Phát hiện hiện tượng tách đảo đối với nhà máy thủy điện nhỏ kết nối với lưới điện phân phối

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện MỤC LỤC Chương mục Trang LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi MỞ ĐẦU vii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 1.1 Phân loại nguồn phân tán 1.2 Máy phát điện sử dụng động đốt 1.3 Máy phát điện tua-bin khí 1.4 Thủy điện nhỏ 1.5 Pin nhiên liệu (Fuel cell) 1.6 Nguồn điện sử dụng lượng mặt trời (NLMT) 1.7 Tuabin gió 10 1.8 Kết luận chương 13 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 14 2.1 2.2 2.3 Khái quát chung 14 Các điều cần ý kết nối thủy điện nhỏ vào lưới phân phối 14 Phân tích chi tiết ảnh hưởng thủy điện nhỏ 15 2.3.1 Tổn thất công suất lưới 15 2.3.2 Các vấn đề điện áp 16 2.3.3 Vấn đề dòng điện cố bảo vệ rơle 21 2.4 Vận hành tách đảo nguồn điện phân tán công suất nhỏ 28 2.4.1 Hiện tượng tách đảo 29 2.4.2 Các rủi ro vận hành tách đảo không dự định 30 2.5 Kết luận chương 31 CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT PHÁT HIỆN TÁCH ĐẢO ĐỐI VỚI NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ 32 3.1 Phân loại sơ kỹ thuật phát tách đảo 32 3.2 Giải pháp phát tách đảo dựa theo thông tin liên lạc từ xa 32 3.2.1 Sơ đồ truyền tín hiệu đường dây điện (thông tin tải ba) 33 3.2.2 Sơ đồ truyền tín hiệu cắt liên động 34 3.3 Giải pháp phát tách đảo dựa theo tín hiệu đo lường chỗ 35 3.3.1 Phương pháp phát tách đảo thụ động 35 3.3.2 Phương pháp phát tách đảo chủ động 38 i Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện 3.3.3 Phương pháp hỗn hợp 39 3.4 Chi tiết phương pháp phát tách đảo thụ động sử dụng rơle ROCOF 39 3.4.1 Nguyên tắc hoạt động rơle ROCOF 39 3.4.2 Phân tích mối liên hệ thông số cài đặt rơle ROCOF 40 3.5 Kết luận chương 41 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN NHỎ NẬM ĐÔNG & NẬM TỤC 43 4.1 Giới thiệu lưới điện khảo sát 43 4.1.1 Sơ đồ lưới điện 43 4.1.2 Các thông số lưới điện 43 4.2 Mô lưới điện 46 4.2.1 Phần mềm PSCAD/EMTDC 46 4.2.2 Các giả thiết mô 46 4.2.3 Mô phần tử 47 4.2.4 Tổng hợp sơ đồ mô lưới điện PSCAD 52 4.3 Các giá trị cài đặt rơle ROCOF 54 4.4 Mô kiểm chứng đánh giá kết 56 4.4.1 Các kịch mô 56 4.4.2 Kết mô với Kịch I (tách đảo mức tải khác nhau) 58 4.4.3 Kết mô với Kịch II (ngắn mạch phía 110kV 35kV) 61 4.5 Kết luận chương 62 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 63 5.1 Kết luận chung 63 5.2 Đề xuất hướng nghiên cứu tương lai 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 66 Phụ lục 1: Kết mô với Kịch I (Tách đảo mức công suất phụ tải khác nhau) 66 Phụ lục 2: Kết mô với Kịch II (Ảnh hưởng ngắn mạch đến làm việc rơle ROCOF) 71 ii Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng Nội dung luận văn có trích dẫn sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí, báo trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Trần Hoài Đức iii Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1.1 Sơ đồ phân loại loại nguồn phân tán Hình 1.2.1 Hoạt động tuabin sử dụng động đốt Hình 1.3.1 Mô hình nguồn phát điện tuabin khí chu trình nhiệt điện hỗn hợp với nhiên liệu khí biogas Hình 1.4.1 Mô hình nhà máy thủy điện kiểu đập Hình 1.4.2 Mô hình nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn Hình 1.5.1 Nguyên lý làm việc pin nhiên liệu loại axit phosphoric Hình 1.6.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống PV tích hợp Hình 1.6.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống PV phát điện tập trung Hình 1.6.3 Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện NLMT 10 Hình 1.7.1 Mô hình tua-bin gió có vận tốc không đổi 10 Hình 1.7.2 Mô hình tua-bin gió có vận tốc biến đổi chỉnh lưu toàn phần 11 Hình 1.7.3 Mô hình tua-bin gió có vận tốc biến đổi chỉnh lưu phần 12 Hình 2.3.1 Thủy điện nhỏ làm giảm công suất đoạn lưới từ hệ thống 16 Hình 2.3.2 Điện áp nút tăng lên nút có đấu nối thủy điện nhỏ 18 Hình 2.3.3 Ảnh hưởng thủy điện nhỏ tới phối hợp bảo vệ 23 Hình 2.3.4 Sự phối hợp TĐL CC lưới điện hình tia 24 Hình 2.3.5 Ví dụ phương thức kết nối nguồn điện nhỏ trạm phân phối 28 Hình 3.1.1 Phân loại kỹ thuật phát hiện tượng tách đảo 32 Hình 3.2.1 Sử dụng tín hiệu truyền qua đường dây tải điện để phát hiện tượng tách đảo 33 Hình 3.2.2 Sơ đồ truyền tín hiệu tách đảo lưới điện không hình tia 34 Hình 3.2.3 Sơ đồ cắt liên động phát tách đảo 35 Hình 3.4.1 Sơ đồ lưới điện có máy phát kết nối lưới 39 Hình 3.4.2 Sơ đồ logic hoạt động rơle ROCOF 40 Hình 4.1.1 Sơ đồ sợi lưới điện khảo sát 45 Hình 4.2.1 Giao diện chương trình PSCAD/EMTDC 46 Hình 4.2.2 Mô hình mô lưới hệ thống 47 Hình 4.2.3 Mô hình máy phát thuỷ điện nhỏ 47 Hình 4.2.4 Mô hình máy biến áp 48 Hình 4.2.5 Mô hình dây dẫn 48 iv Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Hình 4.2.6 Mô hình phụ tải điện 49 Hình 4.2.7 Mô hình kích từ 51 Hình 4.2.8 Mô hình điều tốc 52 Hình 4.2.9 Sơ đồ mô lưới điện phần mềm PSCAD/EMTDC 53 Hình 4.4.1 Sơ đồ đơn giản lưới điện cần đánh giá 57 Hình 4.4.2 Diễn biến điện áp xảy tách đảo với tải dân cư mức tải 100% 58 Hình 4.4.3 Diễn biến tần số tách đảo với mức tải 100% tải loại dân cư 59 v Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.5.1 Đặc tính kỹ thuật số loại pin nhiên liệu Bảng 4.2.1 Hệ số loại phụ tải điển hình 49 Bảng 4.3.1 Giá trị cài đặt rơle ROCOF cho thủy điện Nậm Đông Nậm Tục 56 Bảng 4.4.1 Kết mô tách đảo với mức tải tính chất tải khác 59 vi Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện MỞ ĐẦU Sự tiến công nghệ pin nhiên liệu, tuabin gió, pin quang điện cải tiến điện tử công suất, nhu cầu khách hàng chất lượng điện tốt độ tin cậy buộc ngành điện phải chuyển dịch sang nguồn phát điện phân tán Do nguồn thủy điện nhỏ gần đạt nhiều ý đầu tư quy định thị trường vấn đề môi trường Hiện tượng tách đảo xảy phần hệ thống điện phân phối trở nên bị cô lập với phần lại hệ thống điện tiếp tục cấp lượng nguồn điện phân tán Một yêu cầu quan trọng để kết nối thủy điện nhỏ vào hệ thống điện phân phối khả hệ thống bảo vệ để phát hiện tượng tách đảo Việc để nguồn phân tán vận hành tiếp tục tách lưới gây nguy hiểm đến an toàn cho việc thao tác sửa chữa lưới, gây vấn đề đồng có sử dụng thiết bị tự động đóng lại lưới, nguồn phân tán nên ngắt kết nối vòng 100ms đến không giây sau nguồn cung cấp Để đạt mục tiêu đó, nguồn phát điện phân tán phải trang bị thiết bị phát tách đảo ví dụ rơle dựa theo tốc độ biến thiên tần số ROCOF Nội dung nghiên cứu trình bày luận văn gồm mục sau đây: + Giới thiệu nguồn phân tán đặc tính kỹ thuật + Các vấn đề liên quan tới việc tích hợp vận hành lưới điện có nguồn điện phân tán + Hiện tượng tách đảo cần thiết phải phát tách đảo + Khảo sát kỹ thuật phát hiện tượng tách đảo khác + Phân tích chi tiết phương pháp phát tách đảo dựa tốc độ biến thiên tần số + Tính toán áp dụng cho mô hình nhà máy thủy điện nhỏ Nậm Đông Nậm Tục thuộc lưới điện Yên Bái Đề xuất giá trị chỉnh định cho rơle phát tách đảo nhà máy Đồng thời xây dựng mô hình mô vii Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện chạy kịch mô để kiểm chứng tính khả thi, hiệu giá trị cài đặt + Kết luận chung đề xuất hướng nghiên cứu tương lai viii Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 1.1 Phân loại nguồn phân tán Các loại nguồn phân tán sử dụng nhiều công nghệ khác nhau, công nghệ sử dụng máy phát truyền thống hoàn thiện động đốt trong, tuabin khí… công nghệ khác phát triển pin nhiên liệu, pin mặt trời, tua-bin gió Mỗi loại nguồn phân tán có ưu điểm, hạn chế đặc tính kĩ thuật tính kinh tế Sự lựa chọn công nghệ nhân tố để định công suất vị trí lắp đặt nguồn phân tán [1] Dưới phân loại số nguồn điện phân tán có giới Phần lớn loại nguồn điện xuất phát triển hệ thống điện Việt Nam Hình 1.1.1 Sơ đồ phân loại loại nguồn phân tán 1.2 Máy phát điện sử dụng động đốt Động pittông, công nghệ loại nguồn phân tán, phát triển 100 năm, tiêu thụ nhanh thị trường có tính cạnh tranh độtin cậy cao, tuổi thọlớn phải bảo dưỡng Động đốt sửdụng rộng rãi, có công suất từ vài chục kW (tua bin siêu nhỏ) 60 MW Nhược điểm lớn động tiếng ồn, chi phí bảo dưỡng lớn, khí thải lớn Lượng phát thải giảm cách thay đổi đặc tính đốt động Chi phí lắp đặt vận hành động phụ thuộc vào lượng khí phát thải muốn cắt giảm Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Động đốt công nghệ kiểm chứng qua thực tế với tính cạnh tranh cao, dải công suất rộng, có khả khởi động nhanh, hiệu suất cao (lên tới 43% cho hệ thống diesel lớn, 80% micro turbine), độ tin cậy cao vận hành Hầu hết động đốt sử dụng cho việc phát điện dùng động bốn kỳ Các động sử dụng khí tự nhiên, khí biogas dầu diesel làm nhiên liệu Nguồn điện có động sử dụng khí tư nhiên có hiệu suất cao phát thải khí NOx động dùng dầu diesel Loại nguồn điện sử dụng rộng rãi nước chủyếu đóng vai trò nguồn điện dự phòng cấp điện cho khu vực chưa có điện lưới quốc gia (khu vực hải đảo ) Một số nguồn điện loại đấu nối vào lưới điện trung áp có khả hoạt động song song với lưới điện khu vực số thời điểm phụ tải đỉnh theo yêu cầu đơn vị phân phối điện Hình 1.2.1 Hoạt động tuabin sử dụng động đốt Một số đặc tính máy phát điện sử dụng động đốt trong: + Hiệu suất cao, chi phí đầu tư thấp chi phí sản xuất điện cạnh tranh so với nhiều + loại công nghệ sử dụng nguồn phân tán khác + Thời gian khởi động ngắn nên sử dụng để phủ đỉnh đồ thị phụ tải thích hợp cho dự phòng quay + Phát thải khí CO NOx nhiều so với tuabin khí Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Một pha – đất Ba pha Phía 35kV Hai pha Tải dân cư 70% Phía 110kV Ba pha 75 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Hai pha chạm đất Hai pha Một pha – đất Phía 35kV Ba pha 76 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Hai pha 1.20 1.10 Dien ap Nam Dong 0.825 0.944 U (pu) 1.00 0.90 0.80 Ba pha Dien ap Nam Tuc 0.119 Min 0.810 Max 0.944 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 55.0 Tan so Nam Dong Tan so Nam Tuc 50.000 50.000 50.0 -0.000 Min 49.542 Phía 110kV 45.0 Hai pha chạm đất y Tải dân cư 60% 40.0 35.0 30.0 Hai pha 77 Max 50.460 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Một pha – đất Ba pha Phía 35kV Hai pha Tải dân cư 50% Phía 110kV Ba pha 78 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Hai pha chạm đất Hai pha Một pha – đất Phía 35kV Ba pha 79 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Hai pha Tính chất phụ tải Điểm ngắn mạch & Loại ngắn mạch Diễn biến điện áp đầu cực máy phát điểm đặt rơle ROCOF Ba pha Tải công nghiệp 100% Phía 110kV Hai pha chạm đất 80 Diễn biến tần số Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Hai pha Một pha – đất Ba pha Phía 35kV Hai pha 81 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Ba pha Hai pha chạm đất Tải công nghiệp 90% Phía 110kV Hai pha Một pha – đất 82 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Ba pha Phía 35kV Hai pha Ba pha Tải công nghiệp 80% Phía 110kV Hai pha chạm đất 83 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Hai pha Một pha – đất Ba pha Phía 35kV Hai pha 84 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Ba pha Hai pha chạm đất Tải công nghiệp 70% Phía 110kV Hai pha Một pha – đất 85 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Ba pha Phía 35kV Hai pha 55.0 Tan so Nam Dong Tan so Nam Tuc 50.000 50.000 50.0 0.000 Min 46.914 45.0 y Ba pha 40.0 35.0 Tải công nghiệp 60% 30.0 Phía 110kV Hai pha chạm đất 86 Max 50.476 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Hai pha Một pha – đất Ba pha Phía 35kV Hai pha 87 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Ba pha Hai pha chạm đất Tải công nghiệp 50% Phía 110kV Hai pha Một pha – đất 88 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Ba pha Phía 35kV Hai pha 89 ... điện nhỏ - Từ 100kW tới 2.5MW: nhà máy thủy điện mini - Nhỏ 100kW: máy phát thủy điện cực nhỏ Hình 1.4.1 Mô hình nhà máy thủy điện kiểu đập Nguồn điện thủy điện nhỏ phát triển nhanh rộng rãi toàn... 2.3.3 Vấn đề dòng điện cố bảo vệ rơle Vấn đề bảo vệ vấn đề cần đặc biệt quan tâm kết nối thủy điện nhỏ vào lưới điện Khi kết nối thủy điện nhỏ vào lưới điện, chế độ cố, thủy điện nhỏ làm giảm bớt... nhỏ có thay đổi điện áp Điều nghĩa thủy điện nhỏ không ảnh hưởng tới điện áp lưới điện Cho dù thủy điện nhỏ không điều khiển trực tiếp điện áp lưới thủy điện nhỏ làm cho điện áp lưới tăng lên giảm