phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin

phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin phân tích quá điện áp lan truyền do sét trong lưới trang trại gió và bảo vệ chống sét cho tua bin

23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Phát triển nguồn lượng tái tạo mặt trời, gió, sinh khối, sóng biển, thủy triều, thủy điện nhỏ, địa nhiệt xu hướng quốc gia giới Bởi lẽ việc phát nguồn lượng giúp quốc gia đa dạng hóa nguồn lượng, phân tán rủi ro, đảm bảo an ninh lượng, tiết kiệm nguồn lượng hóa thạch giảm thiểu phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính Trong nguồn lượng tái tạo lượng gió đánh giá nguồn triển vọng giầu tiềm năng, dễ khai thác quy mô lớn, thân thiện với môi trường gây ảnh hưởng xấu mặt xã hội Do nguồn lượng đã, nhiều quốc gia giới quan tâm phát triển, có Việt Nam Tuy vậy, việc sử dụng tua bin gió (Wind Turbine - WT) để phát điện có số bất lợi phương diện bảo vệ chống sét: - WT công trình cao (trung bình 100m), thường lắp đặt địa hình trống trải nên chúng dễ bị sét đánh - Đầu thu sét lắp đặt cánh chuyển động trình WT vận hành - Khi sét đánh vào WT, đường dẫn dòng điện sét qua cột trụ xuống đất gây điện áp (QĐA) sét cảm ứng nguy hiểm cho phận bên WT - Thường WT kết nối với tạo thành trang trại gió (Wind Farm WF) cấp điện lên lưới hệ thống (hoặc cấp điện cho phụ tải địa phương) qua đường dây trung áp không Do sét đánh vào WT WF đánh vào đường dây trung áp không kết nối WF với lưới xuất QĐA sét nguy hiểm lan truyền lưới điện WF Thực tế vận hành điện gió nhiều quốc gia giới cho thấy, hàng năm có nhiều WT phải chịu ảnh hưởng QĐA sét đánh trực tiếp sét cảm ứng lan truyền gây cố nghiêm trọng, thiệt hại lớn kinh tế ảnh hưởng không nhỏ đến độ tin cậy hệ thống Vì vấn đề nghiên cứu bảo vệ chống sét cho WT gió nhiều tổ chức cá nhân quốc tế quan tâm năm gần Tuy nhiên vấn đề phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố mật độ sét, thông số dòng điện sét, vị trí sét đánh, địa hình lắp đặt - vận hành WT, đặc điểm WT, phương thức kết nối WT, đặc điểm lưới điện, phương 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do thức nối đất, phương pháp mô hình phần tử, phương pháp tính toán mô trình độ điện từ Do vấn đề cần tiếp tục quan tâm nghiên cứu, đánh giá để từ đưa khuyến cáo biện pháp phối hợp cách điện hợp lý nhằm góp phần nâng cao độ tin cậy an toàn cho phần tử, thiết bị hệ thống điện gió Với lý đây, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điện áp sét bảo vệ chống sét cho tua bin gió có kết nối lưới điện” Đây đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, đặc biệt Việt Nam - quốc gia giàu tiềm điện gió khu vực Đông Nam Á có nhiều sách thúc đẩy phát triển hệ thống điện này, chưa có nghiên cứu đáng kể công bố liên quan đến vấn đề bảo vệ chống sét cho WT Luận án thực thành công góp phần đáp ứng nhu cầu làm chủ kỹ thuật chống sét cho WT WF việc đào tạo đội ngũ chuyên gia lĩnh vực Việt Nam Mục đích nghiên cứu luận án - Tìm hiểu đặc trưng chống sét cho WT phương pháp tính toán chống sét cho WF kết nối với lưới điện - Đề xuất phương pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp vào WT Ứng dụng phương pháp đề xuất xác định số lần sét đánh trực tiếp WT có công suất (ứng với kích thước) khác điều kiện mật độ sét Việt Nam - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố khác đến: QĐA sét hệ thống điện điều khiển (HTĐ&ĐK) WT, QĐA sét lan truyền lưới điện WF Qua khuyến cáo biện pháp phối hợp cách điện phù hợp, góp phần nâng cao độ tin cậy an toàn cho phần tử, thiết bị dự án điện gió, đặc biệt dự án điện gió đã, lắp đặt Việt Nam Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: WT công suất lớn kiểu trục ngang (Horizontal axis wind turbines - HAWT) kết nối lưới điện WF điển hình Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung đánh giá, đề xuất phương pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp vào WT; nghiên cứu QĐA sét cảm ứng HTĐ&ĐK WT nghiên cứu QĐA sét lan truyền WF có kết nối lưới điện 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Phƣơng pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp mô hình điện hình học (EGM) việc xác định số lần sét đánh trực tiếp WT phù hợp với đặc điểm công trình động - Sử dụng phương pháp giải toán truyền sóng có phần mềm mô trình độ điện từ ATP/EMTP để tính toán, phân tích QĐA sét cảm ứng lan truyền - Áp dụng tiêu chuẩn, khuyến cáo hành tổ chức quốc tế IEEE, IEC để phân tích, đánh giá QĐA sét WT lưới điện WF Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học - Ứng dụng mô hình điện hình học (EGM) tính toán xác định số lần sét đánh trực tiếp vào WT phù hợp với đặc điểm công trình động (đầu thu sét gắn cánh chuyển động làm việc) - Tổng hợp, đánh giá, đề xuất sử dụng mô hình phần tử liên quan cho nghiên cứu trình độ điện từ WT lưới điện WF - Luận án xây dựng thuật toán tính toán số lần sét đánh trực tiếp vào WT theo phương pháp đề xuất thuật toán xác định khoảng cách an toàn lắp đặt đường cáp so với cột trụ để giảm QĐA sét cảm ứng HTĐ&ĐK WT 5.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Kết tính toán số lần sét đánh trực tiếp vào WT - kích thước khác dự án điện gió đăng ký lãnh thổ Việt Nam có mật độ sét khác luận án dùng làm tài liệu tra cứu, tham khảo cho chủ đầu tư nhà tư vấn, thiết kế, xây dựng dự án điện gió Việt Nam - Việc tổng hợp, đánh giá nghiên cứu, mô hình phần tử cho nghiên cứu trình độ điện từ phương pháp phân tích đánh giá QĐA sét WT (WF) luận án sử dụng để đào tạo đội ngũ chuyên gia lĩnh vực bảo vệ chống sét cho WT (WF) Việt Nam - Nghiên cứu xem xét đầy đủ yếu tố khác ảnh hưởng đến QĐA sét hệ thống điện gió luận án gợi ý kỹ thuật quan trọng nhằm hạn chế QĐA sét góp phần nâng cao độ tin cậy, an toàn giảm thiểu thiệt hại kinh kế trình vận hành hệ thống điện gió Việt Nam 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Những đóng góp luận án - Tổng hợp, đánh giá nghiên cứu liên quan điện áp sét bảo vệ chống điện áp sét cho tua bin gió có kết nối với lưới điện - Áp dụng mô hình điện hình học tính toán số lần sét đánh vào tua bin gió điều kiện Việt Nam Xây dựng đường đặc tính xác định số lần sét đánh tua bin gió điển hình lắp đặt điều kiện Việt Nam Kết tính toán sử dụng làm tài liệu tham khảo cho dự án điện gió tương lai Việt Nam - Nghiên cứu điện áp cảm ứng sét đến thiết bị điện điều khiển lắp đặt tua bin gió điển hình sử dụng điều kiện Việt Nam Ảnh hưởng thông số dòng sét, khoảng cách phần tử, điện trở tiếp địa, thiết bị bảo vệ hiệu ứng tích hợp thông số đến trị số điện áp cảm ứng phân tích tính toán nhằm đề xuất cấu hình tốt để giảm thiểu ảnh hưởng điện áp cảm ứng đến thiết bị điện điều khiển tua bin gió - Nghiên cứu điện áp sét lan truyền trang trại điện gió kết nối với lưới điện Tính toán phân tích thông số quan trọng ảnh hưởng đến điện áp sét lan truyền trang trại điện gió dòng điện sét, vị trí sét đánh, cấu hình trang trại điện gió, phương thức nối đất, phần tử bảo vệ chống sét Đề xuất phương thức kết nối tua bin gió, phương thức nối đất, cách thức sử dụng thiết bị bảo vệ chống sét nhằm hạn chế điện áp sét lan truyền trang trại điện gió có kết nối lưới Cấu trúc luận án Luận án trình bày theo cấu trúc sau: - Phần mở đầu trình bày tính cấp thiết đề tài, mục đích đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án - Phần nội dung bao gồm chương: Chương Tổng quan Trình bày vấn đề chung công nghệ điện gió, tình hình phát triển điện gió giới Việt Nam tổng hợp, đánh giá nghiên cứu công bố liên quan đến vấn đề điện áp bảo vệ chống sét cho WT WF để từ lựa chọn hướng nghiên cứu phát triển luận án Chương Xác định số lần sét đánh trực tiếp vào tua bin gió Trên sở nghiên cứu công bố liên quan lý thuyết phương pháp mô hình điện hình học (Electro-Geometrical Method - EGM), tác giả đề xuất phương 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp trung bình hàng năm cho WT điều kiện Việt Nam xét đến đặc thù đầu thu sét gắn cánh địa hình lắp đặt WT Chương Phân tích điện áp cảm ứng sét hệ thống điện điều khiển tua bin gió Trình bày nguyên nhân phát sinh QĐA sét cảm ứng HTĐ&ĐK WT; lựa chọn mô hình phương pháp xác định thông số mô hình phần tử liên quan cho nghiên cứu QĐA sét cảm ứng HTĐ&ĐK WT Mô hình phương pháp xác định thông số mô hình phần tử ứng dụng tính toán cho loại WT điển hình Việt Nam Bằng việc sử dụng phần mềm phân tích độ điện từ ATP/EMTP (Alternative Transients Program/Electromagnetic Transients Program), tác giả tiến hành mô phỏng, đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến QĐA sét cảm ứng HTĐ&ĐK WT điển hình Việt Nam thông số dòng điện sét, điện trở nối đất, khoảng cách lắp đặt đường cáp điện cáp điều khiển so với cột trụ Trên sở đó, tác giả đưa khuyến cáo biện pháp phối hợp bảo vệ chống sét thích hợp cho phần tử HTĐ&ĐK WT Chương Phân tích điện áp sét lan truyền lưới điện trang trại gió Trình bày nguyên nhân phát sinh QĐA sét lan truyền lưới điện WF; lựa chọn mô hình phương pháp xác định thông số mô hình phần tử liên quan cho nghiên cứu phân tích QĐA sét lan truyền lưới điện WF Mô hình phương pháp xác định thông số mô hình phần tử ứng dụng tính toán cho WF điển hình Việt Nam Tiếp đó, tác giả xem xét yếu tố khác đến QĐA sét lan truyền lưới điện WF thông số dòng điện sét, hệ thống nối đất, vị trí sét đánh vào WT khác WF, vị trí sét đánh đường dây không trung áp nối WF với lưới điện hệ thống (hoặc cấp điện cho phụ tải địa phương) cấu hình kết nối WT khác phần mềm ATP/EMTP Trên sở đó, tác giả khuyến cáo biện pháp phối hợp bảo vệ để hạn chế nguy hiểm QĐA sét lưới điện WF Cuối phần kết luận kiến nghị luận án 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ THẾ GIỚI Vào cuối kỷ XIX người bắt đầu sử dụng lượng gió để phát điện Nhà khí tượng học Poul The Mule Cour (Đan Mạch) cho người giới thiết kế chế tạo thành công WT vào năm 1890 dùng cung cấp điện thử nghiệm cho vùng nông thôn Askov Đan Mạch [76] Đến năm 1910, hàng trăm WT sử dụng để cung cấp điện cho nhiều làng mạc Đan Mạch Năm 1925, loại WT hai ba cánh với công suất từ 0,2 ÷ 3kW thương mại thị trường Mỹ Năm 1931, WT có công suất 100kW lắp đặt bờ biển Caspian (Liên Xô cũ) Hàng loạt nước phát triển Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Đức Anh cho xây dựng thử nghiệm nhiều WT giai đoạn năm 1931 đến năm 1941 Từ năm 1941 đến đầu năm 1970, quan tâm phát triển điện gió giới gần bị lãng quên chi phí sản xuất điện từ nguồn lượng gió (12-30 cent/kWh) đắt nhiều so với lượng hóa thạch (3-6 cent/kWh) [76] Cuộc khủng hoảng dầu mỏ giới xảy vào năm 1973 làm cho chi phí nhiên liệu hóa thạch tăng cao Ngoài việc sử dụng lượng gây phát thải nhiều khí gây hiệu ứng nhà kính làm cho trái đất nóng lên gây ô nhiễm nặng nề Năng lượng hạt nhân quan tâm phát triển, nhiên nguồn lượng tiềm ẩn nguy an toàn rò rỉ chất phóng xạ môi trường Vì lý kể trên, công nghệ lượng tái tạo nói chung công nghệ điện gió nói riêng lại tiếp tục hồi sinh cách mạnh mẽ Hình 1.1 cho ta thấy tình hình phát triển công nghệ điện gió từ năm 1987 đến 2013 [6] Nếu năm 1980 nhà sản xuất điện gió hàng đầu giới chế tạo WT thương mại công suất đến 55kW - chiều cao (gồm cánh cột trụ) đến 40m, gần người ta sản xuất WT công suất đến 10MW - chiều cao xấp xỉ 200m 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Hình 1.1 Tình hình phát triển công nghệ điện gió từ năm 1987 đến 2013 [6] 1.1.1 Điện gió nói chung Tính đến năm 2012, có khoảng 100 quốc gia giới đưa vào vận hành hệ thống điện gió với tổng công suất 282.275MW Riêng năm 2012, lắp đặt lượng công suất 44.609MW (tức 580TWh) đáp ứng 3% tổng nhu cầu điện toàn cầu Hình 1.2 biểu đồ tăng trưởng công suất điện gió giới 10 năm gần (2002 - 2012) [37] [93] Hình 1.2 Biểu đồ tăng trưởng công suất điện gió giới giai đoạn 2002 - 2012 Thị phần điện gió giới theo châu lục tính đến năm 2012 tổng hợp biểu đồ hình 1.3 [93] Trong đó, Châu Á chiếm tỷ trọng lớn (36,3%), tiếp sau là: Bắc Mỹ (31,3%), Châu Âu (27,5%), Mỹ La Tinh (3,9%), Châu Đại Dương (0,8%) Châu Phi (0,2%) 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Hình 1.3 Thị phần điện gió giới theo châu lục tính đến năm 2012 Tính đến năm 2012, 24 quốc gia có công suất điện gió 1.000MW, bao gồm 16 quốc gia thuộc Châu Âu, quốc gia thuộc Châu Á - Thái Bình Dương (Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản Úc), quốc gia thuộc Bắc Mỹ (Canada, Mexico, Mỹ) quốc gia thuộc Châu Mỹ Latinh (Brazil) Mười quốc gia phát triển điện gió mạnh mẽ giới tổng hợp biểu đồ hình 1.4 Theo thống kê này, nước có công suất điện gió lớn giới là: Trung Quốc 75,3GW, Mỹ 59,8GW Đức 31GW [93] Hình 1.4 Biểu đồ 10 quốc gia đứng đầu giới công suất điện gió Ở Trung Quốc, riêng năm 2012 lượng điện sản xuất từ gió đạt 100,4 tỷ kWh, chiếm 2% tổng sản lượng điện quốc gia đông dân giới, tăng 1,5 % so với năm 2011 Hiện nay, quốc gia điện gió xếp sau nhiệt điện thủy điện, vượt qua lượng hạt nhân [37] 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Hình 1.5 Dự báo công suất điện gió gió đến 2020 [93] Căn vào tỷ lệ tăng trưởng lượng điện gió năm gần đây, Hiệp hội lượng gió giới (World Wind Energy Association - WWEA) [93] dự báo công suất điện gió toàn cầu đến cuối năm 2020 đạt 1,5 triệu MW (Hình 1.5) 1.1.2 Điện gió khơi Tính đến năm 2012, tổng công suất điện gió khơi lắp đặt giới đạt 5.426,1MW, chiếm 2% tổng công suất điện gió toàn cầu [93] Khoảng 90% lượng gió khơi giới lắp đặt vùng biển thuộc Châu Âu (Đan Mạch, Đức, Bỉ, Ailen, Thụy Điển…) Trung Quốc, lại quốc gia khác như: Mỹ, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Việt Nam,… Hình 1.6 Biểu đồ công suất điện gió khơi quốc gia đứng đầu giới [93] 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Biểu đồ công suất điện gió khơi quốc gia đứng đầu giới (tính đến năm 2012) tổng hợp hình 1.6 [93] Anh quốc gia đứng đầu với 2.947,9MW, sau là: Đan Mạch 921,0MW, Trung Quốc 389,6MW, Bỉ 379,5MW Đức 280,3MW với tổng công suất 4.918,3MW Nếu tính riêng năm 2012, tổng công suất điện gió lắp đặt quốc gia 1.903,5MW, đó: Anh 1.423,3MW, Đan Mạch 63,4MW, Trung Quốc 167,3MW, Bỉ 184,5MW Đức 65,0MW Mục tiêu phát triển điện gió khơi đến năm 2020 số quốc gia giới: Trung Quốc 30GW, Anh 18GW, Đức 10GW, Hàn Quốc 2GW Theo dự báo Hội đồng lượng gió toàn cầu (Global Wind Energy Council - GWEC) [37] công suất điện gió khơi giới đạt mốc 80GW vào năm 2020, Châu Âu chiến tỷ trọng khoảng phần ba, lại quốc gia khác 1.2 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ Ở VIỆT NAM Trước thách thức tình trạng thiếu điện ứng phó với biến đổi khí hậu, Chính phủ Việt Nam xác định rõ mục tiêu phát triển dạng lượng tái tạo giải pháp khả thi nhằm đảm bảo an ninh lượng bảo vệ môi trường Trong lượng gió xem lĩnh vực trọng tâm, Việt Nam xem quốc gia giàu tiềm điện gió khu vực Đông Nam Á 1.2.1 Tiềm điện gió Với chiều dài bờ biển 3.000 km, Việt Nam đánh giá đất nước có tiềm điện gió lớn Bảng 1.1 tổng hợp tiềm khai thác lượng gió độ cao 65m quốc gia Đông Nam Á [85] Bảng 1.1 cho thấy Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ đánh giá có tiềm gió từ “tốt” đến “rất tốt” để xây dựng trạm điện gió cỡ lớn, diện tích Lào 2,9%, Thái Lan Campuchia 0,2% Cũng theo kết nghiên cứu này, tổng tiềm điện gió Việt Nam ước đạt 513.360MW, lớn 200 lần công suất Nhà máy Thủy điện Sơn La, gấp khoảng 20 lần so với tổng công suất đặt tất nguồn điện Việt Nam (khoảng 25.000MW) Tuy nhiên, để chuyển từ tiềm lý thuyết thành tiềm khai thác đến tiềm kỹ thuật cuối thành tiềm kinh tế câu chuyện dài, cần tiếp tục xem xét cách thấu khai thác có hiệu tiềm to lớn điện gió Việt Nam 10 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do [61] Madsen, S.F (2006), “Interaction between electrical discharges and materials for wind turbine blades particularly related to lightning protection” ØrstedDTU, The Technical University of Denmark, Ph.D Thesis, March 2006 [62] Méndez-Hernández Y., Drobnjak G., Claudi A., and Kizilcay M (2011), “An Engineering Approach in Modeling Lightning Effects on Megawatt-class Onshore Wind Turbines Using EMTP and Models”, PIERS Proceedings, Marrakesh, MOROCCO, March 20-23, 2011 [63] Méndez-Hernández Y., Drobnjak G., Claudi A., and Kizilcay M (2011), “An Engineering Approach in Modeling Overvoltage Effects On Wind Parks Caused by Travelling Waves”, International Symposium on High Voltage Engineering, Renewable Energy & Power Systems Laboratory, Garching b Munchen, Germany, August 2011 [64] Muljadi, E., and Butterfield, CP (1994) “Lightning and the Impact on Wind Turbine Generation” IEA R&D Wind, ANNEX XI, 26th Meeting of Experts Lightning Protection of Wind Turbine Generator Systems and EMC Problems in the Associated Control Systems Cologne Monzese, Milan, Italy, March 8-9, 1994 [65] National Renewable Energy Laboratory (NREL), US (2002): “Wind Turbine Lightning Protection Project (1999-2001)”, reported 2002 [66] Nielsen, JO., and Pedersen, AA (1994), “Status Report for the Pilot Project: Lightning protection for Wind Turbines - Especially Non-conducting Wind Turbine Blades” Technical University of Denmark, December 1994 (in Danish) [67] P Pinceti, M Giannettoni (1999), “A simplified model for zinc oxide surge arresters”, IEEE Transactions on Power Delivery 14 (2) 393-398 [68] Petar Sarajčev and Ranko Goić, “A Review of Current Issues in State-of-Art of Wind Farm Overvoltage Protection” Energies 2011 [69] Popolansky F (1990), “Lightning current measurement on high objects in Czechoslovakia”, Proc of the 20th International Conference on Lightning Protection ICLP, Interlaken, report 1.3, 1990 [70] Rakov V.A., Uman, M.A (2003), “Lightning Physics and Effects” Cambridge University Press, 2003, ISBN 521 58327 143 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do [71] Rodrigues R.B., Mendes V.M.F and Catalão J.P.S (2010), “EMTP-RV Analysis of Lightning Surges on Wind Turbines”, International Conference on Renewable Energies and Power Quality, Granada (Spain), 23th to 25th March, 2010 [72] Rodrigues R.B., Mendes V.M.F., Catalão J.P.S (2011), “Direct Lightning Surge Analysis in Wind Turbines using Electromagnetic Transients Computer Program”, Portugal 2011 [73] Rodrigues R.B., Mendes V.M.F., Catalão J.P.S (2012), “Analysis of Transient Phenomena Due to a Direct Lightning Strike on a Wind Energy System”, Energies 2012, 5, 2545-2558 [74] Romero, D.; Montanyà, J.; Candela, A (2004), “Behaviour of the WindTurbines Under Lightning Strikes Including Nonlinear Grounding System”, In Proceedings of the International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’04), Barcelona, Spain, 31 March-2 April 2004 [75] Sarajčev, P.; Goić, R (2010), “An EMTP Model for Lightning Surge Analysis of Wind Farms”, Int Rev Model Simul (IREMOS), (1), 70-81 [76] Sathyajith Mathew (2006), “Wind Energy Fundamentals, Resource Analysis and Economics”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006 [77] Schmid, R (1998), “Investigations on GRP-Rotor Blade Samples of Wind power Plants Regarding Lightning Protection” 24th Int Conf on Lightning Protection, pp 955-959, Birmingham UK, 14th-18th September 1998 [78] Schoene, J., et al., (2005), “Testing of the OBO Bettermann Peak Current Sensor System for Lawrence Livermore National Laboratory” Lawrence Livermore National Laboratory, 2005 [79] Sekioka S., Funabashi T (2009), “A study on insulation coordination of wind turbine generator system and a distribution line (II)”, X International Symposium on Lightning Protection 9th-13th November, 2009 - Curitiba, Brazil [80] Shehab Abdulwadood ALI (2013), “Design of Lightning Arresters for Electrical Power Systems Protection”, Power Engineering and Electrical Engineering Vol: 1, Number: 6, December, 2013 144 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do [81] Shiraishi, Y., T Otsuka, and H Matsuura (2008), “A Study on the Observation of Direct Lightning Current through the Wind Turbine Generator System in the Coast of the Japan Sea” IEEJ Transactions on Power and Energy, 2008 128 (4): p 675-682 [82] Siemens (2012), “Safety and protection for wind turbines”, Germany, 2012 [83] Sørensen, T., et al., (1999), “Lightning Strike Sensor for Power Producing Wind Turbines” European Wind Energy Conference and Exhibition, Nice, France, 1999 [84] T Narita, T Yamada, A Mochizuki, E Zaima, and M Ishii (2000), “Observation of current waveshapes of lightning strokes on transmission towers” IEEE Transactions on Power Delivery., vol 15, no 1, pp 429-435, Jan 2000 [85] The World Bank Asia Alternative Energy Program (2001), “Wind Energy Resource Atlas of Southeast Asia” TrueWind Solutions, LLC Albany, New York, September 2001 [86] V Peesapati, I Cotton, T Sorensen, T Krogh and N Kokkinos (2011), “Lightning protection of wind turbines - a comparison of measured data with required protection levels”, ET Renew Power Gener., 2011, Vol 5, Iss 1, pp 48-57 www.ietdl.org [87] Vahidi B., Alizadeh Mousavi O., Hosseinian S H (2007), “Lightning Overvoltage Analysis in Wind Farm”, TENCON 2007 - 2007 IEEE Region 10 Conference, Taipei, Oct 30 2007-Nov 2007 [88] Vidyadhar Peesapati and Ian Cotton (2009), “Lightning Protection of Wind Turbines - A Comparison Of Lightning Data & IEC 61400-24”, the Supergen V Wind Energy Theme, funded by the Engineering and Physical Sciences Research Council, UK 2009 [89] Vidyadhar Peesapati and Ian Cotton (2009), “Lightning Protection of Wind Turbines - A Comparison Of Real Lightning Strike Data And Finite Element Lightning Attachment Analysis”, the Supergen V Wind Energy Theme, funded by the Engineering and Physical Sciences Research Council, UK 2009 [90] Visacro S, Soares JA, Schroeder LC, Cherchiglia L, de Sousa VJ (2004) “Statistical analysis of lightning current parameters: Measurements at Morro Cachimbo Station” J Geophys Res 2004; 109: 1105-11 145 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xiii Mở đầu 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu luận án Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Những đóng góp luận án Cấu trúc luận án Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ THẾ GIỚI 1.1.1 Điện gió nói chung 1.1.2 Điện gió khơi 1.2 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ Ở VIỆT NAM 10 1.2.1 Tiềm điện gió 10 1.2.2 Các dự án điện gió 11 1.2.3 Chiến lược thúc đẩy phát triển điện gió 14 1.3 CÔNG NGHỆ ĐIỆN GIÓ 14 1.3.1 Cấu tạo WT 14 1.3.2 Kết nối hệ thống điện gió 18 1.4 TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TUA BIN GIÓ 21 1.4.1 Thế giới 21 1.4.2 Việt Nam 26 1.5 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 28 iii 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do 1.5.1 Thông số dòng điện sét 28 1.5.2 Xác định vị trí sét đánh trực tiếp vào WT 31 1.5.3 Xác định số lần sét đánh trực tiếp WT 33 1.5.4 Nghiên cứu QĐA cảm ứng lan truyền HTĐ&ĐK WT WF 34 1.6 KẾT LUẬN 39 Chƣơng XÁC ĐỊNH SỐ LẦN SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TUA BIN GIÓ 41 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 41 2.2 MÔ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC 42 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ LẦN SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TUA BIN GIÓ 44 2.3.1 Phương pháp IEC 44 2.3.2 Phương pháp EGM 45 2.4 XÁC ĐỊNH SỐ LẦN SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TUA BIN GIÓ LẮP ĐẶT TẠI CÁC DỰ ÁN ĐIỆN GIÓ VIỆT NAM 50 2.5 NHẬN XÉT 58 2.6 KẾT LUẬN 61 Chƣơng PHÂN TÍCH QUÁ ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG DO SÉT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA TUA BIN GIÓ 62 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 62 3.2 MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ CHO NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG 63 3.2.1 Cánh WT 64 3.2.2 Vành trượt - chổi than 64 3.2.3 Cột trụ đường cáp cột trụ 65 3.2.4 Hệ thống nối đất WT 68 3.2.5 Nguồn điện sét 68 3.2.6 Chống sét van (CSV) 69 3.3 LỰA CHỌN TUA BIN GIÓ VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH CHO NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG 72 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT CẢM ỨNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA TUA BIN GIÓ 74 3.4.1 QĐA sét cảm ứng HTĐ&ĐK WT không lắp đặt CSV 74 iv 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do 3.4.2 QĐA sét cảm ứng HTĐ&ĐK WT có CSV 76 3.4.3 QĐA sét cảm ứng cách điện cột trụ đường cáp 88 3.5 KẾT LUẬN 91 Chƣơng PHÂN TÍCH QUÁ ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN DO SÉT TRONG LƢỚI ĐIỆN TRANG TRẠI GIÓ .93 4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 93 4.2 MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ CHO NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT LAN TRUYỀN TRONG TRANG TRẠI GIÓ 94 4.2.1 Mô hình cột trụ WT 95 4.2.2 Mô hình máy biến áp 95 4.2.3 Mô hình đường dây tải điện 96 4.2.4 Mô hình hệ thống nối đất 97 4.3 LỰA CHỌN TRANG TRẠI GIÓ VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH CHO NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT LAN TRUYỀN 98 4.3.1 Lựa chọn trang trại gió 98 4.3.2 Kết tính toán thông số mô hình cho nghiên cứu QĐA sét lan truyền WF lựa chọn 101 4.4 PHÂN TÍCH QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT LAN TRUYỀN TRONG TRANG TRẠI GIÓ ĐÃ LỰA CHỌN 103 4.4.1 Khi sét đánh vào WT WF 103 4.4.2 Khi sét đánh vào đường dây trung áp không kết nối WF với hệ thống 112 4.4.3 Quá điện áp sét lan truyền trang trại gió có cấu hình khác 119 4.5 KẾT LUẬN 132 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .134 KẾT LUẬN 134 KIẾN NGHỊ 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 137 CỦA LUẬN ÁN 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 v 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tình hình phát triển công nghệ điện gió từ năm 1987 đến 2013 [6] Hình 1.2 Biểu đồ tăng trưởng công suất điện gió giới giai đoạn 2002 - 2012 Hình 1.3 Thị phần điện gió giới theo châu lục tính đến năm 2012 Hình 1.4 Biểu đồ 10 quốc gia đứng đầu giới công suất điện gió Hình 1.5 Dự báo công suất điện gió gió đến 2020 [93] .9 Hình 1.6 Biểu đồ công suất điện gió khơi quốc gia đứng đầu giới [93] H nh WF Tuy Phong, Bình Thuận [11] 12 H nh WF huyện đảo Phú Quý, Bình Thuận [10] 12 H nh WF biển Bạc Liêu [11] 13 Hình 1.10 Phân loại WT [6] 14 Hình 1.11 Cấu tạo WT loại trục ngang (HAWT) [39] .15 Hình 1.12 Cấu tạo cánh WT [6] 16 Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý kết nối lưới WT sử dụng loại máy phát SCIG 18 Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý kết nối lưới WT sử dụng loại máy phát DFIG 19 Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý kết nối lưới WT sử dụng loại máy phát PMSG 19 H nh WF đất liền Helpershain Ulrichstein - Helpershain, Đức [6] 21 H nh WF khơi Middelgrunden, Đan Mạch [82] 21 Hình 1.18 Biểu đồ tỷ lệ hư hỏng phần tử WT sét 22 Hình 1.19 Các phương án bố trí phận thu sét cánh WT [43] 22 Hình 1.20 Mô hình cầu lăn xác định vùng sét đánh vào WT [43] 24 Hình 1.21 Các vùng bảo vệ theo phần tử WT [43] 25 Hình 1.22 Vị trí lắp đặt SPD (CSV) cho phần tử (trong thùng, cột trụ chân cột trụ) HTĐ&ĐK WT theo vùng bảo vệ khác [43] 25 Hình 1.23 Đường dẫn dòng điện sét WT xuống hệ thống nối đất [43] [45] 26 Hình 1.24 Đường dẫn sét từ cánh qua vành trượt - chổi than xuống nối đất WT [45] 27 Hình 1.25 Vị trí lắp đặt CSV bảo vệ chống QĐA sét cảm ứng lan truyền cho phần tử, thiết bị WT 1,5 ÷ 2MW [58] hay sử dụng Việt Nam 27 Hình 1.26 Xác suất tích lũy biên độ dòng điện phóng điện sét hướng xuống 29 Hình 1.27 Xác suất tích lũy thời gian đầu sóng dòng sét phóng điện hướng xuống đợt đầu cực tính âm [16] 30 vi 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Hình 1.28 Xác định điểm sét đánh WT [60] 31 a) Cánh vị trí 300 so với trục hoành; b) Cánh vị trí 600 so với trục hoành .31 Hình 1.29 Mô hình thực nghiệm xác định điểm sét đánh WT [21] 32 Hình 2.1 Mô hình điện hình học .42 Hình 2.2 Diện tích thu hút sét tương đương WT mặt đất theo phương pháp IEC 44 Hình 2.3 Diện tích thu sét tương đương WT mặt đất theo phương pháp EGM .46 Hình 2.4 Chiều cao WT phụ thuộc vị trí góc quay cánh 47 Hình 2.5 Lưu đồ thuật toán xác định số lần sét đánh trực tiếp WT theo phương pháp EGM50 Hình 2.6 Bản đồ mật độ sét Việt Nam [13] .52 Hình 2.7 Số lần sét đánh trực tiếp WT có chiều cao khác theo mật độ sét Việt Nam 53 Hình 2.8 Mối quan hệ chiều cao WT với số lần sét đánh (cùng mật độ sét Ng = 3,4) 58 Hình 2.9 So sánh số lần sét đánh trực tiếp vào WT có công suất (ứng với kích thước) mật độ sét khác theo phương pháp IEC EGM 59 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí phần tử (a) hệ thống bảo vệ chống sét (b) WT 62 Hình 3.2 Vành trượt - chổi than dẫn dòng điện sét từ cánh qua cột trụ xuống hệ thống nối đất WT hãng Schunk (a) hãng Vestas (b) .64 Hình 3.3 Mô hình mạch tương đương đường dẫn dòng sét qua cột trụ WT 65 Hình 3.4 Chú thích kích thước cột trụ WT [64] .67 Hình 3.5 Mô hình nguồn điện sét 68 Hình 3.6 Mô hình CSV theo IEEE 70 Hình 3.7 Mô hình CSV theo Pianceti - Gianettoni 71 Hình 3.8 Cấu tạo loại cáp đồng trục [41] 72 Hình 3.9 Dạng sóng dòng điện sét sử dụng mô 74 Hình 3.10 Phân bố điện điểm: đầu (mầu đỏ), (mầu xanh cây) điểm cuối (mầu xanh dương) đường cáp điện (tính từ đỉnh xuống chân cột trụ) .75 Hình 3.11 Phân bố điện điểm: đầu (mầu đỏ), (mầu xanh cây) điểm cuối (mầu xanh dương) đường cáp điều khiển (tính từ đỉnh xuống chân cột trụ) 75 Hình 3.12 Sóng QĐA cảm ứng cách điện hai đầu đường cáp điện cáp điều khiển 76 Hình 3.13 Đường đặc tính V-A CSV lắp đặt hai đầu đường cáp điện .77 Hình 3.14 Đường đặc tính V-A CSV lắp đặt hai đầu đường cáp điều khiển 77 vii 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Hình 3.15 So sánh điện cảm ứng đầu đường cáp điện phía đỉnh (a) phía chân (b) cột trụ không lắp đặt (mầu đỏ) lắp đặt CSV (mầu xanh cây) 78 Hình 3.16 So sánh điện cảm ứng đầu đường cáp điều khiển phía đỉnh (a) phía chân (b) cột trụ không lắp đặt (mầu đỏ) lắp đặt CSV (mầu xanh cây) .79 Hình 3.17 So sánh QĐA sét cảm ứng tác động lên cách điện cáp điều khiển phía đỉnh (a) phía chân (b) cột trụ không lắp đặt (mầu đỏ) lắp đặt CSV (mầu xanh cây) .81 Hình 3.18 So sánh QĐA sét cảm ứng cách điện cáp điện phía đỉnh (mầu đỏ) chân cột trụ (mầu xanh cây) 82 Hình 3.19 So sánh QĐA sét cảm ứng cách điện cáp điều khiển phía đỉnh (mầu đỏ) chân cột trụ (mầu xanh cây) 82 Dạng sóng dòng điện phóng qua CSV lắp đặt đầu (phía đỉnh cột trụ) CSV lắp đặt cuối (phía chân cột trụ) đường cáp điện so sánh hình 3.20a, đường cáp điều khiển hình 3.20b Trong đó, mầu đỏ dòng điện phóng qua CSV lắp đặt đầu, mầu xanh dòng điện phóng qua CSV lắp đặt cuối đường cáp điện cáp điều khiển 83 Hình 3.20 Dòng điện qua CSV lắp đặt hai đầu cáp điện (a) cáp điều khiển (b) 84 Hình 3.21 Biên độ QĐA sét cảm ứng lớn cách điện cáp phía đỉnh cột trụ 84 theo trị số điện trở nối đất 84 Hình 3.22 Biên độ QĐA sét cảm ứng lớn cách điện cáp phía chân cột trụ 85 theo trị số điện trở nối đất 85 Hình 3.23 Biên độ QĐA sét cảm ứng lớn cách điện đường cáp phía đỉnh cột trụ theo biên độ dòng điện sét khác 86 Hình 3.24 Biên độ QĐA sét cảm ứng lớn cách điện đường cáp phía chân cột trụ theo biên độ dòng điện sét khác 86 Hình 3.25 Biên độ QĐA sét cảm ứng lớn cách điện cáp phía đỉnh chân cột trụ theo thời gian đầu sóng dòng điện sét 87 Hình 3.26 Sóng QĐA sét cảm ứng phân bố cách điện cột trụ với cáp điện (a) cáp điều khiển (b) từ đỉnh xuống chân cột trụ 88 Hình 3.27 Sơ đồ thuật toán xác định khoảng cách an toàn lắp đặt đường cáp so với cột trụ 90 Hình 4.1 Một mô hình WF nối lưới tiêu biểu 93 Hình 4.2 Mô hình MBA 95 Hình 4.3 Sơ đồ thay điện cực nối đất chôn nằm ngang .97 Hình 4.4 Mô hình WF tỉnh Ninh Thuận 99 Hình 4.5 Mô hình mô WF tỉnh Ninh Thuận EMTP 100 viii 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Hình 4.6 Đặc tính V-A CSV hạ áp (0,69kV) 102 Hình 4.7 Đặc tính V-A CSV trung áp (22kV) 103 Hình 4.8 Sóng QĐA (pha A) phía cao áp MBA WT1 đến WT5 104 Hình 4.9 Sóng QĐA (pha A) phía hạ áp máy biến áp WT1 đến WT5 .104 Hình 4.10 Sóng QĐA phía cao áp MBA WT1 theo ba giá trị thời gian đầu sóng dòng điện sét: 1,2μs, 5μs 10μs (cùng biên độ 30kA) 105 Hình 4.11 Sóng QĐA phía hạ áp MBA WT1 theo ba giá trị thời gian đầu sóng dòng điện sét: 1,2μs, 5μs 10μs (cùng biên độ 30kA) 105 Hình 4.12 Sóng QĐA phía cao áp MBA WT1 theo trị số điện trở nối đất 106 Hình 4.13 Sóng QĐA phía hạ áp MBA WT1 theo trị số điện trở nối đất .107 Hình 4.14 Biên độ QĐA phía cao áp hạ áp MBA WT1 theo trị số điện trở nối đất 107 Hình 4.15 So sánh sóng QĐA phía cao áp MBA WT1 theo hình thức nối đất độc lập (1) nối đất chung (2) 108 Hình 4.16 Sóng QĐA phía cao áp MBA WT2 đến WT5 theo hình thức nối đất độc lập (1) nối đất chung (2), a) WT2, b) WT3, c) WT4 d) WT5 108 Hình 4.17 Sóng QĐA phía hạ áp MBA WT1 theo hình thức nối đất độc lập (1) hình thức nối đất chung (2) 109 Hình 4.18 Sóng QĐA phía hạ áp MBA WT2 đến WT5 theo hình thức nối đất độc lập (mầu đỏ) nối đất chung (mầu xanh), a) WT2, b) WT3, c)WT4 d) WT5 110 Hình 4.19 Sóng QĐA phía cao áp MBA WT1 đến WT5 sét vào WT 111 Hình 4.20 Sóng QĐA phía hạ áp MBA WT1 đến WT5 sét đánh vào WT 111 Hình 4.21 Dòng phóng điện qua CSV phía cao áp MBA WT1 đến WT5 sét đánh vào WT 112 Hình 4.22 QĐA (pha A) phía cao áp MBA WT1 theo vị trí sét đánh vào đường dây không treo DCS: (1) mầu đỏ, (2) mầu xanh (3) màu xanh dương 113 Hình 4.23 QĐA (pha A) phía hạ áp MBA WT1 theo vị trí sét đánh đường dây không treo DCS: (1) mầu đỏ, (2) mầu xanh (3) màu xanh dương 113 Hình 4.24 So sánh QĐA (pha A) phía hạ áp (mầu nâu đỏ) cao áp (mầu xanh dương) MBA WT1 theo vị trí sét đánh đường dây không treo DCS: (1), (2) (3) 113 Hình 4.25 Sóng QĐA phía cao áp MBA WT1 đến WT5 114 Hình 4.26 Sóng QĐA phía hạ áp MBA WT1 đến WT5 114 Hình 4.27 QĐA (pha A) phía cao áp MBA WT1 sét đánh vào DCS theo vị trí: (1) mầu đỏ, (2) mầu xanh (3) màu xanh dương 115 ix 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Hình 4.28 QĐA (pha A) phía hạ áp MBA WT1 sét đánh vào DCS theo vị trí: (1) mầu đỏ, (2) mầu xanh (3) màu xanh dương 115 Hình 4.29 So sánh biên độ QĐA (pha A) phía hạ áp (mầu nâu đỏ) cao áp (mầu xanh dương) MBA WT1 sét đánh vào DCS theo vị trí (1), (2) (3) 116 Hình 4.30 So sánh sóng QĐA (pha A) phía cao áp (a) hạ áp (b) MBA WT1 sét đánh vào đường dây treo không treo DCS vị trí (1) 117 Hình 4.31 So sánh sóng QĐA (pha A) phía cao áp MBA WT1 trường hợp đường dây không không DCS, có DCS (i) có DCS kết hợp CSV (ii) 118 Hình 4.32 So sánh sóng QĐA (pha A) phía hạ áp MBA WT1 trường hợp đường dây không không DCS, có DCS (i) có DCS kết hợp CSV (ii) 118 Hình 4.33 Cấu hình A 120 Hình 4.34 Cấu hình B 121 Hình 4.35 Cấu hình C 122 Hình 4.36 Cấu hình D 122 Hình 4.37 QĐA phía cao áp (a) phía hạ áp (b) sét đánh vào WT1 theo cấu hình khác .126 Hình 4.38 QĐA phía cao áp (a) phía hạ áp (b) sét đánh vào WT2 theo cấu hình khác .126 Hình 4.39 QĐA phía cao áp (a) phía hạ áp (b) sét đánh vào WT3 theo cấu hình khác .126 Hình 4.40 QĐA phía cao áp (a) phía hạ áp (b) sét đánh vào WT4 theo cấu hình khác .127 Hình 4.41 QĐA phía cao áp (a) phía hạ áp (b) sét đánh vào WT5 theo cấu hình khác .127 Hình 4.42 So sánh biên độ QĐA phía cao áp MBA WT1 đến WT5 sét đánh vào WT này, dòng sét 30kA (1,2/50μs) theo cấu hình khác 128 Hình 4.43 So sánh biên độ QĐA phía hạ áp MBA WT1 đến WT5 sét đánh vào WT này, dòng sét 30kA (1,2/50μs) theo cấu hình khác 128 Hình 4.44 QĐA phía cao áp (a) phía hạ áp (b) sét đánh vào đường dây 22kV kết nối WF với lưới hệ thống theo cấu hình khác .130 Hình 4.45 QĐA phía cao áp phía hạ áp MBA WT1 đến WT5 sét đánh vào đường dây 22kV kết nối WF với lưới hệ thống theo cấu hình khác 131 x 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Tiềm khai thác lượng gió quốc gia Đông Nam Á [85] 11 Bảng Đường dẫn sét WT theo phương án bố trí thu sét cánh [43] .23 Bảng Quy định tiết diện tối thiểu đầu thu đường dẫn cánh WT [43] 23 Bảng Định nghĩa vùng bảo vệ chống sét (LPZs) WT [43] 23 Bảng Xác suất xuất biên độ dòng điện sét phóng điện hướng xuống [43] .29 Bảng Xác suất sét đánh vào điểm đánh dấu WT 31 Bảng 2.1 Hệ số A, b theo đề xuất tác giả khác [14] 43 Bảng 2.2 Khu vực, số lượng công suất dự án điện gió đăng ký Việt Nam [9] .51 Bảng 2.3 WT có công suất kích thước khác [40] 53 Bảng 2.4 Số lần sét đánh trực tiếp vào WT theo gia tăng kích thước WT (so với V29) 54 Bảng 2.5 Số lần sét đánh trực tiếp WT điển hình dự án điện gió đăng ký Việt Nam 55 Bảng 2.6 Năm mốc mật độ sét tiêu biểu khu vực dự án điện gió đăng ký 56 Bảng 2.7 Số lần sét đánh WT có kích thước khác theo mật độ sét tiêu biểu khu vực dự án điện gió đăng ký 57 Bảng 2.8 So sánh số lần sét đánh trực tiếp vào WT phương pháp EGM IEC 60 Bảng 3.1 Các thông số đoạn mô hình mạch hình 3.3 .66 Bảng 3.2 Đặc điểm thông số phần tử WT loại 1,5MW điển hình Việt Nam 72 Bảng 3.3 Kết lựa chọn tính toán thông số mô hình phần tử - thiết bị liên quan cho nghiên cứu QĐA sét cảm ứng HTĐ&ĐK WT 73 Bảng 3.4 Kết so sánh điện lớn hai đầu đường cáp 80 không lắp đặt lắp đặt CSV .80 Bảng 3.5 So sánh biên độ QĐA sét cảm ứng lớn cách điện đầu đường cáp phía đỉnh chân cột trụ 83 Bảng Trị số điện dung ký sinh điển hình MBA theo dung lượng [28] .96 Bảng 4.2 Lựa chọn mô hình kết tính toán thông số mô hình phần tử 101 Bảng 4.3 Thông số mô hình cáp hạ áp 0,69kV ATP/EMTP 102 xi 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do Bảng 4.4 Thông số mô hình cáp ngầm trung áp 22kV ATP/EMTP 102 Bảng 4.5 Thông số mô hình đường dây không trung áp 22kV ATP/EMTP 102 Bảng 4.6 So sánh QĐA truyền vào phía cao áp hạ áp MBA WT1 theo biện pháp (i) (ii) so với đường dây không treo DCS (0) 119 Bảng 4.7 QĐA lớn phía cao áp MBA sét đánh WT1 đến WT5 - cấu hình A 123 Bảng 4.8 QĐA lớn phía hạ áp MBA sét đánh WT1 đến WT5 - cấu hình A .124 Bảng 4.9 QĐA lớn phía cao áp MBA sét đánh WT1 đến WT5 - cấu hình B 124 Bảng QĐA lớn phía hạ áp MBA sét đánh WT1 đến WT5 - cấu hình B 124 Bảng QĐA lớn phía cao áp MBA sét đánh WT1 đến WT5 - cấu hình C 124 Bảng QĐA lớn phía hạ áp MBA sét đánh WT1 đến WT5 - cấu hình C 125 Bảng QĐA lớn phía cao áp MBA sét đánh WT1 đến WT5 - cấu hình D 125 Bảng 4 QĐA lớn phía hạ áp MBA sét đánh WT1 đến WT5 - cấu hình D 125 Bảng QĐA lớn phía cao áp MBA sét đánh đường dây không 22kV kết nối WF với lưới hệ thống theo cấu hình 129 Bảng QĐA lớn phía hạ áp MBA sét đánh đường dây không 22kV kết nối WF với lưới hệ thống theo cấu hình 129 xii 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nguyên nghĩa ATP/EMTP Phần mềm mô trình độ điện từ (Alternative Transients Program / Electromagnetic Transients Program) CSV Chống sét van BIL Mức điện áp xung (Basic Impulse Level) DFIG Máy phát không đồng rotor dây quấn dạng nguồn kép (Double Fed Induction Generator) DCS Dây chống sét EGM Mô hình điện hình học (Electro-Geometrical Method) HAWT HTĐ HTĐ&ĐK Tua bin gió kiểu trục ngang (Horizontal Axis Wind Turbines) Hệ thống điện Hệ thống điện điều khiển IEC Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (International Electrotechnical Commission) IEEE Viện kỹ sư điện điện tử quốc tế (Institute of Electrical and Electronics Engineers) QĐA Quá điện áp sét (Lightning Overvoltage) MBA Máy biến áp MPĐ Máy phát điện PMSG Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet Synchoronous Generator) SCIG Máy phát điện không đồng rotor lồng sóc (Squirrel Cage Induction Generator) TĐ Tủ điện TĐK Tủ điều khiển TBĐ Thiết bị điện TBĐK Thiết bị điều khiển VAWT Tua bin gió kiểu trục đứng (Vertical Axis Wind Turbines) WF Trang trại gió (Wind Farm) WRIG Máy phát điện không đồng rotor dây quấn (Wound Rotor Induction Generator) WRSG Máy phát điện đồng rotor dây quấn (Wound Rotor Synchoronous Generator) WT Tua bin gió (Wind Turbine) xiii 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123do [91] Vladimir A Rakov (2012), “Lightning Discharge and Fundamentals of Lightning Protection”, Journal of Lightning Research, 2012, 4, (Suppl 1: M2) 3-11 [92] Vladimir A Rakov and Farhad Rachidi (2009), “Overview of Recent Progress in Lightning Research and Lightning Protection”, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol 51, No 3, August 2009 [93] World Wind Energy Association WWEA (2013), “World Wind Energy Report 2012”, 12th World Wind Energy Conference & Renewable Energy Exhibition, 3-5 June 2013, Havana, Cu ba [94] Yamamoto K., Noda T., Yokoyama S and Ametani A (2007), “Experimental and Analytical Studies of Lightning Overvoltages in Wind Turbine Generation Systems”, Presented at the International Conference on Power Systems Transients (IPST’07) in Lyon, France on June 4-7, 2007 [95] Yasuda Y and Funabashi T (2004), “Lightning analysis on wind farm Sensitivity analysis on earthing” In Proc 27th Int Conf Lightning Protection, Sep 2004, pp.1041-1046 [96] Yasuda Y and Funabashi T (2007), “Analysis on Back-Flow Surge in Wind Farms”, Presented at the International Conference on Power Systems Transients (IPST’07) in Lyon, France on June 4-7, 2007 [97] Yasuda Y and Funabashi T (2004), “Transient analysis on wind farm suffered from lightning” In Proc 39th Univ Power Eng Conf., Sep 2004 [98] Yasuhiro Shiraishi, T Otsuka (2006), “Direct measurement of lightning current through a wind turbine generator structure” Electrical Engineering in Japan, 2006 157(4): p 40-47 [99] Yoh Yasuda, Naoki Uno, Hayato Kobayashi and Toshihisa Funabashi (2008), “Surge Analysis on Wind Farm When Winter Lightning Strikes”, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol 23, No 1, March 2008 [100] Yoshinori Ueda, Shinji Arinaga, Mitsuyoshi Fukuda, Nobuki Iwai, Takatoshi Matsushita and Kosuke Inoue (2007), “Measurement Experience of Lightning Currents to Wind Turbines”, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd Technical Review Vol 44 No 4, Japan Dec, 2007 [101] Zhao Hai-xiang, Wang Xiao-rong (2004), “Overvoltage analysis of wind turbines due to lightning stroke” Power System Technology; Vol 28 No 4; Feb 2004 146 [...]... qua 23 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn12 3do Vùng bên trong LPZ1 Vùng dòng điện sét truyền đã được phân chia hạn chế bằng các thiết bị bảo vệ chống sét (Surge Protective Devices - SPDs hay Chống sét van - CSV) Điện từ trường sét trong không gian bảo vệ có thể suy giảm LPZ2 Vùng dòng điện sét truyền tiếp tục được phân chia hạn chế bằng các thiết bị bảo vệ chống sét (CSV)... đánh vào đầu thu sét đặt trên đầu cánh, dòng điện sét được dẫn qua: vật dẫn đặt trong cánh, vành trượt - chổi than, cột trụ và xuống hệ thống nối đất (Hình 1.24) 26 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn12 3do Hình 1.24 Đường dẫn sét từ cánh qua vành trượt - chổi than xuống nối đất của WT [45] b) Bảo vệ chống sét cảm ứng và lan truyền Để bảo vệ QĐA sét cảm ứng và lan truyền cho. .. cấp và thứ cấp của MBA), MPĐ và lan truyền trong lưới điện WF - Phóng điện có thể xảy ra ở lớp không khí giữa đường dẫn sét trong cột trụ sang đường cáp điện gần đó, làm cho dòng điện sét chạy thẳng vào hệ thống điện của WT và lan truyền trong lưới điện WF Các nghiên cứu đã công bố liên quan đến vấn đề này được tổng hợp, đánh giá dưới đây: Yasuda và Funabashi [95] [96] [97] [99] phân tích QĐA sét trong. .. (bơm dòng sét vào thùng) không có sự sai khác đáng kể - Sự gia tăng điện áp V11 đến V14 phụ thuộc rất lớn vào trị số điện trở nối đất và thời gian đầu sóng của dòng điện sét, đặc biệt là trị số điện trở nối đất b Nghiên cứu QĐA sét lan truyền trong lưới điện WF Nguyên nhân gây ra QĐA sét lan truyền nguy hiểm trong lưới điện WF có thể do: i) sét đánh trực tiếp vào WT hoặc ii) sét đường dây trung áp trên... bơm vào cánh (A) và dòng sét được bơm vào thùng (B) của WT trong các trường hợp điện trở nối đất của WT là 0Ω, 9,4Ω và 20Ω Các điện áp: giữa cột trụ với lõi cáp (V11), giữa cột trụ với lớp kim loại bảo vệ cáp (V12) và giữa lõi và lớp kim loại bảo vệ cáp (V14) được các tác giả đo lường, so sánh chi tiết và chỉ ra rằng: - Biên độ điện áp V11 đến V14 trong hai trường hợp A (bơm dòng sét vào cánh) và B... trụ) trong HTĐ&ĐK của WT theo các vùng bảo vệ [43] Hình 1.22 Vị trí lắp đặt SPD (CSV) cho các phần tử (trong thùng, trong cột trụ và dưới chân cột trụ) trong HTĐ&ĐK của WT theo các vùng bảo vệ khác nhau [43] 25 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn12 3do 1.4.2 Việt Nam Để tìm hiểu hệ thống bảo vệ chống sét cho các WT, tác giả đã tìm hiểu hồ sơ thiết kế một số dự án điện gió đã,... kỹ thuật điện quốc tế (International Electrotechnical Commission - IEC) đã đánh giá tổng hợp và đưa ra bản báo cáo kỹ thuật IEC/TR61400-24 [45]khuyến cáo thực hiện các biện pháp bảo vệ chống sét cho WT Năm 2010, IEC công bố tiêu chuẩn chính thức áp dụng bảo vệ chống sét cho WT là IEC 61400-24 [43] quy định cụ thể các biện pháp bảo vệ chống sét cho từng phần tử của WT Ví dụ để bảo vệ chống sét cho cánh... dòng điện sét truyền qua Vùng này được chia thành 2 vùng LP0A và LP0B dưới đây LPZ0A Vùng chịu phóng điện sét trực tiếp và toàn bộ điện từ trường sét Các hệ thống bên trong có thể phải chịu toàn bộ hoặc một phần dòng điện sét truyền qua LPZ0B Vùng được bảo vệ chống lại phóng điện sét trực tiếp nhưng phải chịu toàn bộ điện từ trường sét Các hệ thống bên trong có thể phải chịu một phần dòng điện sét truyền. .. [16] [18] cho thấy: - Phóng điện sét trong tự nhiên chủ yếu là từ đám mây hướng xuống công trình dưới mặt đất (phóng điện sét hướng xuống) Đối với công trình cao trên 100m, đôi khi còn xuất hiện thêm phóng điện sét hướng lên Tuy nhiên, biên độ dòng điện trong phóng điện sét hướng xuống lớn hơn nhiều so với phóng điện sét hướng lên Vì vậy, trong các nghiên cứu bảo vệ chống quá điện áp do sét cho các công... [19] [61] cũng cho ta thấy rằng, sét đánh vào WT chủ yếu tập trung vào cánh và đặc biệt là phía đầu cánh Các nghiên cứu nhằm xác định vị trí sét đánh vào WT góp phần đáng kể trong việc thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các WT trong những năm qua và đã được cụ thể hóa trong tiêu chuẩn IEC 61400-24 [43] 32 23doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn123doc.vn12 3do 1.5.3 Xác ... nghiên cứu liên quan điện áp sét bảo vệ chống điện áp sét cho tua bin gió có kết nối với lưới điện - Áp dụng mô hình điện hình học tính toán số lần sét đánh vào tua bin gió điều kiện Việt Nam... pháp phối hợp bảo vệ chống sét thích hợp cho phần tử HTĐ&ĐK WT Chương Phân tích điện áp sét lan truyền lưới điện trang trại gió Trình bày nguyên nhân phát sinh QĐA sét lan truyền lưới điện WF; lựa... bảo vệ chống sét Đề xuất phương thức kết nối tua bin gió, phương thức nối đất, cách thức sử dụng thiết bị bảo vệ chống sét nhằm hạn chế điện áp sét lan truyền trang trại điện gió có kết nối lưới