Khảo sát ảnh hưởng tự đóng lại nhanh đền ổn định của hệ thống điện

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ THANH TRÚC KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG TỰ ĐÓNG LẠI NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Hồ Văn Hiến Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng tháng 12 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Thanh Trúc Phái: nữ Ngày, tháng, năm sinh: 14/08/1979 Nơi sinh: Trà Vinh Chuyên ngành: Thiết bị, mạng Nhà máy điện MSHV: 01805471 I- TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG TỰ ĐÓNG LẠI NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan kiến thức tự đóng lại tốc độ nhanh đến ổn định hệ thống điện - Các phương pháp phân tích ổn định động - Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng tự đóng lại tốc độ nhanh - Phân tích ảnh hưởng tự đóng lại nhanh đến ổn định hệ thống điện - Đánh giá-kết luận III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày tháng năm 2008 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày tháng V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HỒ VĂN HIẾN năm 2008 Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ môn Hệ thống điện Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Hồ Văn Hiến tận tình hướng dẫn em suốt thời gian thực luận án Xin chân thành cảm ơn bạn Phòng Kỹ thuật Điện lực Trà Vinh cung cấp tài liệu kỹ thuật ý kiến đóng góp quý báu TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2008 Học viên thực Nguyễn Thị Thanh Trúc TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Sự phát triển nhảy vọt công suất quy mô lãnh thổ hệ thống điện Việt Nam năm qua làm tăng yêu cầu cấp thiết phải sâu vào nghiên cứu đặc tính ổn định Một biện pháp nhằm nâng cao tính ổn định hệ thống điện sử dụng thiết bị tự đóng lại nhanh có cố thoáng qua Như biết, đường dây không vận hành với điện áp cao (từ 6KV trở lên) có cố thoáng qua, chiếm tới 80% - 90%, đường dây có điện áp cao phần trăm xảy cố thoáng qua lớn Một cố thoáng qua, chẳng hạn phóng điện xuyên thủng loại cố mà loại trừ tác động cắt tức thời máy cắt để cô lập cố cố không xuất trở lại đường dây đóng trở lại sau Sét nguyên nhân thường gây cố thoáng qua nhất, nguyên nhân khác thường lắc lư dây dẫn gây phóng điện va chạm vật bên đường dây Việt Nam nằm khu vực nhiệt đới, điều kiện khí hậu như: bão, độ ẩm, sấm sét, cối …đều tạo điều kiện tốt cho cố thoáng qua xảy Do vậy, việc áp dụng thiết bị tự đóng lại MC (TĐL) hệ thống điện Việt Nam nên xem xét cẩn thận nhằm áp dụng cách thích hợp hiệu lợi điểm thiết bị nhằm góp phần cải thiện độ tin cậy hệ thống điện Xuất phát từ yêu câu nêu trên, đề tài:” Khảo sát ảnh hưởng tự đóng lại nhanh đến ổn định hệ thống điện” nhằm nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng thiết bị tự đóng lại tốc độ nhanh đến ổn định hệ thống điện Nội dung thực gồm năm phần sau: 1) Tổng quan kiến thức tự đóng lại tốc độ nhanh đến ổn định hệ thống điện - Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thực tự đóng lại nhanh - Ngắn mạch trì - Tự đóng lại pha 2) Các phương pháp phân tích ổn định động - Phương pháp phân tích số - Phương pháp diện tích 3) Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng tự đóng lại tốc độ nhanh - Khảo sát ảnh hưởng tự đóng lại nhanh máy J.Berdy P.G.Brown, thuộc Electric Utility Systems Engineering Dept, Công ty General Electric, Schenectady, NY Và J.G.Andrichak S.B.Wilkinson, thuộc Power System Management, Công ty General Electric, Philadelphia, PA Mục đích báo khảo sát hòa hợp chuyển mạch hệ thống có sử dụng tự đóng lại tốc độ cao nguy hại tiềm tàng tuabin máy phát 4) Phân tích ảnh hưởng tự đóng lại nhanh đến ổn định hệ thống điện - Hệ thống hai máy với đường dây đơn - Hệ thống hai máy với đường dây kép - Phân tích ổn định Matlab 5) Đánh giá – Kết luận Tóm tắt luận văn thạc só CBHD: TS Hồ Văn Hiến Với thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài có thiếu sót chưa thể sâu vào chi tiết tất vấn đề Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng phạm vi mạng đơn giản Tuy nhiên, hy vọng kiến thức học tài liệu thu thập đáp ứng phần công tác nghiên cứu đề tài Em mong hướng dẫn đóng góp chia sẻ kiến thức liên quan từ Quý Thầy, Cô, đồng nghiệp bạn bè để đề tài thật có ích Xin chân thành cảm ơn Tóm tắt luận văn thạc só CBHD: TS Hồ Văn Hiến MỤC LỤC Trang bìa Nhận xét Nhiệm vụ luận văn thạc só Lời cám ơn Tóm tắt luận văn thạc só Mục lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KIẾN THỨC VỀ TỰ ĐÓNG LẠI NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thực tự đóng lại nhanh 1.1.1 Các đặc tính bảo vệ 1.1.2 Khử ion nơi xảy cố 1.1.3 Các đặc điểm máy cắt 1.1.4 Lựa chọn thời gian phục hồi 1.1.5 Số lần đóng lại 1.2 Ngắn mạch trì 1.3 Tự đóng lại pha 1.3.1 Chạm đất pha 1.3.2 Một pha bị hở 1.3.3 Mở không đồng thời pha bị chạm đất CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG 2.1 Khái niệm chung 2.2 Quá trình độ cắt đột ngột đường dây mang tải 2.3 Phương pháp phân tích số 2.4 Phương pháp diện tích CHƯƠNG 3: BÀI BÁO NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA TỰ ĐÓNG LẠI TỐC ĐỘ NHANH 3.1 Nội dung báo 3.2 Kết luận CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG TỰ ĐÓNG LẠI NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 Hệ thống hai máy với đường dây đơn 4.2 Hệ thống hai máy với đường dây kép Trang 5-7 8-9 10-28 10 11 11 12 12 13 13 13 16 20 23 29-38 29-30 30-33 33-35 35-38 39-46 39-46 46 47-59 47-51 51-56 4.3 Phaân tích ổn định Matlab CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo Lý lịch trích ngang 56-59 60 48 Khi đường dây đóng lại: PIII = 1,83 Hình 4.2: Ảnh hưởng tự đóng lại đườngdây đơn nối hai máy phát A B Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến 49 Hình 4.3: Sơ đồ điện kháng phân tích cố Sử dụng tính toán điểm – điểm, với Δt = 0,05s , ta được: M = G.H ∗ = = 180 f 180.60 1200 (Δt )2 M Chương = (1 / 20)2 / 1200 =3 CBHD: TS Hồ Văn Hiến 50 Bảng 4.1: Tính toán điểm – điểm với Δt = 0,05s t(s) sin δ Pm Pu = Pa 3Pa Δδ δ Pm.sin δ 0- 0.491 1.83 0.90 0+ ,, 0.51 0.25 0.65 ,, 0,51 ,, 0.325 1.0 1.0 29.4 0,05 0.506 0,51 0.26 0.64 1.9 2.9 30.4 0.10 0.549 0,51 0.28 0.62 1.9 4.8 33.3 0,15 - 0.617 0,51 0.31 ,, ,, ,, 38.1 0,15+ ,, 0 ,, ,, ,, ,, 0,15 ,, 0.16 0.74 2.2 7.0 ,, 0,20 ,, 0 0.90 2.7 9.7 45.1 0,25 ,, ,, ,, ,, 12.4 54.8 0,30 ,, ,, ,, ,, 15.1 67.2 0,35- ,, ,, ,, ,, ,, 82.3 Dựa vào bảng 4.1 ta có: Khi xảy cố: t = 0s; δ = δ o = 29,4 o Máy cắt mở: t = 0,15s; δ = δ = 38,1o Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến 51 Máy cắt tự đóng lại: t = 0,35s; δ = δ = 82,3o Góc cắt lớn nhất: δ = δ = 180 o − δ o = 180 − 29,4 = 150,6 Diện tích đường dây cố: δ3 δ1 δ2 δ3 o ∫ P dδ = 0,51δ∫ sin δdδ + 0δ∫ sin δdδ + 1,83δ∫ sin δdδ u δo = 0,51(cos δ o − cos δ ) + 1,83(cos δ − cos δ ) = 0,51(0,871 − 0,787 ) + 1,83(0,134 + 0,871) = 1,88 Mặt khác, diện tích tính : 150,6 o − 29,4 o 0,90 = 1,90 57,3o Vì 1,90 ≈ 1,88 nên hệ thống đạt ổn định có tự đóng lại nhanh (theo tiêu chuẩn diện tích) 4.2 Hệ thống hai máy với đường dây kép Sơ đồ mạng phân tích hình 4.4, giả sử cố xảy đường dây truyền tải cao áp cố hai pha chạm đất cắt thời điểm 0,15 giây, sau 0,2 giây sau máy cắt tự đóng lại đường dây Trở kháng cho phần trăm, tần số 60 Hz Sử dụng công thức tính toán tương tự phần 4.1 ta được: Trước cố: Pm = 2,2 Khi xảy cố: Pm = 0,61 Một đường dây mở: Pm = 1,83 Sau đóng lại: Pm = 2,2 Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến 52 Hình 4.4: Sơ đồ cho phân tích ảnh hưởng tự đóng lại nhanh hệ thống hai máy với đường dây kép Hình4.5: Ảnh hưởng tự đóng lại đường dây kép nối hai máy phát A B Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến 53 Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến 54 Hình 4.6: Sơ đồ điện kháng phân tích cố Sử dụng tính toán điểm – điểm, với Δt = 0,05s , ta được: M = G.H ∗ = = 180 f 180.60 1200 (Δt )2 M Chương = (1 / 20)2 / 1200 =3 CBHD: TS Hồ Văn Hiến 55 Bảng 4.2: Tính toán điểm – điểm với Δt = 0,05s t(s) sin δ Pm Pu = Pa 3Pa Δδ δ 0.58 1.7 1.7 46.6 Pm.sin δ 0- 0.726 2.20 1.60 0+ ‘’ 0.61 0.44 1.16 ‘’ ‘’ ‘’ 0,05 0.747 ‘’ 0.46 1.14 3.4 5.1 48.3 0.10 0.803 ‘’ 0.49 1.11 3.3 8.4 53.4 0,15 - 0.881 0,15+ ‘’ 0.54 ‘’ ‘’ ‘’ ‘’ 1.83 1.61 ‘’ ‘’ ‘’ 0,15 ‘’ ‘’ 1.08 0.52 1.6 10.0 0,20 0.950 ‘’ 1.74 -0.14 -0.4 9.6 71.8 0,25 0.989 ‘’ 1.81 -0.21 -0.6 9.0 81.4 0,30 1.00 ‘’ 1.83 -0.23 -0.7 8.8 90.4 0,35- ‘’ ‘’ Chương ‘’ ‘’ ‘’ ‘’ 61.8 ‘’ ‘’ 98.7 CBHD: TS Hồ Văn Hiến 56 Diện tích đường cong công suất-góc: δ3 δ1 δ2 δ3 o ∫ P dδ = 0,61δ∫ sin δdδ + 1,83δ∫ sin δdδ + 2,2δ∫ sin δdδ u δo = 0,61(0,687 − 0,473) + 1,83(0,473 + 0,151) + 2,20(−0,151 + 0,687) = 0,130 + 1,141 + 1,179 = 2,450 Maët khác, diện tích tính : 133,4 o − 46,6 o 1,60 = 2,424 57,3 o Vì 2,4240 ≈ 2,450 nên hệ thống đạt ổn định có tự đóng lại nhanh (theo tiêu chuẩn diện tích) 4.3 Phân tích ổn định Matlab Hình 4.7: Sơ đồ khối mô khảo sát ổn định Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến 57 Hình 4.8: Sơ đồ khối vùng 4.3.1 Mô Chọn cố ba pha chạm đất, ngắn mạch thoáng qua Tại thời điểm ban đầu t= máy cắt đóng, t = 0,15s xảy cố ngắn mạch sau máy cắt đóng lại sau 0,2s Khảo sát đặc tuyến hình 4.9 ta thấy: Sau có tự đóng lại góc cắt δ < 90o đạt đến trạng thái ổn định Tại thời điểm ban đầu xảy cố, công suất tăng tốc Pa tăng, sau dần đến trạng thái ổn định Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến 58 Hình 4.9: Đặc tuyến góc cắt, công suất Pu, Pa theo thời gian 4.3.2 Mô Chọn cố ba pha chạm đất, tự đóng lại Khảo sát đặc tuyến hình 4.10 ta thấy: Sau tự đóng lại góc cắt δ > 90o tăng dần hệ ổn định Công suất tăng tốc Pa tăng, trạng thái không ổn định Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến 59 Hình 4.10: Đặc tuyến góc cắt, công suất Pu, Pa theo thời gian Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN Với thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài có thiếu sót chưa thể sâu vào chi tiết tất vấn đề Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng phạm vi mạng đơn giản Tuy nhiên, hy vọng kiến thức học tài liệu thu thập đáp ứng phần công tác nghiên cứu đề tài Em mong hướng dẫn đóng góp chia sẻ kiến thức liên quan từ Quý Thầy, Cô, đồng nghiệp bạn bè để đề tài thật có ích Xin chân thành cảm ơn Chương CBHD: TS Hồ Văn Hiến TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bảo vệ rơle tự động hóa hệ thống điện – Nguyễn Hoàng Việt – Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM [2] Ngắn mạch ổn định hệ thống điện - Nguyễn Hoàng Việt(chủ biên)Phan Thị Thanh Bình – Nhà xuất Đại học Quoác gia TPHCM [3] Power System Stability – Volume II – Edward Wilson Kimbark, SC D [4] Các Catalogue thiết bị tự đóng lại NULEC, COOPER [5] Bài báo “High – Speed Reclosing System and Machine Considerations” J.Berdy and P.G Brown Electric Utility Systems Engineering Dept General Electric Company Schenectady, NY Thuộc GER [6] Bài báo “Recloser Allocation for Improved Reliability of DG – Enhanced Distribution Networks” Aleksandar Pregelj, Miroslav Begovie Ajeet Rohatgi thành viên IEEE đăng tạp chí IEEE năm 2006 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Thị Thanh Trúc Ngày, tháng, năm sinh: 14/ 08/ 1979 Nơi sinh: Trà Vinh Địa liên lạc: 80/16 Lý Thái Tổ P2 Q3 TP Hồ Chí Minh Quá trình đào tạo: - 1997 – 2002: học đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, chuyên ngành Điện khí hóa – Cung cấp điện - 2002 đến nay: học cao học Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Quá trình công tác: 2002 đến giảng dạy Khoa Điện Trường Cao đẳng Công nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh ... nêu trên, đề tài:” Khảo sát ảnh hưởng tự đóng lại nhanh đến ổn định hệ thống điện? ?? nhằm nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng thiết bị tự đóng lại tốc độ nhanh đến ổn định hệ thống điện 6 Nội dung thực... điện MSHV: 01805471 I- TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG TỰ ĐÓNG LẠI NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan kiến thức tự đóng lại tốc độ nhanh đến ổn định hệ thống. .. ẢNH HƯỞNG CỦA TỰ ĐÓNG LẠI TỐC ĐỘ NHANH 3.1 Nội dung báo 3.2 Kết luận CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG TỰ ĐÓNG LẠI NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 Hệ thống hai máy với đường dây đơn 4.2 Hệ