Nâng cao ổn định góc Rotor máy phát điện bằng bộ ổn định công suất (PSS) và thiết bị bù ngang tĩnh (SVC)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - TRẦN THỊ LỆ QUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NÂNG CAO ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN BẰNG BỘ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT (PSS) VÀ THIẾT BỊ BÙ NGANG TĨNH (SVC) Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện Mã số : 60.52.50 THÁI NGUYÊN - 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn công trình tổng hợp nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng tài liệu tham khảo nhƣ nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Trần Thị Lệ Quyên Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, nỗ lực thân, tác giả nhận đƣợc nhiều quan tâm giúp đỡ bảo tận tình Thầy, Cô suốt trình giảng dạy khoa Đào tạo sau đại học trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt hƣớng dẫn tận tình, chu đáo thầy TS Nguyễn Đăng Toản Trƣờng Đại học Điện lực Hà Nội Thái Nguyên, ngày 25 tháng năm 2012 Trần Thị Lệ Quyên Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật TÓM TẮT LUẬN VĂN Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng phát triển kinh tế quốc gia Do phát triển kinh tế áp lực môi trƣờng, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, nhƣ tăng nhanh nhu cầu phụ tải, thay đổi theo hƣớng thị trƣờng hóa ngành điện làm cho HTĐ ngày trở lên rộng lớn quy mô, phức tạp tính toán thiết kế, vận hành mà HTĐ đƣợc vận hành gần với giới hạn ổn định Hiện nay, HTĐ “nhạy cảm” với cố xảy Theo kết nghiên cứu, HTĐ bị cố liên quan trực tiếp đến tƣợng ổn định góc rôto máy phát điện Một số cố tan rã HTĐ gần giới với hậu to lớn ví dụ sinh động cho luận điểm Chính mà đề tài chủ yếu tập trung vào nghiên cứu chế xảy cố, yếu tố ảnh hƣởng, phƣơng pháp nghiên cứu – công cụ nghiên cứu, mô hình thiết bị, để từ đề xuất giải pháp nâng cao ổn định góc rôto máy phát điện Trong luận văn này, dành để phân tích ƣu nhƣợc điểm thiết bị PSS SVC việc nâng cao ổn định góc rôto máy phát điện Việc nghiên cứu thành công đề tài góp phần tìm hiểu nguyên lý làm việc, ứng dụng thiết bị nhƣ PSS SVC nhƣ sở để nâng cao hiệu ổn định HTĐ nói chung, điều kiện tiền đề để khai thác tính thiết bị PSS SVC HTĐ Việt Nam Các nội dung luận văn: Tính cấp thiết đề tài đƣợc trình bày chƣơng I luận văn Chƣơng II luận văn tóm tắt số cố tan rã HTĐ điển hình giới số năm gần Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến cố này, định nghĩa, nhƣ phƣơng pháp nghiên cứu nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện đƣợc trình bày cụ thể chƣơng Chƣơng III, nghiên cứu thiết bị PSS SVC dùng để nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện Các kết mô với HTĐ chuẩn đƣợc trình bày chƣơng IV luận văn Chƣơng V kết luận chủ yếu kiến nghị Các từ khoá: Tan rã hệ thống điện, ổn định góc rotor máy phát điện, PSS, SVC Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG 10 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 11 CHƢƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG 13 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 13 1.2 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN 14 1.2.1 Nghiên cứu cố tan rã hệ thống điện liên quan đến vấn đề ổn định góc rotor máy phát điện 14 1.2.2 Tìm hiểu phƣơng pháp nghiên cứu biện pháp nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện ổn định công suất PSS thiết bị FACTS - SVC 15 1.3 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN 16 1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN 17 CHƢƠNG II : ĐỊNH NGHĨA VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR 18 2.1 PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY 18 2.1.1 Những cố tan rã hệ thống điện gần giới 18 2.1.2 Các nguyên nhân cố tan rã hệ thống điện 30 2.1.3 Cơ chế xảy tan rã hệ thống điện 33 2.1.4 Các dạng ổn định hệ thống điện 36 2.2 ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ GÓC ROTO 36 2.2.1 Định nghĩa 36 2.2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến ổn định độ 38 2.2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 38 Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2.2.4 Phƣơng pháp nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện 42 2.3 CÁC ĐỀ XUẤT NGĂN CHẶN CÁC SỰ CỐ TAN RÃ hỆ THỐNG ĐIỆN 44 2.4 KẾT LUẬN 47 CHƢƠNG III : NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ PSS VÀ SVC 49 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 49 3.2 THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT – POWER SYSTEM STABILIZER- PSS 49 3.2.1 Mô hình thiết bị PSS 49 3.2.2 Sử dụng PSS để nâng cao ổn định 51 3.2.3 Bộ ổn định dựa tần số 54 3.3 THIẾT BỊ SVC 55 3.3.1 Kháng điều chỉnh thyristor TCR (thyristor controlled reactor) 57 3.3.2 Tụ đóng mở thyristor TSC (thyristor switch capacitor) 58 3.3.3 Kháng đóng mở thyristor TSR (thyristor switch reactor) 59 3.3.4 Ứng dụng SVC thực tế 60 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 63 CHƢƠNG IV : MÔ HÌNH THIẾT BỊ VÀ CÔNG CỤ MÔ PHỎNG -PSS/E 4.1 PHẦN MỀM PSS/E 65 65 4.1.1 Giới thiệu chung PSS/E 65 4.1.2 Giới thiệu tổng quan chƣơng trình PSS/E 65 4.1.3 Tính toán mô trình độ, cố PSS/E 68 4.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN 72 4.2.1 Mô hình máy phát điện GENROE 74 4.2.2 Mô hình thiết bị kích từ SEXS 75 4.2.3 Mô hình thiết bị PSS 76 4.2.4 Mô hình SVC 78 4.2.5 Máy biến áp 80 4.2.6 Đƣờng dây 81 4.3 MÔ PHỎNG ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4.3.1 Mô động hệ thống điện chƣa có thiết bị PSS, SVC 82 4.3.2 Mô động thêm thiết bị PSS, SVC 87 4.4 KẾT LUẬN 97 CHƢƠNG V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 5.1 KẾT LUẬN 98 5.1.1 Nghiên cứu cố 98 5.1.2 Nghiên cứu PSS, SVC việc nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện 98 5.2 KIẾN NGHỊ Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 99 Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ II-1: Sụp đổ điện áp HTĐ Pháp ngày 12/1/1987 21 Hình vẽ II-2: Quá trình sụp đổ điện áp hệ thống 500 kV – WSCC – USA – 1996 23 Hình vẽ II-3: Sơ đồ trình tự cố dẫn đến tan rã HTĐ WSCC -USA-10/8/1996 23 Hình vẽ II-4: Tổng công suất truyền tải đƣờng dây California-Oregon [20] 24 Hình vẽ II-5: Công suất tác dụng HTĐ Đan Mạch (vùng Zealand) 27 Hình vẽ II-6: Tần số điện áp HTĐ Đức Hungary trƣớc sau 3h 25 phút 33 giây HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ châu Âu- UCTE 28 Hình vẽ II-7: Tần số HTĐ châu Âu trƣớc sau tan rã [17] 30 Hình vẽ II-8: Tóm tắt nguyên nhân cố tan rã HTĐ 33 Hình vẽ II-9: Cơ chế xảy cố tan rã HTĐ 35 Hình vẽ II-10: Sự phân loại dạng ổn định HTĐ 36 Hình vẽ II-11: Góc Rotor phản ứng với nhiễu loạn thoáng qua [1] 37 Hình vẽ II-12: Minh họa phƣơng pháp cân diện tích 40 Hình vẽ II-13: Minh họa phƣơng pháp hàm lƣợng độ 41 Hình vẽ III-1: Sơ đồ điển hình hệ thống kích từ 49 Hình vẽ III-2: Sơ đồ hệ thống kích từ đơn giản với thiết bị AVR PSS 50 Hình vẽ III-3: Sơ đồ khối ổn định Delta – P – Omega 54 Hình vẽ III-4: Sơ đồ nguyên lý thiết bị SVC 56 Hình vẽ III-5: Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động TCR 57 Hình vẽ III-6: Cấu tạo nguyên lý hoạt động TSC 59 Hình vẽ III-7: Cấu tạo nguyên lý hoạt động TSR 60 Hình vẽ III-8: Hình ảnh SVC đƣợc lắp đặt ESKOM – Nam phi 62 Hình vẽ III-9: Hình ảnh SVC đƣợc lắp đặt Enelpower, Brazil 63 Hình vẽ IV-1: Sơ đồ khối PSS/E 68 Hình vẽ IV-2: Mô hình hệ thống điện chuẩn 72 Hình vẽ IV-3: Mô hình máy phát điện GENROE thƣ việc PSS/E 74 Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình vẽ IV-4: Mô hình thiết bị kích từ SEXS thƣ việc PSS/E 75 Hình vẽ IV-5: Mô hình kích từ 76 Hình vẽ IV-6: Mô hình ổn định công suất STAB1 thƣ viện PSS/E 77 Hình vẽ IV-7: Mô hình ổn định tốc độ 78 Hình vẽ IV-8: Mô hình thiết bị SVC 80 Hình vẽ IV-9: Mô hình máy biến áp dây quấn 81 Hình vẽ IV-10: Mô hình đƣờng dây tải điện 82 Hình vẽ IV-11: Góc rotor máy phát G1 PSS, SVC 83 Hình vẽ IV-12: Góc rotor máy phát G2 PSS, SVC 84 Hình vẽ IV-13: Góc rotor máy phát G3 PSS/SVC 84 Hình vẽ IV-14: Góc rotor máy phát G4 ngắn mạch PSS/SVC 85 Hình vẽ IV-15: Điện áp góp hệ thống điện PSS/SVC 85 Hình vẽ IV-16: Công suất đƣờng dây 7-8 mạch PSS/SVC 86 Hình vẽ IV-17: Công suất đƣờng dây 8-9 mạch PSS/SVC 86 Hình vẽ IV-18: Góc rotor máy phát G1 có thiết bị PSS/SVC 88 Hình vẽ IV-19: Góc rotor máy phát G2 có PSS/SVC 88 Hình vẽ IV-20: Góc rotor máy phát G3 có PSS/SVC 89 Hình vẽ IV-21: Góc rotor máy phát G4 có PSS/SVC 89 Hình vẽ IV-22: Điện áp góp có PSS/SVC 90 Hình vẽ IV-23: Công suất đƣờng dây 7-8 mạch có PSS/SVC 90 Hình vẽ IV-24: Công suất đƣờng dây 8-9 mạch có PSS/SVC 91 Hình vẽ IV-25: Góc rotor máy phát G1 hai trƣờng hợp có PSS/SVC 92 Hình vẽ IV-26: Góc rotor máy phát G2 hai trƣờng hợp có PSS/SVC 92 Hình vẽ IV-27: Góc rotor máy phát G3 hai trƣờng hợp có PSS/SVC 93 Hình vẽ IV-28: Góc rotor máy phát G4 hai trƣờng hợp có PSS/SVC 93 Hình vẽ IV-29: Điện áp góp có PSS/SVC 94 Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình vẽ IV-30: Công suất đƣờng dây 7-8 mạch có PSS/SVC 94 Hình vẽ IV-31: Công suất đƣờng dây 8-9 mạch có PSS/SVC 95 Hình vẽ IV-32: Công suất đƣờng dây 8-9 mạch trƣờng hợp PSS/SVC, có PSS, có PSS/SVC 96 Hình vẽ IV-33: Điện áp góp trƣờng hợp PSS/SVC, có PSS, có PSS/SVC 96 Học viên: Trần Thị Lệ Quyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Người HDKH:TS.Nguyễn Đăng Toản http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... này, định nghĩa, nhƣ phƣơng pháp nghiên cứu nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện đƣợc trình bày cụ thể chƣơng Chƣơng III, nghiên cứu thiết bị PSS SVC dùng để nâng cao ổn định góc rotor máy phát. .. – công cụ nghiên cứu, mô hình thiết bị, để từ đề xuất giải pháp nâng cao ổn định góc rôto máy phát điện Trong luận văn này, dành để phân tích ƣu nhƣợc điểm thiết bị PSS SVC việc nâng cao ổn định. .. biện pháp nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện ổn định công suất PSS thiết bị FACTS - SVC 15 1.3 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN 16 1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN 17 CHƢƠNG II : ĐỊNH NGHĨA VÀ PHƢƠNG