điều khiển điện áp trong hệ thống điện

Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN Vai trò của hệ thống điều chỉnh kích từ Vai trò của hệ thống điều chỉnh kích từ  Giúp điều khiển ổn định điện áp đầu cực máy phát điện, điệ

Trang 1

ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Trang 2

Tháng 12/2014 TS Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN

Trang 3

Mục đích điều chỉnh điện áp

 Tổn hao CSPK theo mức mang tải của đường dây truyền tải

2

Trang 4

Các phương tiện phát và tiêu thụ CSPK

Trang 5

Máy phát điện

4

Trang 6

Vai trò của hệ thống điều chỉnh kích từ

 Giúp điều khiển ổn định điện áp (đầu cực máy phát điện, điện áp

thanh cái cao áp …)

 Nâng cao ổn định cho hệ thống điện

5

Trang 7

Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy phát điện

6

Trang 8

Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh kích từ

7

Trang 9

Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh kích từ

 Máy phát kích từ: Cung cấp dòng điện một chiều cho cuộn dây kích từ của máy phát chính

 Bộ phận điều chỉnh: Điều chỉnh dòng điện/điện áp cấp cho cuộn kích từ

 Bộ phận đo lường và bù dòng tải: Đo lường giá trị điện áp (đầu cực máy phát), so sánh với giá trị đặt Thực hiện bù theo dòng tải (nếu cần)

 Bộ phận ổn định các dao động công suất (power system stabilizer)

 Các bộ phận bảo vệ: Bảo vệ quá kích thích, thiếu kích thích, v.v

8

Trang 10

Trang 11

Hệ thống kích từ sử dụng máy phát xoay chiều

 Máy phát kích từ xoay chiều Dòng điện một chiều được tạo ra nhờ

hệ thống chỉnh lưu

10

Trang 12

Kích từ không chổi than

 Máy phát kích từ và bộ phận chỉnh lưu quay đồng trục với máy phát chính

11

Trang 14

Ví dụ: Hệ thống kích từ NMTĐ Hòa Bình

13

Trang 16

Các chức năng điều khiển/bảo vệ

15

Trang 17

Các chức năng điều khiển/bảo vệ

 Chức năng điều khiển AC regulator, DC regulator

Trang 18

Giới hạn công suất phát của máy phát điện

 Khả năng phát công suất máy phát bị giới hạn bởi các điều kiện

phát nóng dây quấnstator, phát nóng rotor, công suất tuabin, giới

hạn ổn định, phát nóng cực từ …

17

Trang 19

 Giới hạn thiếu kích thích do phát nóng cực từ

18

Trang 20

 Giới hạn quá kích thích

Trang 21

 Giới hạn phát nóng cuộn dây stator

Trang 22

 Ảnh hưởng của điện áp làm việc lên khả năng phát công suất

21

Trang 23

 Ảnh hưởng của chế độ làm mát lên khả năng phát công suất

22

Trang 24

 Đặc tính V-curve

23

Trang 25

Bù sụt giảm điện áp

 Hệ thống kích từ có thể điều chỉnh điện áp tại thanh cái cao áp,

hoặc tại một điểm trong hệ thống, nhờ cơ chế bù sụt giảm điện áp

24

Trang 26

Bảo vệ thiếu kích thích (UEL)

định, hoặc phát nóng stator

25

Trang 28

Bảo vệ quá kích thích (OEL)

C50.13

27

Trang 29

Bảo vệ V/Hz

thích do điện áp tăng / tần số giảm

gian cho phép

28

Trang 30

Thiết bị PSS

nhanh

điện

29

Trang 31

Các chế độ vận hành của hệ thống kích từ

 Duy trì điện áp (AVR)

 Điện áp được duy trì không đổi

 Là chế độ được sử dụng phổ biến

 Chế độ duy trì hệ số công suất

 Điều khiển Q tỉ lệ với P

 Sử dụng với một số tổ máy công suất nhỏ

 Chế độ duy trì công suất phản kháng

 Q của máy phát được duy trì không đổi (Chạy bù)

 Chế độ điều khiển bằng tay (manual excitation)

30

Trang 32

Mô hình hóa hệ thống kích từ

 Hằng số thời gian đáp ứng của máy phát khi không tải: Td0’

 Efd: Điện áp đưa vào cuộn kích từ

 Et: Điện áp đầu cực máy phát

31

Trang 33

Mô hình máy phát một chiều

32

Trang 34

Mô hình máy phát một chiều

33

Trang 35

Mô hinh máy phát xoay chiều

34

Trang 36

Trang 37

Mô hình bảo vệ thiếu kích thích

36

Trang 38

Mô hình bảo vệ quá kích thích

37

Trang 39

Một số sơ đồ cơ bản (IEEE Std 421.5

Một số sơ đồ cơ bản (IEEE Std 421.5 2005)2005)

 Kích từ sử dụng máy phát một chiều (DC1A)

38

Trang 40

 Kích từ sử dụng máy phát xoay chiều (AC4A)

39

Trang 41

 Kích từ tĩnh (ST1A)

40

Trang 42

Một số câu hỏi

ưu điểm gì ?

hiện như thế nào

máy phát sẽ khởi động / tác động

công suất, giữ CSPK có thể được dùng trong những chế độ làm việc nào?

41

Trang 43

Điều khiển đầu phân áp MBA

tải

42

Trang 44

gian đủ lâu

43

Trang 45

 Duy trì điện áp tại nút phụ tải (MBA hạ áp)

 Góp phần điều chỉnh điện áp nút cao áp của NMĐ (MBA tăng áp)

 Công suất phụ tải phụ thuộc (trong ngắn hạn) vào điện áp

 Sử dụng đầu phân áp điều chỉnh dưới tải cho phép khôi phục điện

áp phụ tải, và công suất phụ tải nhanh chóng

44

Trang 46

 OLTC có tác dụng phân bố lại CSPK trên các đường dây

 Chỉ có tác dụng nếu hệ thống còn dự trữ CSPK

 Khi điện áp sụt thấp, các OTLC của các MBA nối với cùng một

đường dây truyền tải có thể tác động theo dây chuyền

45

Trang 47

Hiện tượng sụp đổ điện áp (voltage collapse)

 HTĐ đang vận hành trong tình trạng nặng tải, thiếu hụt CSPK

 Sự cố dẫn đến cắt điện thêm một đường dây tải điện quan trọng, làm sụt

áp tăng Tổn thất CSPK trong HTĐ tăng

 Điện áp sụt giảm làm cho công suất của phụ tải sụt giảm (tạm thời)

 Tác động của hệ thống OLTC và bản thân sự tự phục hồi của tải làm cho sụt áp tăng trở lại

 Hệ thống OLTC lại tiếp tục làm việc, phục hồi điện áp ở các nút tải, điện

áp trên lưới truyền tải điện tiếp tục giảm CSPK của các máy phát tiếp tục tăng

 Quá trình dẫn đến quá tải kích từ các máy phát: Hệ thống bảo vệ cắt kích

từ, thậm chí cắt máy phát

46

Trang 48

Hiện tượng sụp đổ điện áp (voltage collapse)

Khi điện áp trên lưới truyền tải giảm quá thấp

 Các rơ le bảo vệ có thể tác động: Bảo vệ quá dòng, bảo vệ khoảng cách (do chồng lấn tải)

 Các máy phát có thể bị mất đồng bộ và bị cắt ra khỏi hệ thống

 Sự tác động của các rơ le bảo vệ làm chia tách HTĐ, có thể dẫn đến tình trạng rã lưới

47

Trang 49

 Khi HTĐ mất khả năng điểu chỉnh điện áp tại một khu vực

– Máy phát bị cắt ra do sự cố

– Máy phát bị hết giới hạn CSPK

– Các tụ bù / SVC không được đóng kịp thời

 Điện áp tại khu vực thiếu CSPK sẽ giảm thấp, có thể dẫn đến rơ le tác động (tùy theo đáp ứng của phụ tải theo điện áp)

– Rơ le quá dòng điện

– Rơ le khoảng cách (chồng lấn tải)

– Các rơ le bảo vệ máy phát (khi xảy ra mất đồng bộ)

48

Sụp đổ điện áp

Trang 50

 Khả năng phát CSPK vượt quá giới hạn của máy phát chỉ cho phép trong một thời gian ngắn (IEEE C37.102)

 Khi rơ le quá kích thích (OEL) tác động, gánh nặng điều chỉnh điện

áp sẽ chuyển sang các khu vực xung quanh

49

Trang 51

 Tác động lan truyền của rơ le OEL

50

Khi một MF ở zone 1 bị chạm ngưỡng CSPK, hệ thống bảo vệ kích

từ sẽ tác động, làm giảm mức phát Q của MF đó Kết quả, các MF khác phải phát thêm Q Hiện tượng OEL tác động có thể lan truyền

Trang 52

Trang 53

 Trưa ngày 23/7/1987, phụ tải toàn HT giảm, từ 39.1 GW xuống 36.5GW

 Các kháng bù ngang được tách ra nhằm tránh quá áp

 Đến 13h, các phụ tải khôi phục trở lại Tốc độ tăng tải 400MW/phút

 Các kháng bù ngang không được đóng lại kịp thời, dẫn đến sụt áp

 Các rơ le tác động lan truyền, dẫn đến cắt điện khoảng 8GW công suất tải

52

Sự cố Tokyo, 1987

Trang 54

 Điện áp sụt đã làm các rơ le khoảng cách tác động (nhầm)

53

Trang 55

Hiện tượng sụp đổ điện áp

 Dạng sóng điện áp và dòng điện khi xảy ra sụp đổ điện áp

-10

0

10

Trang 56

Hiện tượng sụp đổ điện áp

 Các chức năng bảo vệ có thể tác động

55

59 N

59F

59 40 26 46 21

Bảo vệ chống chạm đất cuộn rotor

59

87

L 21

21 N 67 27

87L

51

21 21N 67 27 87L

51

Trang 57

 Trưa ngày 23/7/1987, phụ tải toàn HT giảm, từ 39.1 GW xuống 36.5GW

 Các kháng bù ngang được tách ra nhằm tránh quá áp

 Đến 13h, các phụ tải khôi phục trở lại Tốc độ tăng tải 400MW/phút

 Các kháng bù ngang không được đóng lại kịp thời, dẫn đến sụt áp

 Các rơ le tác động lan truyền, dẫn đến cắt điện khoảng 8GW công suất tải

56

Trang 58

 Điện áp sụt đã làm các rơ le khoảng cách tác động (nhầm)

57

Trang 59

 Ví dụ: Sự cố tại Bắc Mỹ, ngày 14/8/2013

 Tổ máy East Lake bị quá tải kích từ, dẫn đến OEL tác động

 Lưu ý đáp ứng điện áp khi OEL tác động!

58

Trang 60

 Sự cố tại Đài Loan, 2003

59

Trang 61

60

Trang 62

61

Trang 63

62

Trang 64

Ví dụ mô phỏng

 Mô phỏng sự cố mất tụ bù ngang, lưới điện 4 máy phát, tại t = 10s

 Giả thiết: Phụ tải tại nút 9 được cấp điện thông qua máy biến áp có điều

áp dưới tải (OLTC)

63

Trang 65

 OLTC chưa hoạt động: Tốc độ các máy phát:

64

Trang 66

 OLTC chưa hoạt động : Điện áp tại thanh cái cao áp, nút 7 và 9

65

Trang 68

 Khi OTLC hoạt động: tốc độ MF, vị trí đầu phân áp tại nút 9

67

Trang 69

 Khi OTLC hoạt động: Điện áp tại nút 7 và 9 (phía 230kV)

68

Trang 70

Trang 71

 Có OLTC và rơ le OEL: Tốc độ các máy phát

70

Trang 72

Trang 73

 Có OLTC và rơ le OEL: Điện áp tại thanh cái cao áp, nút 7 và 9

72

Trang 74

Trang 75

 Có OLTC và rơ le OEL: Tổng trở biểu kiến từ 9-7

74

Trang 76

Lưới điện New England

75

Trang 77

50 25

0.05

0.025

0

Trang 78

Trang 79

Trang 80

Trang 81

Trang 82

Lưới điện Nordic 32 nút

 32 nút

 Cấp điện áp 20kV, 400kV

 Các phụ tải có trang bị OLTC

81

Trang 83

Trang 84

 Kịch bản 1

83

0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

Trang 85

t = 5s

Qg (MVAr) t

= 70s

Nút MF

Qg (MVAr) t

= 5s

Qg (MVAr) t

Trang 86

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	4,37 MB