BÁO CÁO NGHIÊN CỨU CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ THẤP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN (SSR)

Trong hệ thống điện có rất nhiều phần tử khác nhau, các phần tử lại có phản ứng khác nhau đối với cùng một hiện tượng. Việc mô phỏng toàn bộ các phần tử sẽ làm mất rất nhiều thời gian và làm khối lượng tính toán trở nên quá lớn. Mặt khác, có rất nhiều phần tử mà việc mô phỏng chúng hay không sẽ không ảnh hưởng đến kết quả tính toán cuối cùng. Do đó, cần phải lựa chọn chính xác các phần tử khi mô phỏng và mô hình thích hợp cho từng phần tử đó.

Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh i MỤC LỤC MỤC LỤC i CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. TI SAO LI LP BÁO CÁO NÀY? 1 1.2. NI DUNG BÁO CÁO 1 CHƯƠNG 2: QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1 2.1. TNG QUAN 1 2.2. HIN TNG CNG HNG DI NG B - SSR 1 2.2.1. Gii thiu v SSR 1 2.2.2. Nguyên nhân gây ra hin tng SSR 2 2.2.3. Các yu t nh hng n SSR 3 2.3. CÁC PHNG PHÁP PHÂN TÍCH CNG HNG TN S THP 4 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN SSR BẰNG PHẦN MỀM EMTP-RV 6  3.1. GII THIU V CHNG TRÌNH EMTP-RV 6 3.2. PHNG PHÁP LUN MÔ PHNG H THNG IN 7 3.3. PHNG PHÁP LUN MÔ PHNG NGUN IN 8 3.3.1. Mô phng ngun in là i tng nghiên cu 8 3.3.2. Mô phng các ngun in còn li 11 3.4. PHNG PHÁP LUN MÔ PHNG MÁY BIN ÁP 13 3.4.1. Máy bin áp 2 cun dây 13 3.4.2. Máy bin áp 3 cun dây 15 3.5. PHNG PHÁP LUN MÔ PHNG NG DÂY 17 3.5.1. Mô hình ng dây thông s tp trung 17 3.5.2. Mô hình ng dây thông s ri 17 3.5.3. Mô hình Cáp in 20 3.6. PHNG PHÁP LUN MÔ PHNG KHÁNG IN 20 3.6.1. Kháng 3 pha 21 3.6.2. Kháng 1 pha 21 3.6.3. Kháng trung tính 21 3.7. PHNG PHÁP LUN MÔ PHNG BVCQA 22 3.8. PHNG PHÁP LUN MÔ PHNG T BÙ DC 500kV 22 3.9. PHNG PHÁP LUN TÍNH TOÁN SSR 22 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ THẤP -SSR 24  4.1. KT QU TÍNH TOÁN 25 eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh ii 4.1.1. Không bù dc ng dây 25  4.1.2. Bù dc 30% 25 4.1.3. Bù dc 50% 26 4.1.4. Bù dc 70% 26 4.1.5. Tng hp kt qu 27 4.2. tÍNH TOÁN PHÂN TÍCH SAI S 27 4.3. CÁC BIN PHÁP HN CH NH HNG CA SSR 30 4.4. KT LUN VÀ KIN NGH 31 eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TẠI SAO LẠI LẬP BÁO CÁO NÀY? 1.2. NỘI DUNG BÁO CÁO Báo cáo này bao gồm những nội dung sau:  Xây dng phng pháp lun mô phng, tính toán h thng: − Phng pháp mô phng các phn t h thng. − Phng pháp tính toán.  Kết quả tính toán: tính toán cng hng tn s thp.  ánh giá nh hng ca hin tng cng hng di ng b: eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh 1 CHƯƠNG 2: QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1. TỔNG QUAN Trong h thng in có rt nhiu phn t khác nhau, các phn t li có phn ng khác nhau i vi cùng mt hin tng. Vic mô phng toàn b các phn t s làm mt rt nhiu thi gian và làm khi lng tính toán tr nên quá ln. Mt khác, có rt nhiu phn t mà vic mô phng chúng hay không s không nh hng n kt qu tính toán cui cùng. Do ó, cn phi la chn chính xác các phn t khi mô phng và mô hình thích hp cho tng phn t ó. Các quá trình quá  in t xut phát t các nguyên nhân khác nhau có th rt khác nhau v bn cht, cng nh khong tn s dao ng. Chính vì vy, vic mô phng tính toán cn m bo vic áp ng khong tn s phù hp vi quá trình quá  ang nghiên cu. Các quá trình quá  in t có th phân loi thành các nhóm tn s nh trình bày trong Bng 1. Bảng 1: Phân loại các nhóm tần số của các quá trình quá độ điện từ Nhóm Khoảng tần số dao động Dạng sóng Loại quá điện áp 1 0,1 Hz – 3 kHz Dao động tần số thấp Quá điện áp tạm thời 2 50/60 Hz – 20 kHz Sóng chm Quá in áp óng ct 3 10 kHz – 3 MHz Sóng nhanh Quá in áp sét 4 100 kHz – 50 MHz Sóng cc nhanh Quá in áp phóng in lp li Hin tng cng hng di ng b (Subsynchronous resonance – SSR) là hin tng ng có các c im riêng c IEEE nh ngha nh sau: “Cng hng di ng b - SSR là iu kin vn hành ca h thng mà  ó trao i nng lng gia h thng vi turbine máy phát  mt hoc mt vài tn s di tn s ng b ”. 2.2. HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG DƯỚI ĐỒNG BỘ - SSR 2.2.1. Giới thiệu về SSR Cng hng di ng b - cng hng tn s thp là iu kin có th tn ti trong h thng,  ó h thng có tn s dao ng riêng di tn s công nghip. Dòng in lúc này có 2 thành phn: thành phn th nht  tn s công nghip và eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh 2 thành phn còn li ph thuc vào c tính ca h thng. Biu thc dòng in cho mch R-L-C ni tip nh sau: ( ) ( ) 2 11 2 2 () sin sin t it K A t Be t ςω ωψ ωψ − ⎡⎤ =++ + ⎣⎦ (1) Trong qun dây stator máy phát cng có mt dòng in tng t dòng in trong công thc (1) và phn x vào rotor máy phát, quá trình vt lý này c mô t trong ma trn truyn Park. Các tn s khác nhau c gi là các tn s không ng b. Các dòng in không ng b này sinh ra mô men xon trc lên rotor tubin-máy phát làm rotor dao ng  tn s không ng b. S xut hin ca mô men xon không ng b trên trc rotor gây ra mt s v n , vì bn thân trc tubin-máy phát có kiu dao ng t nhiên, cái mà bt k h thng khi trc quay nào cng có. Vn  xy ra là mô men xon không ng b li trung hp vi mt kiu dao ng t nhiên nào ó ca trc, vì vy trc s dao ng  tn s t nhiên này, ôi khi là vi biên  ln. Hin tng này c gi là cng hng không  ng b, nó có th gây ra hin tng mi ca kim loi ca trc và có th làm hng hoc phá hy trc. 2.2.2. Nguyên nhân gây ra hiện tượng SSR Có rt nhiu kiu tng tác gia h thng và máy phát có th dn ti cng hng di ng b. Mt s trong chúng c bn ã c nh ngha, chúng ta  cp  ây 3 trong s chúng có nhng c  im riêng nh sau: − Điện cảm máy phát: nh hng ca in cm máy phát b gây ra bi hin tng t kích ca h thng. in tr ca rotor, nhìn t phn ng có giá tr âm. H thng cng th hin in tr tng t nhng vi giá tr dng. Tuy nhiên, nu in tr âm ca máy phát có giá tr l n hn in tr dng ca h thng  mt tn s t nhiên ca h thng, thì s c gi các dòng in không ng b. iu kin này c bit nh nh hng ca in cm máy phát. − Tương tác xoắn: xut hin khi mô men xon không ng b in cm trong máy phát liên quan m t thit ti 1 trong các kiu t nhiên xon ca trc tubine-máy phát. Khi hin tng này xy ra, rotor dao ng s to ra các thành phn in áp cm ng  c các tn s di ng b và siêu ng b. Tuy nhiên, in áp tn s di ng b s gây ra mô men xon eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh 3 di ng b. Nu mô men xon này bng hoc vt quá mc cn c khí vn có ca h thng quay, thì h thng s t kích. − Mô men xoắn quá độ: mô men xon quá  là kt qu ca nhiu lon h thng. Nhiu lon h thng gây ra nhng thay i t ngt trong h thng, kt qu ca nhng thay i này là dòng i n s có xu hng dao ng  các tn s t nhiên ca h thng. Trong h thng truyn ti không có t bù dc, các quá trình quá  này thng quá  dc, hin tng s suy gim v zero vi hng s thi gian ph thuc vào t s L/R. Vi mng có t bù dc, dòng quá  s có th dng tng t nh công thc (1), và s bao gm 1 hoc nhiu t n s dao ng ph thuc vào các thành phn C cng nh L và R ca h thng. Ví d s ch có 1 tn s t nhiên nh th hin trong công thc (1), nhng vi h thng có nhiu t bù dc s có nhiu tn s i ng b. Nu bt k mt tn s nào trong ó trung khp vi 1 kiu t nhiên ca trc tubine-máy phát, thì s có th có mô men xon cc i ln t l thun thun vi cng  ca dòng in dao ng. Dòng in t s c ngn mch có th sinh ra mô men xon trc rt ln  c lúc s c cng nh khi s c ã c loi tr. Trong thc t có th có rt nhiu tn s di ng b và  phân tích chúng là rt phc tp. Tuy nhiên, hin tng SSR ch thc s xy ra khi có t bù dc t gn máy phát. Chính vì vy, khi tính toán dung lng bù dc ngoài yu t tng hiu qu truyn ti công sut, ôi khi còn b gii hn bi hin tng SSR. Trong 3 kiu tng tác  trên ã mô t, 2 kiu u có th coi nh là các iu kin nhiu lo n nh. Kiu th 3 c coi là không phi nhiu lon nh và có tính phi tuyn cn phi phân tích. 2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến SSR Trong quá trình nghiên cu hin tng SSR, 2 thông s thng c s dng  ánh giá mc  nh hng ó là: biên  ca mô men xon và  trt ca các khi quay. eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh 4 Có rt nhiu yu t có th nh hng n  ln biên  mô men xon và  trt ca các khi quay trong quá trình xy ra hin tng SSR. Trong ó, các yu t có nh hng quan trng nht gm có: − Dung lng bù dc trên ng dây dài. − Thông s ca máy phát in xy ra hin tng SSR. − Thi gian loi tr s c. 2.3. CÁC PHƯƠ NG PHÁP PHÂN TÍCH CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ THẤP Có nhiu phng pháp có th s dng  nghiên cu SSR. Các phng pháp thông dng nht là: − Phương pháp quét tần số: phng pháp c s dng rng rãi  bc M cho ít nht là phân tích s b các vn  SSR, và thng dùng ring cho nghiên cu tác ng t phát in cm. Phng pháp này tính toán in tr và in kháng tng ng (là hàm ca tn s) nhìn vào h thng t qun Stator ca máy phát nào ó. Ti nhng tn s mà in cm bng 0 và in tr âm, dao ng t kích  tn s ó có th xy ra do tác ng t in cm phát. − Phng pháp quét tn s cng cung cp các thông tin cho bit kh nng có th xy ra các vn  tng tác xo n và mô men xon quá . Các vn  này có th xut hin nu có vic cng hng dc hoc cc tiu in kháng, nhng hin tng liên quan rt mt thit vi 1 trong các tn s xon trc. − Gii hn ca phng pháp là cách nhìn in kháng t mt im c nh trên h thng, thng là trên các cun dây stator máy phát. Quá trình thc hin ph i c lp li cho các iu kin khác nhau ca h thng  các im máy phát khác nhau cn quan tâm. − Phương pháp trị riêng: phng pháp này cung cp thêm thông tin liên quan n hot ng h thng. Kiu phân tích này c thc hin vi mô hình h thng và máy phát trong mt h tuyn tính hóa. Kt qu cho bit c tn s dao ng cng nh mc cn ca mi tn s . eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh 5 − Tr riêng c nh ngha trong khái nim ca các ng thc tuyn tính hóa h thng c vit theo dng chun sau: Ax x Bu=+  (2) − Sau ó, tr riêng c nh nga khi gii ma trn: [ ] det 0UA λ − = (3) − Trong ó  c gi là tr riêng. − Sử dụng phần mềm EMTP: EMTP là chng trình s. Không nh các chng trình n nh quá , thng ch mô hình theo th t thun coi nh h thng có cân bng tuyt i, EMTP, mô hình h thng hoàn toàn theo 3 pha mt cách chi tit hn nhiu. Ngoài ra, EMTP còn cho phép mô hình phi tuyn các phn t h thng phc tp. Do ó, s phù hp vi phân tích các v n  mô men xon quá  SSR. Trong phn sau ây s ln lt trinh bày chi tit phng pháp lun mô phng, tính toán và kt qu tính toán hin tng cng hng di ng b s dng phn mm EMTP-RV. eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh 6 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN SSR BẰNG PHẦN MỀM EMTP-RV 3.1. GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH EMTP-RV Nh ã trình bày, EMTP là chng trình tính toán QTQT. ây là chng trình máy tính  mô phng quá  in t, in c và h thng iu khin trong h thng in nhiu pha. EMTP-RV là phiên bn mi ca EMTP c phát trin bi Development Coordination Group (DCG) vi các thành viên: American Electric Power Corporation, CEA Technologies, CRIEPI of Japan, Électricité de France, EPRI, Hydro One Networks, Hydro-Québec, US Bureau of Reclamation và Western Area Power Administration. Chng trình có th c s dng cho phn ln các tính toán ch  tnh cng nh mô phng các QTQ vi thi gian khong vài giây. Thông thng EMTP c dùng cho 2 mc ích chính sau: − H tr trong thit k và la chn thông s cho các phn t trong h thng in, c dùng cho các bài toán phi hp cách in, la chn thông s nh mc ca thit b, la chn các thit b bo v, thit k h th ng iu khin, ánh giá cht lng in nng, tính toán sóng hài v.v… − Tính toán kim tra các vn  ang tn ti trong h thng in. Di ây là các tính toán, mô phng c trng EMTP-RV có th thc hin: − Quá in áp khí quyn. − Quá in áp thao tác − Quá in áp tm thi − Phi hp cách in − in t công sut và FACTS − Thit k h thng iu khin − Các bài toán v cht lng in nng − Cng hng gia phn t bù ngang và bù dc eBook for You Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Thực hiện: Lê Quốc Anh 7 − Cng hng st t − Khi ng ng c − Phân tích ch  xác lp ca h thng không i xng − Li in phân phi và ngun phân phi − Mô hình h thng ng và ph ti − Các bài toán bo v h thng in EMTPRV có th la chn thc hin các mô phng sau: − Tính phân b  công sut (Load-Flow): Phân b công sut c tính cho h thng nhiu pha và không i xng. Kt qu c s dng làm d liu cho thông s iu kin u (biên) cho mô phng quá . − Ch  xác lp (Steady-state): Tính toán iu kin u cho mô phng theo thi gian. − Mô phng thi gian (Time-domain): Tính toán quá trình quá  theo thi gian. 3.2. PHƯƠNG PHÁP LUẬN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN Nh ã  cp, u tiên phi xác nh c phm vi nghiên cu và sau ó là xác nh gii hn mô phng. Không mt phng pháp mô phng nào có th áp ng tt c các nghiên cu. Phm vi mô phng SSR nói chung là mô phng ng vic tng tác gia ng c ng b và h thng trong khong tn s di ng b t 0 n 50Hz, các phn t c mô ph ng nh sau: − Ngun in. − Mô phng máy bin áp. − ng dây truyn ti và các phn t bao gm: t bù dc, kháng bù ngang, MOV. − Mô phng ph ti in. eBook for You [...].. .Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp 3.3 PHƯƠNG PHÁP LUẬN MÔ PHỎNG NGUỒN ĐIỆN Do đặc điểm riêng của cộng hưởng tần số thấp là sự cộng hưởng giữa máy phát và phần còn lại của hệ thống, vì vậy mô phỏng nguồn điện trong nghiên cứu SSR được chia làm 2 đối tượng sau: − Mô phỏng máy phát là đối tượng nghiên cứu: đối với nguồn điện này cần phải được mô phỏng kỹ lưỡng cả 2 phần: − Phần điện gồm các điện. .. Anh 8 eBook for You thông số điện học cơ bản Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Xd Điện kháng đồng bộ dọc trục pu 1.65 1.65 Xq Điện kháng đồng bộ ngang trục pu 1.59 1.59 X’d Điện kháng quá độ dọc trục pu 0.25 0.25 X’q Điện kháng quá độ ngang trục pu 0.46 0.46 X”d Điện kháng siêu quá độ dọc trục pu 0.2 0.20 X”q Điện kháng siêu quá độ ngang trục pu 0.2 0.20 Thông số về hằng số thời gian (HSTG) HSTG hở... 50 6 Số cực Rotor P 7 Tần số góc ω Rad/s 314,16 8 Moomen xoắn T MegaN.m 1,91 2 Kết quả tính toán được trình bày trong các mục dưới đây Thực hiện: Lê Quốc Anh 24 eBook for You − Bù 70% tương ứng: XC = 4,244 Ω Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp 4.1 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN eBook for You 4.1.1 Không bù dọc đường dây 4.1.2 Bù dọc 30% Thực hiện: Lê Quốc Anh 25 Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp eBook for You 4.1.3... Các thông số được theo dõi kết quả để đánh giá ảnh hưởng của cộng hưởng tần số thấp gồm có: − Mô men xoắn giữa các khối quay − Tốc độ quay của các khối so với tốc độ đồng bộ Giá trị tính toán được tính theo hệ đơn vị cơ bản được liệt kê trong bảng sau: STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Điện áp U kV 22 2 Công suất S MVA 600 3 Dòng điện I A 15746 4 Điện kháng Z Ohm 0,8067 5 Tần số f Hz 50 6 Số cực Rotor... dây Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp − Winding Impedance on winding 1: Tỉ số tổng trở của cuộn dây 1 trên tổng trở tổng Z1/Z − Winding 2 R: R2, điện trở cuộn dây 2 khi Z1/Z không được khai báo − Winding 2 X: X2, điện kháng cuộn dây 2 khi Z1/Z không được khai báo − Dữ liệu từ hóa (dưới dạng bảng số liệu) − Current magnitude: dòng điện imag trong đặc tính bão hòa (A) − Flux magnitude: từ thông φ trong. .. for You Hình 2: Mô hình phần tử Load-Flow Bus Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Các thông số khai báo cho nút này bao gồm: − Frequency: tần số của nguồn (Hz) − Controlled voltage: Biên độ điện tại nút mà nguồn này nối vào (V, kV, MV, kVRMS, kVRMSLL) − Phase: giá trị ban đầu góc pha điện áp tại nút đặt thiết bị LF − Controlled type: dạng điều chỉnh điện áp: Điện áp pha-đất − P: công suất tác dụng phát... khi hết quá trình quá độ điện áp Chính vì vậy mà BVCQĐA có điện trở rất lớn khi hệ thống vận hành bình thường, và điện trở nhỏ khi quá điện áp quá độ, đó chính là do BVCQĐA có đặc tính V-I phi tuyến Chính vì vậy, đặc tính V-I của BVCQĐA cần được mô phòng khi tính toán các QTQĐĐT Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp − Phần mềm sử dụng cho mô phỏng: EMTP-RV − Chế độ vận hành của hệ thống: Tính toán SSR sẽ... – ωbm) Trong đó: ωbm là tốc độ quay cơ bản (đồng bộ) Trong thực tế, rất khó để xác định được các giá trị thực cho các hệ số cản này Tuy nhiên, các mô men xoắn trên ảnh hưởng rất ít lên mô men xoắn cực đại trong quá trình quá độ Các mô men xoắn này được tính như sau; Thực hiện: Lê Quốc Anh 10 eBook for You Tspring i-1 = - Tspring i =HSPi-1 I (θrm i - θrm i-1) Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp Trong đó:... mạch • Việc cắt không đồng thời giữa các cực của máy cắt • Thời gian loại trừ sự cố Thực hiện: Lê Quốc Anh 23 eBook for You số liệu chưa chính xác, Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ THẤP -SSR Tính toán được thực hiện cho 1 tổ máy Nhiệt điện Mông Dương 1, chế độ phụ tải cực đại – năm 2016 với các trường hợp sau: − Không đặt tụ bù dọc − Đặt tụ bù dọc so với... dωrm + D × ωrm + HSP × θ rm = Tturbine − Tgen /exc dt Trong đó: − J: là ma trận mô men quán tính (moment of inertia) − ωrm: là vector tốc độ quay tuyệt đối Thực hiện: Lê Quốc Anh 9 eBook for You T’d0 Nghiên cứu Cộng hưởng tần số thấp − HSP: là ma trận hệ số cứng - hằng số đàn hồi (stiffness coefficients hoặc spring constant) − D: là ma trận hệ số cản − Tturbine: là vector mô men xoắn đặt lên khối turbine . 1 2.2. HIN TNG CNG HNG DI NG B - SSR 1 2.2.1. Gii thiu v SSR 1 2.2.2. Nguyên nhân gây ra hin tng SSR 2 2.2.3. Các yu t nh hng n SSR 3 2.3. CÁC PHNG PHÁP PHÂN TÍCH CNG. cng hng di ng b (Subsynchronous resonance – SSR) là hin tng ng có các c im riêng c IEEE nh ngha nh sau: “Cng hng di ng b - SSR là iu kin vn hành ca h thng. LUN MÔ PHNG T BÙ DC 500kV 22 3.9. PHNG PHÁP LUN TÍNH TOÁN SSR 22 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ THẤP -SSR 24  4.1. KT QU TÍNH TOÁN 25 eBook for You Nghiên cứu Cộng