơmen xoắn 43 Hình 3.7-1 Dịng IA, IB, IC 45 Hình 3.7-2 Mơmen xoắn 47 Hình 3.7-3 Kết mơ khơng có tụ bù, giá trị kháng đường dây tương đương với (XL-XC) bù 48 Hình 3.8 Mơ hình second benchmark hai máy phát điện song song 49 Hình 3.9 Mơ hình second benchmark hai máy phát điện song song thiết lập ATP/EMTP 50 Hình 3.10-1 dịng IA, IB, IC .52 Hình 3.10-2 Mơ men xoắn 54 Hình 3.11-1 Dịng IA, IB, IC 57 Hình 3.11-2 Mơmen xoắn .58 Hình 3.12 Hệ thống truyền tải điện chiều điển hình 60 Hình 3.13 Mơ hình TCSC(a) Mơ hình bản; (b) Mơ hình thực tế 61 Hình 3.14 Sự thay đổi điện kháng TCSC với góc mở α 63 Hình A.1 Đầu vào cửa sổ liệu máy phát điện 67 Hình A.2 Dữ liệu đầu vào biến áp 69 Hình A.3 Cửa sổ dịng liệu đầu vào 70 MỞ ĐẦU Các nhà máy điện thường nằm khoảng cách xa thành phố lớn, khu công nghiệp, phụ tải lớn Để truyền tải lượng điện từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ, người ta thường phải xây dựng đường dây truyền tải điện cao áp Trên đường dây truyền tải điện thường có sử dụng tụ bù dọc để tăng khả truyền tải công suất tác dụng tăng độ dự trữ ổn định động Trước năm 1970, người ta nghĩ tụ bù dọc khơng có tác hại cho hệ thống điện Nhưng năm 1970-1971, sau hai cố tiếng nhà máy nhiệt điện miền Tây Hoa Kỳ [4], nghiên cứu sau tụ điện bù dọc gây dao động cộng hưởng tần số tương đối thấp, từ 10 đến 40 Hz Nguyên nhân gây hai cố trùng hợp ngẫu nhiên tổng tần số tự nhiên phía lưới điện với tần số tự nhiên bên phía (roto, tuabin) với tần số đồng Hiện tượng gọi tương cộng hưởng đồng SSR (SubSynchronous Resonance) Nguyên nhân phá hỏng trục tuabin nhà máy điện Mohave xác định tượng Hệ thống điện 500KV Việt Nam đưa vào vận hành vào ngày 27/5/1994 mang lại hiệu lớn việc truyền tải cung cấp điện Hiện lưới điện 500kV có chiều dài đường dây 500kV 3466km 10 trạm biến áp với tổng công suất 6150MVA Trên đoạn đường dây 500kV có khoảng cách lớn lắp đặt tụ bù dọc hai đầu trạm biến áp với mức độ bù 60% Công suất truyền tải đường dây 500kV mức cao, công suất đường dây 500kV Pleiku – Đà Nẵng khoảng 1500MW đường dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh 1200MW nên điện áp 500kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Hà Tĩnh thường mức thấp Vì chế độ vận hành trạng thái làm việc tụ bù dọc 500kV ảnh hưởng nhiều đến ổn định điện áp hệ thống điện Như thấy việc nghiên cứu hiểu rõ chất tượng SSR cần thiết quan trọng, góp phần đảm bảo an tồn, đảm bảo độ tin cậy q trình vận hành hệ thống điện Có nhiều phương pháp để nghiên cứu tượng SSR hệ thống điện, phương pháp xác định giá trị riêng