Nghiên ứu hiệu quả ứng dụng của thiết bị điều chỉnh góc pha trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH GÓC PHA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Hệ thống điện Hà Nội – 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204939371000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH GÓC PHA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS LÃ VĂN ÚT Hà Nội – 2018 Đế tài: Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha HTĐ LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa công bố luận văn khác thơng tin trích dẫn đoạn văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2018 Người cam đoan Nguyễn Văn Nghiệp Học viên: Nguyễn Văn Nghiệp MHHV: CA160496-KTĐ Đế tài: Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha HTĐ LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực luận văn, đến đề tài “Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha Hệ thống điện” hồn thành Trong thời gian thực đề tài nhận nhiều giúp đỡ quý báu đồng nghiệp thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS Lã Văn Út nguyên cán Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi xây dựng hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Bộ môn Hệ thống điện - Viện Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho q trình học tập, cơng tác, nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Học viên: Nguyễn Văn Nghiệp MHHV: CA160496-KTĐ Đế tài: Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha HTĐ MỤC LỤC Lời cam đoan Trang Lời cảm ơn Các ký hiệu 10 Mở đầu CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ FACTS ỨNG DỤNG TRONG HTĐ 1.1 Giới thiệu chung 12 1.2 Đặt vấn đề 15 1.3 Phân loại thiết bị FACTS 16 1.3.1 Kháng điều khiển thyristor TCR 19 1.3.2 Kháng đóng cắt thyristor TSR 22 1.3.3 Tụ đóng cắt thyristor TSC 23 1.4 Hiệu ứng dụng thiết bị FACTS 25 1.5 Kết luận 27 CHƯƠNG – CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH GÓC PHA 2.1 Đặt vấn đề 28 2.2 Các máy biến áp điều chỉnh nối tiếp khả điều chỉnh góc pha 29 2.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 29 2.2.2 Khả thay đổi góc pha hiệu tác động 30 32 2.3 Cấu trúc điều khiển Thyristor TCPAP 2.3.1 Điều chỉnh rời rạc 32 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 33 2.4 Hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha khắc phục hậu 36 nghẽn mạch 38 2.5 Kết Luận CHƯƠNG 3– MƠ HÌNH TCPAR TRONG TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 39 3.1 Sơ đồ thay phần tử Học viên: Nguyễn Văn Nghiệp MHHV: CA160496-KTĐ Đế tài: Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha HTĐ 3.1.1 Các đường dây tải điện 39 3.1.2 Các máy biến áp điện lực 41 3.2 Mơ hình tính tốn CĐXL HTĐ có máy biến áp (nhiều cấp điện áp) 42 3.2.1 Trường hợp quy đổi lưới sơ đồ cấp điện áp 42 3.2.2 Mơ hình CĐXL HTĐ xét đến thay đổi góc pha máy biến 45 áp 3.3 Mơ hình tính tốn TCPAR 49 3.4 Kết luận chương 50 CHƯƠNG – ỨNG DỤNG TCPAR TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 Giới thiệu phần mềm tính tốn hệ thống điện CONUS 51 4.2 Nội dung nghiên cứu ứng dụng TCPAR điều chỉnh CĐXL 51 HTĐ 4.3 Kết tính tốn phân bố cơng suất lưới chưa đặt 54 TCPAR 4.4 Kết tính tốn phân bố cơng suất lưới có sử dụng 58 TCPAR Sử lí nghẽn mạch phụ tải đạt 95% phụ tải cực đại (trong khoảng 58 thời gian từ (8-10)h; (16-20)h) Sử lí nghẽn mạch phụ tải đạt 100% phụ tải cực đại (trong khoảng 67 thời gian từ (12-16)h) 74 4.5 Kết Luận KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 Học viên: Nguyễn Văn Nghiệp MHHV: CA160496-KTĐ Đế tài: Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha HTĐ CÁC KÝ HIỆU AC/DC: Alternative Current/Direct Current (dòng điện xoay chiều/mộtchiều) BESS: Battery Energy Storage System (hệ thống lưu trữ lượng sử dụng pin hóa học) CĐQĐ: Chế độ độ CĐXL: Chế độ xác lập CSC: Current Sourced Convertor (bộ biến đổi nguồn dòng) CSTD: Công suất tác dụng CSPK: Công suất phản kháng ĐCĐA: Điều chỉnh điện áp FACTS: Flexible Alternative Current Transmission System (hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) GTO: Gate turn-off (thyristor đóng cắt) HTĐ: Hệ thống điện LĐPP: Lưới điện phân phối LĐTT: Lưới điện truyền tải MBA: Máy biến áp NMĐ: Nhà máy điện SSR: Sub-synchronous Resonance (cộng hưởng tần số đồng bộ) SSSC: Static Synchronous Series Compensator (bộ nguồn bù dọc đồng tĩnh) Học viên: Nguyễn Văn Nghiệp MHHV: CA160496-KTĐ Đế tài: Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha HTĐ STATCOM: Static Synchronous Compensator (máy bù đồng tĩnh) SVC: Static Sar Compensator (tụ bù ngang có điều khiển) TCR: Thyristor Controlled Reactor (kháng điện điều khiển Thyristor) TCPAR: Thyristor Controlled Phase Angle Regulator (thiết bị điều chỉnh góc pha điều khiển Thyristor) TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor (tụ bù dọc điều khiển Thyristor) TCVR: Thyristor Controlled Voltage Regulator (thiết bị điều chỉnh điện áp điều khiển Thyristor) TSC: Thyristor Switched Compensator (tụ điện đ óng cắt Thyristor) TSSC: Thyristor Switched Series Capacitor (tụ bù dọc đóng cắt Thyristor) TSSR Thyristor Switched Series Reactor (kháng bù dọc đóng cắt Thyristor) TJPFC: Unified Power Flow Controler (bộ điều khiển công suất tổng hợp) VSC: Voltage Sourced Convertor (bộ biến đổi nguồn áp) Học viên: Nguyễn Văn Nghiệp MHHV: CA160496-KTĐ Đế tài: Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha HTĐ DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ, PHỤ LỤC Trang 17 Hình 1.1a Các thiết bị mắc nối tiếp Hình 1.1b Các thiết bị mắc song song 17 Hình 1.1c Các thiết bị mắc nối tiếp-nối tiếp 18 Hình 1.1d Các thiết bị mắc nối tiếp-song song 18 Hình 1.1e Các thiết bị mắc nối tiếp-song song 19 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý TCR 19 Hình 1.3 Dạng sóng theo góc mở α 20 Hình 1.4 Biên độ thành phần dịng điện qua TCR phụ thuộc góc 21 mở α Hình 1.5 Đặc tính V-I TCR 21 Hình 1.6 Biên thành phần bậc cao TCR so với góc a 22 Hình 1.7 Cấu tạo TSC 23 Hình 1.8 Đặc tính V-I TSC 24 Hình 1.9 Tổng kết thiết bị FACTS 25 Hình 2.1 29 Hình 2.2 30 Hình 2.3 30 Hình 2.4 Đặc tính thay đổi cơng suất dịch chuyển góc pha 31 Hình 2.5 Q trình điều khiển nâng cao ổn định động ngắn mạch 32 Hình 2.6 Sơ đồ sử dụng Thyristors để thay đổi số vòng dây MBA 33 Hình 2.7 Điều chỉnh liên tục điện áp 34 Hình 2.8 Mơ đun góc pha điện áp 35 Hình 2.9 Mơ đun thành phần bậc cao 35 Hình 2.10 Sơ đồ đấu nối pha MBA có điều chỉnh pha rời rạc vào 36 đường dây Hình 2.11 37 Hình 3.1 Sơ đồ thay đường dây 35kV 39 Hình 3.2 Đường dây không điện áp cao đường dây cáp 40 Hình 3.3 Mơ hình chuỗi mắt xích hình π 40 Học viên: Nguyễn Văn Nghiệp MHHV: CA160496-KTĐ Đế tài: Nghiên cứu hiệu ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha HTĐ Hình 3.4 Mơ hình theo sơ đồ hình π tổng hợp 41 Hình 3.5 Sơ đồ thay máy biến áp cuộn dây 41 Hình 3.6 Sơ đồ thay máy biến áp cuộn dây 42 Hình 3.7 43 Hình 3.8 43 Hình 3.9 46 Hình 3.10 49 Hình 4.1 Lưới điện tính tốn 52 Hình 4.2 Biểu đồ phụ tải (%) 54 Hình 4.3: Phân bố cơng suất từ (0-4)h; (20-24)h 55 Hình 4.4: Phân bố cơng suất từ (4-8)h; (10-12)h 56 Hình 4.5: Phân bố cơng suất từ (8-10)h; (16-20)h 56 Hình 4.6: Phân bố cơng suất từ (12-16)h 57 Hình 4.7: Phân bố cơng suất phụ tải đạt 92% phụ tải cực đại 57 Hình 4.8: Phân bố cơng suất từ (8-10)h; (16-20)h điều chỉnh góc pha độ 59 Hình 4.9: Phân bố cơng suất từ (8-10)h; (16-20)h điều chỉnh góc pha độ 60 Hình 4.10: Phân bố cơng suất từ (8-10)h; (16-20)h điều chỉnh góc pha độ 60 Hình 4.11: Phân bố cơng suất từ (8-10)h; (16-20)h điều chỉnh góc pha độ 61 Hình 4.12: Phân bố công suất từ (8-10)h; (16-20)h điều chỉnh góc pha độ 61 Hình 4.13: Phân bố cơng suất từ (8-10)h; (16-20)h điều chỉnh góc pha độ 62 Hình 4.14: Phân bố cơng suất từ (8-10)h; (16-20)h điều chỉnh góc pha độ 62 Hình 4.15: Phân bố công suất từ (8-10)h; (16-20)h điều chỉnh góc pha 10 độ 63 Hình 4.16: Phân bố cơng suất từ (12-16)h điều chỉnh góc pha độ 67 Hình 4.17: Phân bố cơng suất từ (12-16)h điều chỉnh góc pha độ 68 Hình 4.18: Phân bố cơng suất từ (12-16)h điều chỉnh góc pha độ 68 Hình 4.19: Phân bố cơng suất từ (12-16)h điều chỉnh góc pha độ 69 Hình 4.20: Phân bố cơng suất từ (12-16)h điều chỉnh góc pha độ Hình 4.21: Phân bố cơng suất từ (12-16)h điều chỉnh góc pha độ 69 70 Hình 4.22: Phân bố cơng suất từ (12-16)h điều chỉnh góc pha độ 70 Hình 4.23: Phân bố cơng suất từ (12-16)h điều chỉnh góc pha 10 độ 71 Bảng 1.1 So sánh hiệu điều khiển số thiết bị FACTS 27 Học viên: Nguyễn Văn Nghiệp MHHV: CA160496-KTĐ