Nghiên cứu các biện pháp nâng cao chất lượng điện năng của lưới phân phối có xét đến ảnh hưởng của các nguồn điện phân tán

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Hồng Nhung NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN Chuyên ngành : Mạng Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Đặng Quốc Thống Hà Nội –2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn riêng Các kết tính tốn luận văn trung thực chưa công bố luận văn khác Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Hồng Nhung LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, nỗ lực thân cịn phải kể đến giúp đỡ tận tình thầy cơ, bạn bè gia đình Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Đặng Quốc Thống, người giúp đỡ nhiều q trình tơi thực luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, đồng nghiệp môn Hệ thống điện động viên đóng góp chuyên môn quý báu cho luận văn Cuối xin bày tỏ lịng biết ơn đến tồn thể người thân gia đình động viên, hỗ trợ tích cực giúp tơi vượt qua khó khăn thời gian qua MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 LỜI CẢM ƠN .2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .6 DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 12 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 12 1.1 Sự cần thiết phải quan tâm đến chất lượng điện 12 1.2 Định nghĩa chất lượng điện 13 1.3 Tổng quan vấn đề chất lượng điện .14 1.3.1 Quá độ (Transients) 14 1.3.2 Sự biến thiên điện áp khoảng thời gian dài 16 1.3.3 Sự biến thiên điện áp khoảng thời gian ngắn 16 1.3.4 Mất cân điện áp (Voltage Imbalance) .18 1.3.5 Độ méo sóng (Waveform Distortion) .19 1.3.6 Dao động điện áp (Voltage Fluctuation) 21 1.3.7 Sự biến thiên tần số công nghiệp .21 CHƯƠNG 24 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 24 2.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán 24 2.2 Đặc điểm công nghệ nguồn điện phân tán 25 2.3 Một số dạng nguồn phát điện phân tán .26 2.3.1 Điện gió 27 2.3.2 Điện mặt trời 28 2.3.3 Thủy điện nhỏ 29 2.3.4 Một số nguồn phân tán khác 31 2.4 Lợi ích nguồn điện phân tán .33 2.4.1 Nâng cao độ tin cậy lưới điện; 33 2.4.2 Làm giảm yêu cầu công suất đỉnh 33 2.4.3 Nâng cao chất lượng điện 34 2.5 Hiện trạng xu hướng phát triển nguồn phân tán Việt Nam .35 CHƯƠNG 37 ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN LÊN HIỆN TƯỢNG SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN VÀ MẤT ĐIỆN TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 37 3.1 Hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn điện .37 3.1.1 Khái niệm chung 37 3.1.2 Các biện pháp ngăn ngừa loại trừ cố sụt áp điện 40 3.1.3 Đường cong chịu đựng thiết bị điện 42 3.2 Ảnh hưởng DG lên tượng sụt áp ngắn hạn điện .45 3.2.1 Ảnh hưởng DG lên hệ thống bảo vệ lưới phân phối 45 3.2.2 Ảnh hưởng DG lên sụt giảm điện áp ngắn hạn 48 3.3 Kết luận 51 CHƯƠNG 53 ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN PHÂN TÁN LÊN SỰ PHỐI HỢP TÁC ĐỘNG CỦA RECLOSER VÀ CẦU CHÌ .53 4.1 Đặt vấn đề 53 Các trường hợp toán 57 4.4 Phương pháp lựa chọn recloser cầu chì 60 4.5 Tính tốn áp dụng cho lưới điện thực tế 61 4.5.1 Tính tốn dịng cơng suất lựa chọn recloser, cầu chì 62 4.5.2 Tính cơng suất phát lớn cho phép DG .65 4.6 Kết luận 66 CHƯƠNG 67 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN PHÂN TÁN ĐẾN ĐỘ SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ 67 5.1 Đặt vấn đề 67 5.2 Mơ hình tính tốn sụt áp xác suất cắt thiết bị pha hạ áp lưới phân phối .68 5.2.1 Mơ hình tính tốn .68 5.2.2 Phương pháp tính xác suất cắt thiết bị pha hạ áp 70 5.2.3 Hệ thống bảo vệ DG lưới phân phối .71 5.3 Tính tốn, đánh giá xác suất cắt thiết bị pha hạ áp 74 Line .77 5.3.1 Phía 22kV trạm biến áp 110kV có trung tính nối đất trực tiếp 77 KẾT LUẬN .108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .110 PHỤ LỤC 112 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt CC Cầu chì CHP Đồng phát nhiệt điện CP Điểm kết nối DC Thành phần chiều DG Nguồn phân tán ĐMT Điện mặt trời ĐSK Điện sinh khối Đặc tính MM Đặc tính Thời gian chảy nhỏ Đặc tính TC Đặc tính Thời gian chảy hoàn toàn HT Hệ thống MC Máy cắt PCC Điểm kết nối chung SE Phụ tải; thiết bị nhạy cảm phụ tải TBA Trạm biến áp TĐN Thủy điện nhỏ TĐL Tự đóng lại THD Tổng độ méo sóng hài DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.2 Xung dịng điện dao động q độ .15 Hình 1.3 Sụt áp cố ngắn mạch pha 18 Hình 1.4 Sụt áp khởi động động lớn .18 Hình 1.6 Dạng sóng dịng điện 20 Hình 1.7 Phân tích phổ dịng điện .20 Hình 1.8 Hiện tượng Notching 20 Hình 1.9 Dao động điện áp 21 hồ quang điện 21 Hình 1.10 Các khái niệm xét theo biên độ theo tiêu chuẩn IEEE -1159 23 Hình 2.1 Điểm kết nối (CP) điểm kết nối chung (PCC) .26 Hình 2.3 Đặc tính cơng suất động gió 28 Hình 2.4 Sơ đồ trạm thủy điện nhỏ 30 Hình 2.5 Sơ đồ mơ hình cung cấp điện khí Biogass .31 Hình 3.1 Sụt áp hệ thống điện mạch kép mạch bị ngắn mạch .39 Hình 3.2 Biểu diễn trình sụt áp đến loại trừ cố sau lần TĐL .39 Hình 3.3 Mười dải sụt áp phân chia theo biên độ sụt áp 40 Hình 3.4 Đường cong chịu đựng thiết bị – CBEMA 43 Hình 3.5 Đường cong chịu đựng thiết bị – ITIC .43 Hình 3.6 Đường cong chịu đựng thiết bị – SEMI .44 Hình 3.7 Đường dây phân phối phối hợp đặc tính tác động thiết bị bảo vệ 45 Hình 3.8 Phân bố dịng cố có DG Trường hợp phối hợp recloser cầu chì 47 Hình 3.9 Phân bố dịng cố có DG Trường hợp bảo vệ đầu nguồn tác động sai 47 Hình 3.10 Đặc tính bảo vệ đường dây có phụ tải nhỏ đường dây 48 Hình 3.11 Sơ đồ tổng trở Trường hợp 49 Hình 3.12 Sơ đồ tổng trở Trường hợp 50 Hình 3.13 Sơ đồ tổng trở Trường hợp 50 Hình 4.1 Đặc tính bảo vệ recloser cầu chì 54 Hình 4.2 Đặc tính tác động cầu chì 55 Hình 4.3 Phối hợp đặc tính làm việc recloser cầu chì 56 Hình 4.4 Trường hợp 1: DG điểm cố phía sau recloser 58 Hình 4.5 Trường hợp 2: DG phía sau recloser điểm cố 58 phía trước recloser .58 Hình 4.6 Trường hợp 3: DG trước recloser điểm cố sau recloser 59 Hình 4.7 Trường hợp 4: DG điểm cố trước recloser 60 Hình 4.8 Sơ đồ lộ đường dây 475 trạm 1100kV Văn Bàn, Lào Cai 61' Hình 4.9 Phối hợp đặc tính bảo vệ recloser cầu chì Kearney 20A, type X, extra slow khơng có DG 63 Hình 4.10 Phối hợp đặc tính bảo vệ recloser cầu chì Kearney 25A, type X(Fit-All), extra slow khơng có DG 64 Hình 4.11 Phối hợp đặc tính bảo vệ recloser cầu chì Kearney 30A, type X(Fit-All), extra slow khơng có DG 64 Hình 4.12 Phối hợp đặc tính bảo vệ recloser cầu chì Kearney 30A, type X(Fit-All), extra slow DG phát công suất cực đại 66 Hình 5.1 Đường cong SEMI E10 .71 Hình 5.2 Biểu đồ điện áp phụ tải ngắn mạch pha line1, line9, line18 79 Hình 5.3 Biểu đồ điện áp phụ tải ngắn mạch pha line1, line9, line18 80 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân nhóm đặc tính tượng điện từ hệ thống điện 22 Bảng 2.1: Dãy công suất tương ứng công nghệ DG 25 Bảng 2.2: Công suất đặt nhà máy địa nhiệt giới .32 Bảng 3.1: Điện áp phụ tải xảy ngắn mạch pha .51 Bảng 4.1: Tỉ lệ dòng ngắn mạch dòng định mức DG 57 Bảng 5.1: Thời gian tác động bảo vệ DG 72 Bảng 5.2: Số thứ tự tên phụ tải hạ áp đánh giá độ sụt áp .75 Bảng 5.3: Các vị trí tính ngắn mạch đường dây 76 chiều dài khoảng tính ngắn mạch 76 Bảng 5.4: Xác suất cố xẩy đoạn đường dây .77 Bảng 5.5: 77 Bảng 5.6: Điện áp phụ tải ngắn mạch pha line1 ,line line 18 Trường hợp khơng có DG 78 Bảng 5.7: Điện áp phụ tải ngắn mạch pha 79 line 1,line line 18 Trường hợp có DG 79 Bảng 5.8: Điện áp bus1’ cố pha chạm đất, DG Trường hợp 81 Bảng 5.9: Xác suất cắt thiết bị pha hạ áp bus1’ cố pha chạm đất khơng có DG Trường hợp 81 Bảng 5.10: Điện áp bus1’ cố pha chạm đất, khơng có DG Trường hợp 82 Bảng 5.11 Xác suất cắt thiết bị pha hạ áp bus 1’ cố pha chạm đất, khơng có DG Trường hợp .82 Bảng 5.12: Điện áp bus1’ cố pha có cố pha, khơng có DG Trường hợp .83 Bảng 5.13 Xác suất cắt thiết bị pha hạ áp bus1’ có cố pha, khơng có DG Trường hợp .84 Bảng 5.14: Điện áp bus1’ cố pha , khơng có DG Trường hợp 84 Bảng 5.15: Xác suất cắt thiết bị pha hạ áp bus1’ có cố pha, khơng có DG Trường hợp .85 Bảng 5.16: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t c > t f , khơng có DG Trường hợp .98 Bảng 5.17: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t f > t c , khơng có DG Trường hợp .99 Bảng 5.18: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t c > t f , có DG Trường hợp 102 Bảng 5.19: Điện áp bus1’ cố pha chạm đất có nguồn hệ thống DG Trường hợp 102 Bảng 5.20: Điện áp bus1’ cố pha chạm đất có DG 103 Bảng 5.21: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t f > t c , có DG Trường hợp 104 Bảng 5.22: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t c > t f , có DG Trường hợp 105 Bảng 5.23: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t f > t c , có DG Trường hợp 105 Bảng 5.24: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t c > t f , khơng có DG Trường hợp 105 Bảng 5.25: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t f > t c , khơng có DG Trường hợp 105 Bảng 5.26: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t c > t f , có DG Trường hợp 106 Bảng 5.27: Xác suất cắt thiết bị pha trung bình nút phụ tải với t f > t c , có DG Trường hợp 106 [B ] 0,78 0,221 0 0,78 0,221 0 0,78 0,221 0 0,69 0,313 0 0,53 0,313 0 0,481 0,519 0 0,266 0,734 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 [B ] 97 Kết tính tốn xác suất cắt thiết bị pha hạ áp nút phụ tải: 0,4192 0,428533 0,464467 0,5869 0,7036 0,751267 0,7656 0,783333 0,783333 [N] 0,783333 0,783333 0,783333 0,783333 0,783333 0,783333 0,783333 0,783333 0,783333 Từ kết trên, ta có xác suất cắt thiết bị pha trung bình 0,708 với 10s t f , khơng có DG Trường hợp 20ms