Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống kích từ nhà máy thủy điện Đồng Nai 4

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ SĨ HUỆ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG KÍCH TỪ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ VĂN DƯỠNG Phản biện 1: TS TRẦN VINH TỊNH Phản biện 2: TS LÊ ĐỨC TÙNG Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện họp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 10 năm 2018 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu Truyền thông Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà Nẵng - Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Bách khoa Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài mục đích nghiên cứu Trong trình cơng nghiệp hóa, đại hóa Đất nước Các khu cơng nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, khu dân cư, đô thị xây dựng ngày nhiều Nhu cầu điện tăng cao làm thiếu hụt nguồn cung cấp Nhà máy Thủy điện Đồng Nai thiết kế xây dựng để bù đắp phần công suất thiếu hụt Nhà máy Thủy điện Đồng Nai sông Đồng Nai, nằm địa phận tỉnh Lâm Đồng Đăk Nông Nhà máy gồm tổ máy với tổng cơng suất 340MW Nhiệm vụ cơng trình cung cấp phát điện cho Hệ thống điện Quốc gia với điện lượng trung bình hàng năm 1109,5 triệu kWh cung cấp nước cho hồ chứa Thủy điện Đồng Nai 5, phục vụ phát triển kinh tế xã hội tỉnh đất nước Do vận hành tốt nhà máy Thủy điện Đồng Nai hay tổ máy phát điện yêu cầu cấp thiết Hệ thống kích từ thiết bị quan trọng tổ máy Có nhiệm vụ điều chỉnh, giám sát điện áp máy phát (khởi động, không tải dừng máy), công suất phản kháng (nối lưới)… vận hành bình thường Ngồi Auto Voltage Regulation (AVR) tác động nhanh tăng khả ổn định QTQĐ máy phát xuất cố hệ thống PSS tăng ổn định tĩnh máy phát chống lại dao động hệ thống sau khắc phục cố Tuy nhiên, sau thời gian vận hành, phát điện tổ máy H1 tháng 03/2012, H2 tháng 06/2012, hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Đồng Nai xuất số hạn chế sau: Ghi nhận đầu năm 2018, trạm 500kV Đăk Nông mở máy cắt (MC 212 T500) khép vòng C21, C22 chế độ thấp điểm đêm Tổ máy H1, H2 phát tối đa (170 MW) công suất truyền qua hai mạch đường dây 200kV Đăk Nơng- Bình Long kích hoạt chế độ dao dộng liên vùng mức tần số ~0.9 Hz tổ máy khu vực Đồng Nai tổ máy lớn phía Nam nhà máy Vũng Án, Vĩnh Tân, Duyên Hải 3, Cà Mau, Phú Mĩ 1, 3, 4… có hệ số dập 4,7 %, NMTĐ Đồng Nai có hệ số đóng góp lớn gây dao dộng bị ảnh hưởng nhiều nhất, đánh giá nguyên nhân ban đầu PSS hệ thống kích từ việc khơng hiệu Trên thực tế, chức PSS để ổn định cơng suất hệ thống kích từ chưa nhà máy nghiên cứu, đánh giá đưa vào sử dụng Trên sở cho thấy cần thiết phải có nghiên cứu, đánh giá đề xuất giải pháp khắc phục hệ thống kích từ để đưa hệ thống ngày vận hành hiệu Cho nên đề tài luận văn lựa chọn “Nghiên cứu, đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao hiệu vận hành hệ thống kích từ nhà máy thủy điện Đồng Nai 4” Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: hệ thống kích từ máy phát Nhà máy Thủy điện Đồng Nai Phạm vi nghiên cứu đề tài: + Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu khả vận hành hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Đồng Nai + Căn vào kết nghiên cứu đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu vận hành cho hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Đồng Nai Các nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu phương pháp tính tốn, phân tích ổn định - Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lí hệ thống kích từ Đồng Nai - Áp dụng tính tốn, phân tích hiệu hệ thống kích từ hai máy phát - Nhà máy Thủy điện Đồng Nai - Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao khả hiệu vận hành cho hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 4 Tên đề tài Căn vào mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu, đề tài đặt tên: “Nghiên cứu, đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao hiệu vận hành hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 4” Bố cục luận văn Bố cục nội dung luận văn bao gồm: Chương 1: Tổng quan Nhà máy Thủy điện Đồng Nai Chương 2: Phân tích ổn định chế độ làm việc máy phát điện hệ thống kích từ máy phát điện đồng Chương 3: Mơ phỏng, tính toán, đánh giá nâng cao hiệu vận hành HTKT NMTĐ Đồng Nai Kết luận kiến nghị Chương TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 1.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NMTĐ ĐỒNG NAI 1.2 CÁC HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH CỦA NMTĐ ĐỒNG NAI 1.3 CÁC THƠNG SỐ CHÍNH CƠNG TRÌNH NMTĐ ĐỒNG NAI 1.4 HỆ THỐNG MÁY PHÁT, MÁY BIẾN THẾ, TURBIN 1.5 HỆ THỐNG TRẠM PHÂN PHỐI ĐIỆN 230 KV 1.6 HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC 1.7 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.8 HỆ THỐNG BẢO VỆ 1.9 HỆ THỐNG KÍCH TỪ NMTĐ ĐỒNG NAI 1.10 KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ khởi công xây dựng vào cuối 2004, phát điện tổ máy H1 tháng 03/2012, H2 tháng 06/2012, vận hành thương mại thức đến NMTĐ Đồng Nai cung cấp cho HTĐ khoảng 7.3 tỷ kWh điện, cung cấp phần lượng điện thiếu hụt Để phục vụ cho trình quản lý vận hành nhà máy đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thiết bị, cần thiết phải có nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị Trong khuôn khổ luận văn tác giả đánh giá, sâu nghiên cứu đề xuất gải pháp nhằm nâng cao hiệu vận hành Hệ thống kích từ, phần giúp nhà máy vận hành ổn định, an toàn, hiệu tham gia làm việc HTĐ Chương PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ VÀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 2.1 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 2.1.1 Nguyên lý làm việc máy phát điện 2.1.2 Chế độ làm việc bình thường máy phát điện 2.1.3 Chế độ làm việc khơng bình thường đặc trưng máy phát điện 2.1.3.1 Chế độ tải 2.1.3.2 Chế độ không đồng 2.1.3.3 Chế độ không đối xứng 2.2 CƠ SỞ TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 2.2.1 Khái niệm ổn định hệ thống điện 2.2.2 Hậu cố ổn định 2.2.3 Phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện 2.2.3.1 Khái niệm cổ điển ổn định tĩnh, tiêu chuẩn lượng 2.2.3.2 Phương pháp đánh giá ổn định theo lyapunov 2.2.4 Phân tích ổn định động hệ thống điện 2.2.4.1 Phương pháp tích phân số 2.2.4.2 Phương pháp diện tích 2.3 TỔNG QUAN HỆ THỐNG KÍCH TỪ 2.3.1 Giới thiệu chung hệ thống kích từ 2.3.2 Phân loại hệ thống kích từ hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) 2.3.2.1 Một số loại hệ thống kích từ chính: 2.3.2.2 Hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) 2.4 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG KÍCH TỪ CỦA NMTĐ ĐỒNG NAI 2.4.1 Thơng số kỹ thuật hệ thống kích từ NMTĐ Đồng Nai 2.4.2 Nguyên lí hoạt động, chức khối hệ thống kích từ NMTĐ Đồng Nai 2.4.3 Các chức hệ thống kích từ unitrol 5000 2.4.3.1 Chức mồi từ, hình thành điện áp stator ban đầu 2.4.3.2 Chức tự động điều chỉnh điện áp (AVR): 2.4.3.3 Chức giới kích từ, kích từ 2.4.3.4 Chức điều khiển tay 2.4.3.5 Chức điều khiển Q/ Cos Phi 2.4.3.6 Chức giám sát bảo vệ 2.4.3.7 Chức PSS Bộ ổn định công suất (PSS) thực chất phận phụ hệ thống kích từ máy phát, tác dụng PSS mở rộng giới hạn ổn định hệ thống điện cách tạo thành phần mô men cản (Mc) đặt lên rotor đồng pha với độ lệch tốc độ rotor máy phát đồng Hình 2.24 Sơ đồ PSS HTKT Phân tích hàm truyền hệ thống kích từ NMTĐ ĐN4: Hình 2.25 Hàm truyền PSS dùng HTKT NMTĐ ĐN4 Tín hiệu tốc độ: Tín hiệu đầu vào thứ nhất: tốc độ trục đo trực tiếp từ tần số tín hiệu điện áp bù xuất phát từ CT, PT đầu cực máy phát Hai đoạn mạch lọc cao tần đưa vào tín hiệu kết để loại bỏ mức tố độ trung bình, tạo tín hiệu sai lệch tốc độ, điều đảm bảo PSS tác động với thay đổi tốc độ hồn tồn khơng tác động điện áp đầu cực tổ máy thay đổi Hình 2.26 Khối tốc độ Tín hiệu cơng suất điện: Tín hiệu đầu vào thứ hai cơng suất điện Pe lấy từ PT, CT đầu cực máy phát Với thuật tốn lập trình sẵn, từ hai đại lượng U I cho giá trị công suất điện tương ứng Công suất lọc qua hai khâu lọc đạo hàm để tạo tín hiệu sai lệch công suất đặc trưng số thời gian Tw1 ÷ Tw4 Tín hiệu qua khâu tích phân sau khuyếch đại K S2 tạo tín hiệu tích phân sai lệch cơng suất điện Hình 2.27 Khối cơng suất điện Tín hiệu cơng suất cơ: Tín hiệu sai lệch tốc độ tích phân sai lệch công suất điện kết hợp với để tạo tín hiệu tích phân sai lệch cơng suất (ks3 thường 1) Tín hiệu cơng suất sau qua lọc Ramp-tracking với số M N để lọc thành phần xoắn nhiễu tạo sai số tĩnh khơng thay đổi bám tín hiệu tích phân cơng suất điện Điều hạn chế việc thay đổi đầu PSS tới mức thấp tỷ lệ thay đổi công suất cơ, số thời gian lọc T8 T9 Hình 2.28 Khối cơng suất Khâu khuếch đại, bù pha giới hạn ngõ ra: Tín hiệu sai lệch công suất công suất điện sau khuyếch đại KS1 khâu bù pha (bù vào trễ pha điều chỉnh điện áp), số thời gian T1 ÷ T4 Hình 2.29 Khối ngõ PSS VSTMAX , VSTMIN giới hạn ngõ củ PSS Tín hiệu đầu PSS điện áp VST cộng vào điện áp điều khiển điều chỉnh điện áp hệ thống kích từ Hình 2.30 Thơng số setting PSS phần mềm HTKT NMTĐ ĐN4 cấu hình 10 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua phân tích chế độ làm việc máy phát điện đồng bộ, sở tính tốn-phân tích ổn định HTĐ, hệ thống kích từ máy phát điện đồng tìm hiểu, phân tích hệ thống kích từ UNITROL5000, nhà máy Thủy điện Đồng Nai sâu phân tích nguyên lí hoạt động, chức hệ thống kích từ UNITROL5000, kết cho thấy: Hệ thống kích từ UNITROL5000 hệ thống kích từ sử dụng công nghệ vi xử lý đại, cho phép tự động điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát nhanh chóng xác chế độ: không tải, mang tải, bù đồng chế độ nạp điện đường dây Ngoài thiết bị UNITROL5000 trang bị ổn định cơng suất PSS có khả dập tắt dao động góc tải, dao động điện áp đầu cực, dao động công suất máy phát có cố xảy Do PSS HTKT có vai trò quan trọng việc nâng cao ổn định cho máy phát điện có nhiễu loạn hệ thống điện Trong thực tế, hệ thống kích từ chưa đưa chức ổn định công suất vào việc, làm giảm khả vận hành HTKT Qua đây, để đánh giá vai trò nâng cao hiệu vận hành HTKT Nhà máy Thủy điện Đồng Nai chương tiến hành tính tốn phân tích chế độ vận hành bình thường cố nhà máy liên quan đến HTKT đấu nối HTĐ, xét hai trường hợp đưa không đưa chức ổn định cơng suất vào làm việc Từ đưa giải pháp phù hợp với hệ thống thiết bị 11 CHƯƠNG MƠ PHỎNG, TÍNH TỐN, ĐÁNH GIÁ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HTKT NMTĐ ĐỒNG NAI 3.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHẦN MỀM TÍNH TỐN 3.2 MƠ HÌNH TÍNH TỐN NMTĐ ĐỒNG NAI SỬ DỤNG PHẦN MỀM POWERWORLD SIMULATOR 3.2.1 Khởi động phần mềm 3.2.2 Xây dựng mơ hình mơ 3.3 MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH VAI TRỊ CỦA HỆ THỐNG KÍCH TỪ TRONG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA NMTĐ ĐỒNG NAI Số liệu hệ thống áp dụng cho mô lấy vào lúc cao điểm, 14h07 ngày 24/3/2017, lúc cố xảy nguy hiểm nhất, khả ổn định động hệ thống yếu Bảng tổng hợp số liệu công suất, điện áp chế độ cực đại (thông số 14h07 ngày 24-3-2017) TBA 500kV hệ thống: TT Bảng 3.1 Số liệu trạm 500 kV TBA MBA Pmax Qmax AT1 267 87 500kV ĐắkNông AT2 211 187 U 501 501 Công suất tác dụng phát NMTĐ Đồng Nai 2x170MW Thanh điện áp 500kV TBA 500kV ĐăkNông xem nút cân bằng, 02 tổ máy NMTĐ Đồng Nai xem nút phát P-V 3.3.1 Chế độ vận hành bình thường Tác giả xét ảnh hưởng hệ thống điện đến HTKT máy phát phát đầy tải (100%Pđm), nửa tải (50%Pđm) non tải (30%Pđm) : Chế độ vận hành cực đại U=105% U đm 12 Chế độ vận hành định mức U=100% U đm Chế độ vận hành cực tiểu U=95% U đm 3.3.1.1 Chế độ vận hành cực đại U=105% uđm Chế độ tổ máy phát 100% công suất định mức: Thực mô chế độ làm việc hệ thống, kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu công suất đường dây máy phát H1-H2 thể bảng sau Bảng 3.2 Số liệu sau mô Chức Không ON PSS ON PSS Nút 220kV ĐắkNông Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 Điện áp pu Góc pha (deg) 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.12 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.12 Trào lưu công suất Đường dây P(MW) ĐồngNai – 2x165.67 ĐắkNông Tổ máy – H1 170 Tổ máy – H2 170 ĐồngNai – 2x165.67 ĐắkNông Tổ máy – H1 170 Tổ máy – H2 170 Q(Mvar) 2x14.39 31 31 2x14.39 31 31 Chế độ tổ máy phát 50% công suất định mức: Thực mô chế độ làm việc hệ thống ta có kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu công suất đường dây máy phát H1-H2 Bảng 3.3 Số liệu sau mô Chức Nút 220kV Không ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 Điện áp pu Góc pha (deg) 0.96 -20.22 1 -17.55 -17.55 0.96 -20.22 1 -17.55 -17.55 Trào lưu công suất Đường dây P(MW) ĐồngNai – 2x83.72 ĐắkNông Tổ máy – H1 85 Tổ máy – H2 85 ĐồngNai – 2x83.72 ĐắkNông Tổ máy – H1 85 Tổ máy – H2 85 Chế độ tổ máy phát 30% công suất định mức: Q(Mvar) 2x35.06 40 40 2x35.06 40 40 13 Thực mô chế độ làm việc hệ thống ta có kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu công suất đường dây máy phát H1-H2 Bảng 3.4 Số liệu sau mô Chức Nút 220kV Không ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 Góc pha (deg) Điện áp pu 0.96 -20.75 1 -19.40 -19.40 0.96 -20.75 1 -19.40 -19.40 Trào lưu công suất Đường dây ĐồngNai – ĐắkNông Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 ĐồngNai – ĐắkNông Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 P(MW) Q(Mvar) 2x49.33 2x43.13 50 50 46 46 2x49.33 2x43.13 50 50 46 46 3.3.1.2 Chế độ vận hành định mức U=100% U Đm Chế độ tổ máy phát 100% công suất định mức: Thực mô chế độ làm việc hệ thống ta có kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu công suất đường dây máy phát H1-H2 Bảng 3.5 Số liệu sau mô Chức Nút 220kV Không ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 Điện áp pu Góc pha (deg) 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.12 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.12 Trào lưu công suất Đường dây P(MW) ĐồngNai – 2x165.68 ĐắkNông Tổ máy – H1 170 Tổ máy – H2 170 ĐồngNai – 2x165.68 ĐắkNông Tổ máy – H1 170 Tổ máy – H2 170 Q(Mvar) 2x14.39 31 31 2x14.39 31 31 Chế độ tổ máy phát 50% cơng suất định mức: Thực tính tốn chế độ làm việc hệ thống ta có kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu công suất đường dây máy phát H1-H2 14 Bảng 3.6 Số liệu sau mô Chức Nút 220kV Không ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 Điện áp pu Góc pha (deg) 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.12 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.12 Trào lưu công suất Đường dây P(MW) ĐồngNai – 2x165.68 ĐắkNông Tổ máy – H1 85 Tổ máy – H2 85 ĐồngNai – 2x165.68 ĐắkNông Tổ máy – H1 85 Tổ máy – H2 85 Q(Mvar) 2x14.39 31 31 2x14.39 31 31 Chế độ tổ máy phát 30% công suất định mức: Thực tính tốn chế độ làm việc hệ thống ta có kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu cơng suất đường dây máy phát H1-H2 Bảng 3.7 Số liệu sau mô Chức Nút 220kV Không ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 Điện áp pu Góc pha (deg) 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.12 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.12 Trào lưu công suất Đường dây P(MW) ĐồngNai – 2x165.68 ĐắkNông Tổ máy – H1 50 Tổ máy – H2 50 ĐồngNai – 2x165.68 ĐắkNông Tổ máy – H1 50 Tổ máy – H2 50 Q(Mvar) 2x14.39 31 31 2x14.39 31 31 3.3.1.3 Chế độ vận hành cực tiểu U=95% U đm Chế độ tổ máy phát 100% công suất định mức: Thực mô chế độ làm việc hệ thống ta có kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu công suất đường dây máy phát H1-H2 15 Bảng 3.8 Số liệu sau mô Chức Nút 220kV Không ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 Điện áp pu Góc pha (deg) 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.11 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.11 Trào lưu công suất Đường dây ĐồngNai – ĐắkNông Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 ĐồngNai – ĐắkNông Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 P(MW) Q(Mvar) 2X165.68 2X14.39 170 170 31 31 2X165.68 2X14.39 170 170 31 31 Chế độ tổ máy phát 50% công suất định mức: Thực tính tốn chế độ làm việc hệ thống ta có kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu công suất đường dây máy phát H1-H2 Bảng 3.9 Số liệu sau mô Chức Nút 220kV Không ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 Điện áp pu Góc pha (deg) 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.11 0.96 -18.98 1 -13.12 -13.11 Trào lưu công suất Đường dây P(MW) ĐồngNai – 2x165.68 ĐắkNông Tổ máy – H1 85 Tổ máy – H2 85 ĐồngNai – 2x165.68 ĐắkNông Tổ máy – H1 85 Tổ máy – H2 85 Q(Mvar) 2x14.39 31 31 2x14.39 31 31 Chế độ tổ máy phát 30% công suất định mức: Thực tính tốn chế độ làm việc hệ thống ta có kết tính tốn điện áp, góc pha nút trào lưu công suất đường dây máy phát H1-H2 Bảng 3.10 Số liệu sau mô Trào lưu công suất Chức Nút Điện áp pu Góc pha (deg) Đường dây Khơng ON PSS 220kV ĐắkNông 0.96 -19.98 ĐồngNai – ĐắkNông P(MW) Q(Mvar) 2x165.68 2x14.39 16 Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 220kV ĐắkNông ON PSS Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 1 -13.12 -13.12 0.96 -19.98 1 -13.12 -13.12 Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 ĐồngNai – ĐắkNông Tổ máy – H1 Tổ máy – H2 50 50 31 31 2x165.68 2x14.39 50 50 31 31 Nhận xét: Qua kết đưa mô cho thấy HTKT đưa không đưa chức ổn định công suất vào làm việc không cải thiện thông số máy phát chế độ xác lập:Chế độ vận hành cực đại U=105% U đm; Chế độ vận hành định mức U=100% U đm; Chế độ vận hành cực tiểu U=95% U đm Khi tổ máy phát đầy tải, nửa tải, hay non tải điện áp góc lệch rotor mát phát không thay đổi ON OFF PSS `3.3.2 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu vận hành Hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Đồng Nai Khi cố xảy ra, đại lượng góc pha, điện áp, cơng suất phát máy phát bị dao động Tùy vào cấu trúc hệ thống điện, mức độ cố (nặng, nhẹ), độ nhạy thiết bị hệ thống điều tốc, kích từ bảo vệ mà dao động tắt dần hay tăng lên Qua thực tiễn vận hành, cố làm dao động công suất, ảnh hưởng tổ máy NMTĐ Đồng Nai gây đáng kể Vì để nâng cao hiệu vận hành HTKT, tác giả chọn đưa chức ổn định cơng suất (PSS) vào làm việc, PSS có nhiệm vụ ổn định cơng suất máy phát điện Đề tài xét trường hợp cố có khơng có PSS tham gia, giá trị sóng điện áp, cơng suất, góc lệch rotor dùng để đánh giá Xét trường hợp: Máy phát H1, H2 phát đầy tải, UH1-UH2 = pu, UHT = 0.95pu Sự cố ngắn mạch pha đường dây ĐZ 271 220kV Đồng Nai – ĐắkNông thời điểm 1.00s Ngắn mạch giải trừ 17 việc cắt đường dây ĐZ271 sau 0.05s 180 180 175 175 170 170 165 165 160 160 155 155 150 150 145 145 140 140 135 135 130 130 125 125 120 120 0 b c d e f g MW_Gen Bus #1 g b c d e f 9 10 10 b c d e f g MW_Gen Bus #1 Hình 3.21 Dao động công suất H1-H2 OFF PSS MW_Gen Bus #1 g b c d e f MW_Gen Bus #1 Hình 3.22 Dao động cơng suất H1-H2 ON PSS 13.7 13.7 13.6 13.6 13.5 13.5 13.4 13.3 13.4 13.2 13.3 13.1 13.2 13 13.1 12.9 12.8 13 12.7 12.9 12.6 12.8 12.5 12.7 12.4 12.6 12.3 12.2 12.5 b c d e f g Rotor Angle_Gen Bus #1 g b c d e f 10 0.94 0.92 0.92 0.9 0.9 0.88 0.88 0.86 0.86 0.84 0.84 0.82 0.82 0.8 0.8 0.78 0.78 0.76 0.76 0.74 0.74 0.72 0.72 0.7 0.7 0.68 0.68 0.66 0.66 0.64 0.64 b c d e f g Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 g b c d e f 10 b c d e f g Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 Hình 3.25 Điện áp đầu cực H1 – H2 OFF PSS Rotor Angle_Gen Bus #1 g b c d e f 10 Rotor Angle_Gen Bus #1 Hình 3.24 Dao động góc roto tổ máy H1 – H2 ON PSS 0.94 b c d e f g Hình 3.23 Dao động góc roto tổ máy H1 – H2 OFF PSS Rotor Angle_Gen Bus #1 Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 g b c d e f 10 Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 Hình 3.26 Điện áp đầu cực H1 – H2 ON PSS 0.12 0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 -0.06 0E0 b c d e f g Stabilizer Vs_Gen Bus #1 g b c d e f Stabilizer Vs_Gen Bus #1 Hình 3.27 Dạng sóng đáp ứng PSS H1- H2 OFF PSS 10 b c d e f g Stabilizer Vs_Gen Bus #1 g b c d e f Stabilizer Vs_Gen Bus #1 Hình 3.28 Dạng sóng đáp ứng PSS H1- H2 ON PSS 10 18 Nhận xét: Khi vận hành máy phát với điện áp đầu cực UH1UH2 = pu, điện áp hệ thống điẹn UHT = 0.95pu, hai máy phát đầy tải, xuất cố ngắn mạch pha đường dây ĐZ 271 220kV Đồng Nai – ĐắkNông thời điểm 1.00s Sau cố ngắn mạch giải trừ việc role bảo vệ cắt đường dây ĐZ271 sau 0.05s Ta thấy điện áp đầu cực giảm thấp Khi phân tích q trình q độ, chưa đưa chức ổn định công suất PSS HTKT vào làm việc, công suất phát tổ máy tăng từ 170 MW đến 182.85 MW, thời gian dập dao động >4s, góc lệch rotor giảm từ 12.95 đến 13.70, thời gian dạp dao động > 5s, điện áp đầu cực thay đổi từ 0.940pu đến 0.945pu Khi đưa chức PSS vào, công suất phát tổ máy tăng từ 170 MW đến 181.0 MW, thời gian dập dao động ~3,5s, góc lệch rotor giảm từ 12.95 đến 13.70, thời gian dập dao động ~ 3.5s, điện áp đầu cực thay đổi từ 0.940pu đến 0.943pu Chứng tỏ PSS cải thiện phần biên độ dao động giảm thời gian dập tắt dao động Xét trường hợp : Máy phát H1, H2 phát đầy tải, UH1-UH2 = pu, UHT = 0.95pu Thay đổi phụ tải 100 MW 220 kV ĐắkNông thời điểm 1s Tính tốn trường hợp, HTKT đưa chưa đưa chức PSS vào làm việc Kết tính tốn đường đặc tính dao động góc lệch roto δ máy phát H1-H2 điện áp đầu cực máy phát H1-H2, công suất phát máy phát H1, H2 19 170 170 169.5 169.5 169 169 168.5 168.5 168 168 167.5 167.5 167 167 166.5 166.5 166 166 165.5 165.5 165 165 164.5 164.5 164 164 163.5 163.5 163 163 162.5 162.5 162 162 161.5 161.5 161 161 160.5 160.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 20 40 60 80 100 b c d e f g b c d e f g MW_Gen Bus #1 g b c d e f 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 300 MW_Gen Bus #1 g b c d e f MW_Gen Bus #1 MW_Gen Bus #1 Hình 3.29 Dao động cơng suất H1, H2 OFF PSS Hình 3.30 Dao động cơng suất H1, H2 ON PSS 15.1 15.2 15.1 15 14.9 15 14.9 14.8 14.7 14.8 14.7 14.6 14.5 14.4 14.3 14.2 14.1 14 13.9 13.8 13.7 13.6 13.5 13.4 13.3 13.2 13.1 13 14.6 14.5 14.4 14.3 14.2 14.1 14 13.9 13.8 13.7 13.6 13.5 13.4 13.3 13.2 13.1 13 0 20 40 60 80 b c d e f g 100 120 140 160 Rotor Angle_Gen Bus #1 g b c d e f 180 200 220 240 260 280 20 40 60 300 80 b c d e f g 100 120 140 160 Rotor Angle_Gen Bus #1 g b c d e f 180 200 220 240 260 280 300 Rotor Angle_Gen Bus #1 Rotor Angle_Gen Bus #1 Hình 3.31 Dao động góc Roto H1, H2 OFF PSS Hình 3.32 Dao động góc Roto H1, H2 ON PSS 0.9580 0.959 0.9570 0.958 0.957 0.9560 0.956 0.9550 0.955 0.954 0.9540 0.953 0.9530 0.952 0.951 0.9520 0.9510 0.95 0.9500 0.949 0.948 0.947 0.9490 0.946 0.9470 0.945 0.944 0.9460 0.943 0.9450 0.942 0.941 0.9440 0.9480 0.9430 0.94 0.9420 0.939 0.9410 0.938 50 100 b c d e f g 150 200 250 Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 g b c d e f 300 350 400 450 500 Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 Hình 3.33 Dao động điện áp đầu cực H1, H2 OFF PSS 50 100 b c d e f g 150 200 250 Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 g b c d e f 300 350 400 450 500 Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 Hình 3.34 Dao động điện áp đầu cực H1, H2 ON PSS Nhận xét: Khi vận hành máy phát với điện áp đầu cực UH1UH2 = pu, điện áp hệ thống điện UHT = 0.95pu, hai máy phát đầy tải, hệ thống sa thải đột ngột phụ tải 100 MW tại 220 kV ĐăkNông, thời điểm 1.00s Ta thấy điện áp đầu cực dao động 20 mạnh Khi phân tích q trình q độ, HTKT OFF PSS, công suất phát tổ máy giảm từ 170 MW đến 160 MW, thời gian dập dao động ~60s, góc lệch rotor tăng từ 12.95 đến 15.23, thời gian dập dao động khoảng 200s, điện áp đầu cực tăng từ 0.940pu đến 0.959pu Khi HTKT đưa chức PSS vào, công suất phát tổ máy giảm từ 170 MW đến 160 MW, thời gian dập dao động ~20s, góc lệch rotor tăng từ 12.95 đến 15.10, thời gian dập tắt dao động ~ 30s, điện áp đầu cực tăng từ 0.940pu đến 0.958pu Chứng tỏ PSS cải thiện biên độ dao động làm giảm thời gian dập tắt dao động Xét trường hợp: Máy phát H1, H2 phát đầy tải, UH1-UH2 = pu, UHT = 0.95pu Trường hợp cố MBT T1 500kV ĐắkNông 1s, sau 0.05s hệ thống bảo vệ cắt máy cắt nối vào MBT 180 175 175 170 170 165 165 160 160 155 155 150 150 145 145 140 140 135 135 130 130 125 125 120 120 b c d e f g MW_Gen Bus #1 g b c d e f 10 b c d e f g MW_Gen Bus #1 Hình 3.35 Cơng suất H1, H2 OFF PSS MW_Gen Bus #1 g b c d e f 10 MW_Gen Bus #1 Hình 3.36 Cơng suất H1, H2 ON PSS 13.55 13.5 13.5 13.4 13.45 13.3 13.35 13.3 13.4 13.2 13.25 13.2 13.1 13.15 13 13.1 13.05 12.9 13 12.95 12.8 12.9 12.7 12.85 12.8 12.6 12.75 12.5 12.7 12.4 12.65 12.6 12.3 12.55 12.5 b c d e f g Rotor Angle_Gen Bus #1 g b c d e f Rotor Angle_Gen Bus #1 Hình 3.37 Góc lệch Roto H1, H2 OFF 10 b c d e f g Rotor Angle_Gen Bus #1 g b c d e f Rotor Angle_Gen Bus #1 Hình 3.38 Góc lệch Roto H1, H2 ON 10 21 PSS PSS 0.94 0.94 0.92 0.92 0.9 0.9 0.88 0.88 0.86 0.86 0.84 0.84 0.82 0.82 0.8 0.8 0.78 0.78 0.76 0.76 0.74 0.74 0.72 0.72 0.7 0.7 0.68 0.68 0.66 0.66 b c d e f g Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 g b c d e f 10 Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 b c d e f g Hình 3.39 Dao động điện áp đầu cực OFF PSS Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 g b c d e f 10 Bus Volt (pu)_Gen Bus #1 Hình 3.40 Dao động điện áp đầu cực ON PSS 0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0E0 0.03 0.02 0.01 -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 10 b c d e f g Stabilizer Vs_Gen Bus #1 g b c d e f 10 Stabilizer Vs_Gen Bus #1 b c d e f g Hình 3.41 Dạng sóng đáp ứng PSS H1- H2 OFF PSS Stabilizer Vs_Gen Bus #1 g b c d e f Stabilizer Vs_Gen Bus #1 Hình 3.42 Dạng sóng đáp ứng PSS H1- H2 ON PSS Nhận xét: Khi vận hành máy phát với điện áp đầu cực UH1-UH2 = pu, điện áp hệ thống điện UHT = 0.95pu, hai máy phát đầy tải, máy biến áp 220 kV ĐăkNông bị cố thời điểm 1.00s, sau role bảo vệ cắt máy cắt, lập máy biến áp 1.05s Phân tích q trình q độ, HTKT OFF PSS, công suất phát tổ máy tăng từ 170 MW đến 181 MW, thời gian dập dao động >4s, góc lệch rotor tăng từ 12.95 đến 13.58, thời gian dập dao động khoảng 5s, điện áp đầu cực tăng từ 0.940pu đến 0.945pu Khi HTKT đưa chức PSS vào, công suất phát tổ máy tăng từ 170 MW đến 179 MW, thời gian dập dao động ~3s, góc lệch rotor tăng từ 12.95 đến 13.58, thời gian dập tắt dao động ~ 3s, điện áp đầu cực tăng từ 0.940pu đến 0.944pu Chứng tỏ PSS cải thiện phần biên độ dao động 22 làm giảm bớt thời gian dập tắt dao động 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Hai tổ máy NMTĐ Đồng Nai từ vận hành 2012 nay, hệ thống kích từ UNITROL 5000 hãng ABB làm việc ổn định Tuy nhiên có trường hợp lưới có cố làm dao động cơng suất HTKT chưa góp phần dập tắt dao động Nguyên nhân chức ổn định công suất PSS bên HTKT chưa tính tốn, cài đặt, thử nghiệm đưa vào làm việc Trong q trình mơ phỏng, phân tích chế độ vận hành chương 3, khơng đưa chức PSS HTKT góp phần nâng cao hiệu vận hành nó, cụ thể là: - Khi mô chế độ vận hành bình thường kết cho thấy có tham gia PSS không làm thay đổi thông số chế độ Như PSS khơng có khả nâng cao ổn định tĩnh cho HTĐ - Khi mô phỏng, phân tích đặc tính dao động cơng suất máy phát, điện áp dao động góc lệch roto QTQĐ hệ thống xảy cố, kết cho thấy PSS có khả dập tắt dao động công suất, cải thiện phần điện áp, giảm góc lệch roto Với trường hợp điện áp đầu cực UH1-UH2 = pu, điện áp hệ thống điện UHT = 0.95pu, hai máy phát đầy tải: Sự cố máy biến áp 220 kV ĐăkNông: Bảng 3.11 Tổng hợp thông số cố STT Thông số Dao động công suất Thời gian dập dao động Dao động góc lệch rotor Thời gian dập dao động Dao động điện áp Thời gian dập dao động OFF PSS 170 MW - 181 MW >4 12.95 - 13.58 ~5s 0.940pu - 0.945pu ~1.5s ON PSS từ 170 MW - 179 MW, ~3s 12.95 - 13.58 ~ 3s 0.940pu - 0.944pu ~1.5s Sự cố hệ thống sa thải đột ngột phụ tải 100 MW tại 23 220 kV ĐăkNông Bảng 3.12 Tổng hợp thông số cố STT Thông số Dao động công suất Thời gian dập dao động Dao động góc lệch rotor Thời gian dập dao động Dao động điện áp Thời gian dập dao động OFF PSS 170 MW - 160 MW ~60s 12.95 - 15.23 200s 0.940pu - 0.959pu ~200s ON PSS 170 MW - 160 ~20s 12.95 - 15.10 ~ 30s, 0.940pu - 0.958pu ~25s Sự cố ngắn mạch pha đường dây ĐZ 271 220kV Đồng Nai – ĐắkNông Bảng 3.13 Tổng hợp thông số cố STT Thông số Dao động công suất Thời gian dập dao động Dao động góc lệch rotor Thời gian dập dao động Dao động điện áp Thời gian dập dao động OFF PSS 170 MW - 182.85 MW >4s 12.95 - 13.70 > 5s 0.940pu - 0.945pu ~2s ON PSS 170 MW - 181.0 MW ~3,5s 12.95 - 13.70 ~ 3.5s 0.940pu - 0.943pu ~2s Khi đưa PSS vào làm việc dao động công suất, dao động góc lệch roto máy phát H1-H2 dao động điện áp hệ thống cải thiện so với chưa đưa PSS vào làm việc Như PSS có khả nâng cao khả ổn định động cho máy phát điện nói riêng HTĐ nói chung 24 KẾT LUẬN Nhà máy Thủy điện Đồng Nai phát điện tổ máy H1 tháng 03/2012, H2 tháng 06/2012 cung cấp điện lượng trung bình hàng năm 1.109 triệu kWh nhiên từ vận hành đến Hệ thống kích từ chưa đưa chức ổn định công suất PSS vào thử nghiệm vận hành Qua giả lập khảo sát chế độ làm việc hệ thống kích từ NMTĐ Đồng Nai ta thấy chế độ xác lập PSS khơng có ảnh hưởng đến trình vận hành hai máy phát H1-H2 nhiên chế độ độ ứng với UH1-H2 = 1pu, UHT = 0.95pu, phụ tải cực đại, máy phát phát đầy tải, giả lập cố máy phát H1-H2 dao động mạnh, giá trị góc lệch điện áp đầu cực, cơng suất máy phát H1-H2 biên độ dao động lớn thời gian ổn định lâu Vì tác giả đưa giải pháp: HTKT đưa chức PSS vào làm việc Thể hiệu việc nâng cao ổn định vận hành cho HTKT NMTĐ Đồng Nai 4, dao động như: góc lệch roto, dao động cơng suất, điện áp đầu cực máy phát H1-H2 có biên độ dao động giảm thời gian dao động ngắn OFF PSS Tác giả đề nghị đơn vị liên quan sớm có phương án để tính tốn lại, cài đặt, thử nghiệm đưa vào vận hành thức chức HTKT NMTĐ Đồng Nai Hướng mở rộng đề tài tính toán, đánh giá, nâng cao hiệu vận hành HTKT NMTĐ Đồng Nai Đồng Nai góp phần nâng cao ổn định vận hành cho máy phát điện miền Nam nói riêng HTĐ nói chung ... Nghiên cứu, đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao hiệu vận hành hệ thống kích từ nhà máy thủy điện Đồng Nai 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: hệ thống kích từ máy phát Nhà máy. .. kích từ Đồng Nai - Áp dụng tính tốn, phân tích hiệu hệ thống kích từ hai máy phát - Nhà máy Thủy điện Đồng Nai - Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao khả hiệu vận hành cho hệ thống kích từ Nhà máy Thủy. .. Thủy điện Đồng Nai 4 Tên đề tài Căn vào mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu, đề tài đặt tên: Nghiên cứu, đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao hiệu vận hành hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Đồng