Phân tíh hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐINH VĂN ĐẠT PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205269031000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐINH VĂN ĐẠT PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRƯƠNG NGỌC MINH Hà Nội – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu, thơng tin trích dẫn luận văn hồn tồn trung thực, có nguồn gốc rõ ràng phép công bố Những tài liệu tham khảo luận văn nêu rõ ràng phần tài liệu tham khảo Các kết thu luận văn chưa sử dụng để bảo vệ học vị khác Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2018 Học viên thực Đinh Văn Đạt i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ - SSR 1.1 Giới thiệu chung .2 1.2 Hiện tượng cộng hưởng tần số đồng - SSR 1.2.1 Lý thuyết cộng hưởng tần số đồng 1.2.2 Hiện tượng tự kích từ (Self Excitation) 1.2.3 Mô men xoắn độ (Transient torque) 1.2.4 Ảnh hưởng SSR hệ trục Turbine 1.3 Các phương pháp phân tích, đánh giá tượng SSR 1.3.1 Phương pháp quét tần số 1.3.2 Phương pháp mô miền thời gian thực 10 1.3.3 Phương pháp trị riêng 10 1.4 Kết luận 10 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ TURBINE – MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN ĐỒNG BỘ BA PHA 11 2.1 Giới thiệu chung máy phát điện đồng 11 2.1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc .11 2.1.2 Phân loại máy phát điện đồng ba pha hệ thống 13 2.2 Mơ hình tốn học máy phát đồng ba pha 15 2.2.1 Tự cảm, hỗ cảm cuộn dây 17 2.2.2 Các phương trình máy điện đồng hệ tọa độ pha .19 2.2.3 Biến đổi hệ tọa độ quay dq0 rotor 21 2.2.4 Quy đổi đại lượng rotor stator 24 2.2.5 Các phương trình điện áp, từ thơng hệ tọa độ qdo .26 2.2.6 Mô men điện từ máy điện đồng 27 ii 2.2.7 Mối quan hệ đại lượng dịng điện từ thơng .27 2.2.8 Phương trình chuyển động Rotor 28 2.3 Mơ hình tốn học biểu diễn hệ trục turbine – máy phát 29 2.4 Kết luận 35 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRỊ RIÊNG ĐỂ PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ 36 3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp trị riêng 36 3.1.1 Các đặc trưng ma trận trạng thái A .37 3.1.2 Phân tích ổn định hệ thống dựa vào giá trị riêng 38 3.2 Phân tích tương tác xoắn trục turbine 39 3.2.1 Tần số dao động tự nhiên trục turbine máy phát 39 3.3 Phân tích dao động riêng hệ trục Turbine – máy phát 43 3.3.1 Phân tích giá trị riêng chế độ dao động 44 3.3.2 Nhận xết kết phân tích trị riêng vector riêng .48 3.3.3 Các đại lượng hệ turbine - máy phát điện mơ hình theo mode dao động 49 3.4 Kết luận 50 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ VỚI SƠ ĐỒ IEEE SBM 51 4.1 Xây dựng mơ hình phần tử hệ thống điện 51 4.1.1 Mơ hình máy phát nhiệt điện đồng ba pha 51 4.1.2 Phép biến đổi qd0 cho mạch RL nối tiếp .59 4.1.3 Phép biến đổi qd0 cho mạch điện dung song song 64 4.1.4 Mô hình hóa tụ bù dọc 67 4.2 Mô hệ thống với sơ đồ chuẩn IEEE First BenchMark 68 4.2.1 Sơ đồ chuẩn IEEE First BenchMark - FBM 68 4.2.2 Kịch kết mô 68 4.2.3 Nhận xét 71 4.3 Sơ đồ IEEE Second BenchMark 71 4.3.1 Mơ hình sơ đồ SBM Mathlab/Simulink .73 iii 4.3.2 Tính tốn giá trị bù dọc đường dây tương ứng với mode dao động trục turbine 74 4.4 Phân tích trị riêng kết mơ ứng với giá trị bù 76 4.4.1 Với giá trị bù 76.23% (tương ứng với mode 2) 76 4.4.2 Với giá trị bù 57.21% (tương ứng với mode 3) 78 4.4.3 Với giá trị bù 37.03% (tương ứng với mode 4) 80 4.4.4 So sánh biên độ dao động momen xoắn khối trục 82 4.4.5 Phân tích ảnh hưởng dịng điện tới biên độ mô men xoắn 85 KẾT LUẬN CHUNG 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống điện có tụ bù dọc Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống turbine máy phát Hình 1.3:Mơ hình mạch tương đương hiệu ứng không đồng máy phát Hình 1.4: Trục turbine nhà máy nhiệt điện bị phá hủy tượng SSR .9 Hình 2.1: Cấu tạo máy phát điện đồng ba pha 12 Hình 2.2: Mơ hình mạch Rotor Stator máy phát đồng 15 Hình 2.3: Mơ hình hệ trục Turbine khối 31 Hình 2.4: Mơ hình khối LPB-GEN 31 Hình 2.5: Cấu trúc khí hệ trục turbine khối 32 Hình 3.1: Các tần số dao động tự nhiên dạng dao động trục turbine máy phát điện 47 Hình 4.1: Khối tạo dao động 51 Hình 4.2: Khối điện áp đầu cực 52 Hình 4.3: Khối chuyển đổi điện áp pha2qd0 53 Hình 4.4: Khối phương trình vi phân máy phát trục q 54 Hình 4.5: Khối phương trình vi phân máy phát trục d 55 Hình 4.6: Khối Rotor máy phát 56 Hình 4.7: Khối chuyển đổi tín hiệu qdr2pha 56 Hình 4.8: Khối VIPQ 57 Hình 4.9: Mơ hình mơ máy phát đồng Mathlab 58 Hình 4.10: Sơ đồ mơ tả mạch RL nối tiếp ba pha với dây trung tính 59 Hình 4.11: Sơ đồ tương đương qd0 đường dây RL nối tiếp 62 Hình 4.12: Sơ đồ tương đương qd0 đường dây RL nối tiếp bỏ qua thành phần hỗ cảm pha 63 Hình 4.13: Mơ hình khối Series RL Mathlab 64 Hình 4.14: Sơ đồ mơ tả mạch điện dung song song đường dây ba pha 64 Hình 4.15: Mạch điện qd0 mạch điện dung song song 66 Hình 4.16: Mơ hình khối ShuntCap Mathlab .67 Hình 4.17: Mơ hình khối Cap Mathlab .67 Hình 4.18: Sơ đồ chuẩn IEEE First BenchMark 68 Hình 4.19: Mơ sơ đồ chuẩn IEEE First Benchmark MATLAB/SIMULINK 69 Hình 4.20: Kết tiến hành mô thực tế 70 Hình 4.21: Kết mô IEEE [4] .70 Hình 4.22: Sơ đồ IEEE Second Benchmark System 71 Hình 4.23: Sơ đồ IEEE SBM Mathlab/Simulink 73 Hình 4.24: Dạng dao động trục turbin tương ứng với mode 74 v Hình 4.25: Điện áp tụ, dòng điện máy phát Momen điện bù 76.3% 77 Hình 4.26: Dao động mơ men khớp trục Turbine bù 76.3% 77 Hình 4.27: Điện áp tụ, dịng điện máy phát Momen điện bù 57.21% 79 Hình 4.28: Dao động mơ men khớp trục Turbine bù 57.21% 79 Hình 4.29: Điện áp tụ, dịng điện máy phát Momen điện bù 37.02% 81 Hình 4.30: Dao động mô men khớp trục Turbine bù 37.02% 81 Hình 4.31: Momen điện mode dao động 82 Hình 4.32: Momen xoắn khớp trục HP-IP 82 Hình 4.33: Momen xoắn khớp trục IP-LPA 83 Hình 4.34: Momen xoắn khớp trục LPA-LPB 83 Hình 4.35: Momen xoắn khớp trục LPB-Gen 83 Hình 4.36: Momen xoắn khớp trục Gen-Exc 84 Hình 4.37: Dịng điện máy phát vị trí ngắn mạch .85 Hình 4.38: Momen điện vị trí ngắn mạch 85 Hình 4.39: Momen xoắn khớp trục LPA-LPB vị trí ngắn mạch 86 Hình 4.40: Momen xoắn khớp trục LPB-Gen vị trị ngắn mạch 86 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Ký hiệu đại lượng máy phát đồng 16 Bảng 2-2: Hệ thống ký hiệu thông số máy phát 30 Bảng 3-1: Thông số hệ trục turbine máy phát đồng 44 Bảng 3-2: Hệ số tắt dần tương ứng với mode dao động 44 Bảng 3-3: Tần số dao động riêng khối trục turbine máy phát 46 Bảng 3-4: Các giá trị vector riêng Q ứng với mode dao động 46 Bảng 3-5: Các giá trị vector riêng Q sau biến đổi 47 Bảng 3-6: Các đại lượng mode hệ turbine – máy phát 49 Bảng 4-1: Thông số hệ thống điện sơ đồ FBM 68 Bảng 4-2: Thông số phần điện hệ máy phát 71 Bảng 4-3: Thông số hệ trục Turbine-máy phát cùa máy phát 72 Bảng 4-4: Thông số hệ thống điện .72 Bảng 4-5: Bảng số liệu tính tốn giá trị bù tương ứng với mode dao động .76 vii LỜI NÓI ĐẦU Sử dụng tụ bù dọc giải pháp đơn giản tối ưu trình vận hành truyền tải điện xoay chiều nhằm nâng cao ổn định hệ thống, đồng thời tăng khả tải đường dây Tuy nhiên, việc lắp đặt tụ bù dọc đường dây truyền tải lại nguyên nhân gây tượng cộng hưởng tần số đồng (Subsynchronous Resonance-SSR), dẫn đến cố phá hỏng trục turbin máy phát momen xoắn làm ổn định hệ thống Đề tài:”Phân tích tượng cộng hưởng tần số đồng hệ thống điện” có mục đích xây dựng cơng cụ dùng để phân tích, đánh giá tượng cộng hưởng tần số đồng sử dụng phương pháp trị riêng kết hợp với xây dựng mơ hình mơ Mathlab Kết tính tốn, mơ mơ hình phân tích ảnh hưởng tụ bù dọc đường dây mô men xoắn hệ trục turbine máy phát nhiệt điện đồng ba pha Nội dung luận văn chia làm chương: Chương 1: Hiện tượng cộng hưởng tần số thấp Chương 2: Mơ hình hệ turbine - máy phát nhiệt điện đồng ba pha Chương 3: Áp dụng phương pháp trị riêng để phân tích tượng cộng hưởng tần số thấp Chương 4: Kết mô tượng cộng hưởng tần số đồng với sơ đồ IEEE SBM Bằng công cụ xây dựng để đánh giá tượng cộng hưởng tần số đồng hệ thống điện, đề tài xác định giá trị bù dọc gây cộng hưởng có cố hệ thống, mức độ ảnh hưởng mức bù khớp trục trục turbine máy phát, ảnh hưởng dòng cố biên độ mơ men xoắn Đề tài sử dụng làm sở cho phân tích tượng cộng hưởng tần số đồng lưới điện cụ thể Dù tác giả cố gắng hạn chế thời gian trình độ chuyên môn nên luận văn tránh khỏi sai sót Rất mong nhận ý kiến góp ý thầy cơ, bạn đọc để luận văn hoàn thiện Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ biết ơn chân thành đến thầy giáo TS Trương Ngọc Minh, môn Hệ Thống Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn suốt trình thực đề tài Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp người thân nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện hồn thiện luận văn Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2018