Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc đánh giá hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới phân phối xét cho lưới thành phố nam định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ NGỌC QUẢNG Đề tài: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến việc đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn lưới phân phối, xét cho lưới thành phố Nam Định NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BẠCH QUỐC KHÁNH Hà Nội – Năm 2009 HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn luận văn thân tơi nghiên cứu, tính tốn phân tích Số liệu đưa luận văn dựa kết tính tốn trung thực tôi, không chép hay số liệu công bố Nếu sai với lời cam kết trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả Đỗ Ngọc Quảng HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .7 CHƢƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Tên đề tài: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối, xét cho lƣới thành phố Nam Định Tóm tắt nội dung luận văn: Ý nghĩa khoa học đề tài: Ý nghĩa thực tiễn đề tài: 10 CHƢƠNG – TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG – BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN (VOLTAGE SAG) 12 1.1 Sự cần thiết việc nghiên cứu chất lượng điện 12 1.1.1 Các tƣợng, biểu liên quan đến chất lƣợng điện 13 1.1.2 Các vấn đề, ảnh hƣởng chất lƣợng điện 14 1.1.3 Các giải pháp nâng cao chất lƣợng điện 14 1.1.4 Bảng nội dung thiết kế có xem xét vấn đề chất lƣợng điện 15 1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn điện .16 1.2.1 Khái niệm chung biến thiên điện áp ngắn hạn điện 16 1.2.2 Vùng bị ảnh hƣởng 20 1.2.3 Các biện pháp ngăn ngừa loại trừ cố biến thiên điện áp ngắn hạn điện 20 1.3 Kết luận 25 CHƢƠNG – BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN (VOLTAGE SAG) VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ .26 2.1 Các tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối 26 HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối 2.1.1 Tần suất điện trung bình - SAIFI 26 2.1.2 Thời gian điện trung bình- SAIDI 27 2.1.3 Tần suất khách hàng bị điện trung bình- CAIFI 27 2.1.4 Thời gian trung bình khách hàng bị điện- CAIDI 27 2.1.5 Mức độ sẵn sàng trung bình hệ thống -ASAI 27 2.2 Các tiêu đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn lưới phân phối 28 2.2.1 SARFI – Tần suất biến thiên điện áp trung bình 28 2.2.1.1 Chỉ số SARFIx 28 2.2.1.2 Chỉ số SARFIx-curve 28 2.2.1.3 Đƣờng cong SARFI 30 2.2.2 ASIDI – Thời gian điện trung bình 31 2.3 Kết luận 32 CHƢƠNG – MƠ HÌNH TÍNH TỐN BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN (VOLTAGE SAG) TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 33 3.1 Thông tin biến thiên điện áp ngắn hạn lưới điện khứ 33 3.2 Mô phân bố cố 34 3.3 Sơ đồ khối tính tốn biến thiên điện áp ngắn hạn lưới phân phối 35 3.4 Kết luận 38 CHƢƠNG – TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN ĐÁNH GIÁ BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƢỚI PHÂN PHỐI 39 4.1 Mô phân bố cố lưới điện phân phối trạm 110 kV E3.9 39 4.2 Thông số vận hành chế độ xác lập 49 4.3.Tính ngắn mạch tổng hợp giá trị điện áp, tần suất sụt giảm điện áp .52 4.4 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx 52 4.4.1 Đánh giá voltage sag vị trí Node 38_475 (Nút 38 lộ 475: Trạm Công ty may Nam Hải) 52 4.4.2 Đánh giá Voltage sag cho hệ thống .65 4.5 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx-cuver .88 HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối 4.6 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx-cuver xét lưới trung tính cách điện (giả định): .88 4.7 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx-cuver xét phân bố cố phân bố chuẩn nhị biến (BND): 90 4.7.1 Giới thiệu chung: .90 4.7.2 Mơ hình hoá suất cố: 92 4.7.3 Kết tính tốn: 94 CHƢƠNG 5- CÁC KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ĐƢỢC ĐƢA RA .98 5.1 Kết luận chung 98 5.2 Các đề xuất 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU STT Chữ viết tắt Tên đầy đủ Máy biến áp MBA TBA LPP PSS/ADEPT Lưới phân phối Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity BND Phân bố chuẩn nhị biến SANH Sụt áp ngắn hạn IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineer Viện kỹ nghệ điện điện tử IEC International Electrotechnical Commission Hiệp hội kỹ thuật điện tử quốc tế Trạm biến áp HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các nội dung thiết kế xét yếu tố chất lượng điện .16 Bảng 1.2 Chi phí đầu tư suất chi phí O&M khắc phục cố sụt áp 21 Bảng 4.1 Số thứ tự, tên nút (Trong PSS/Adept), tên trạm biến áp 42 Bảng 4.2 Các vị trí tính ngắn mạch (396 vị trí) đường dây chiều dài khoảng tính ngắn mạch .43 Bảng 4.3 Mức cố lưới điện 45 Bảng 4.4 Phân bố suất cố vị trí trạm biến áp 46 Bảng 4.5 Phân bố suất cố vị trí ngắn mạch đường dây .47 Bảng 4.6 Điện áp nút chế độ xác lập 49 Bảng 4.7 Giá trị điện áp trạm Công ty may Nam Hải (Node38_475) xảy ngắn mạch pha nút tải (214 nút) lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV E3.9 53 Bảng 4.8 Giá trị điện áp trạm Công ty may Nam Hải (Node38_475) xảy ngắn mạch pha điểm ngắn mạch đường dây (396 nút) lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV E3.9 .55 Bảng 4.9 Tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Công ty may Nam Hải (Node38_475) xảy ngắn mạch pha điểm ngắn mạch trạm biến áp phân phối (214 nút) lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV E3.9 57 Bảng 4.10 Tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Công ty may Nam Hải (Node38_475) xảy ngắn mạch pha điểm ngắn mạch đường dây (396 nút) lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV E3.9 60 Bảng 4.11 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Công ty may Nam Hải (Node38_475) 64 Bảng 4.12 Chỉ số SARFIx xét vị trí trạm Cơng ty may Nam Hải (Node38_475) 64 Bảng 4.13 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ tồn 214 vị trí lưới phân phối 66 Bảng 4.14 Tần suất cố sag có biên độ nhỏ ngưỡng điện áp x 214 vị trí lưới phân phối 76 Bảng 4.15 Chỉ tiêu SARFIx hệ thống 86 HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các biện pháp nhằm nâng cao chất lượng điện áp 15 Hình 1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn hệ thống điện mạch kép mạch bị ngắn mạch 17 Hình 1.3 Biểu diễn trình biến thiên điện áp 17 Hình 1.4 Mười dải biến thiên điện áp ngắn hạn phân chia theo biên độ sụt áp .18 Hình 1.5 Các nguồn gây biến thiên điện áp ngắn hạn điện 19 Hình 1.6 Đường cong chịu đựng biến thiên điện áp ngắn hạn thiết bị điện .19 Hình 1.7 Vùng bị ảnh hưởng biến thiên điện áp ngắn hạn điện .20 Hình 1.8 Mạch điện hình tia sử dụng cầu chì mạnh nhánh .24 Hình 1.9 Phân đoạn thiết bị tự động đóng lại 24 Hình 2.1 Đường cong SAIFI Châu Âu 26 Hình 2.2 Đường cong CBEMA 30 Hình 2.3 Đường cong ITIC 30 Hình 2.4 Đường cong SEMI 31 Hình 3.1 Đặc tính tác động cầu chì 36 Hình 3.2 Sơ đồ khối chương trình tính tốn .38 Hình 4.1 Lưới điện 22 kV trạm 110/22 kV Mỹ Xá (E3.9) TP Nam Định 41 Hình 4.2 Điện áp pha nút - lộ 471 E3.9 chế độ xác lập .51 Hình 4.3 Điện áp pha nút - lộ 473 E3.9 chế độ xác lập .51 Hình 4.4 Điện áp pha nút - lộ 475 E3.9 chế độ xác lập .51 Hình 4.5 Điện áp pha nút - lộ 477 E3.9 chế độ xác lập .51 Hình 4.6 Điện áp pha nút - lộ 479 E3.9 chế độ xác lập .51 Hình 4.7.Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp 84 Hình 4.8 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx 87 Hình 4.9 Chỉ tiêu SARFIx SARFIx-curve 88 Hình 4.10 Chỉ tiêu SARFIx SARFIx-curve (Trung tính cách điện) 89 Hình 4.11 Chỉ tiêu SARFIx (Trung tính nối đất cách điện) 89 Hình 4.12 Ảnh hưởng nối đất trung tính đến .90 Hình 4.13 Ví dụ phân bố chuẩn nhị biến 91 Hình 4.14 Ảnh hưởng mức độ phân bố cố đến tiêu SARFIX 95 Hình 4.15 Ảnh hưởng mức độ tán xạ cố đến tiêu SARFIX 96 Hình 4.16 Ảnh hưởng vị trí tập trung cố đến tiêu SARFIX .97 LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối HV: Đỗ Ngọc Quảng CHƢƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Lưới điện phân phối đóng vai trị quan trọng việc ổn định trị, phát triển kinh tế quốc gia Đất nước phát triển, ngày sử dụng thiết bị tiết kiệm lượng đòi hỏi chất lượng điện ngày cao việc ứng dụng thiết bị điện - điện tử, thiết bị có vi điều khiển, thiết bị điện tử công … Các thiết bị nhạy cảm với vấn đề chất lượng điện hệ thống điện Chất lượng điện hệ thống điện phạm trù rộng lớn Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện chất lượng điện áp tiêu quan trọng Một vấn đề chất lượng điện nhiều nhà nghiên cứu xem xét đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn (Voltage sags) lưới phân phối Trong năm gần có số đề tài nghiên cứu vấn đề biến thiên điện áp ngắn hạn (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới phân phối, nhiên việc nghiên cứu dừng lại lưới điện nhỏ (thường xét lộ đường dây) hạn chế chưa xét đến yếu tố ảnh hưởng đến việc đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn, tính tốn tồn số giả thiết làm cho yếu tố trở nên đơn giản hơn, điều dẫn đến hạn chế mơ hình tính tốn phạm vi ứng dụng Do để tiếp tục phát triển đề tài trên, luận văn xin phép tiến hành nghiên cứu đánh giá tiện sụt giảm điện áp ngắn hạn lưới phân phối có xét đến số yếu tố ảnh hưởng (đề tài xét ảnh hưởng thiết bị bảo vệ, ảnh hưởng phương pháp nối đất trung tính, ảnh hưởng phân bố cố) Lưới điện xét luận văn toàn lưới điện 22 kV trạm biến áp 110 kV vận hành: có lộ đường dây với 214 phụ tải, 396 nút HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối Tên đề tài: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến việc đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn lưới phân phối, xét cho lưới thành phố Nam Định Tóm tắt nội dung luận văn: Luận văn trình bày phương pháp đánh giá tượng chất lượng điện lưới phân phối biến thiên điện áp ngắn hạn (Voltage sag) Việc đánh giá dựa việc phát triển tiêu SARFIx thành SARFIx-curve, có xét đến yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá sụt áp ngắn hạn Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Chương Nghiên cứu tổng quan chất lượng điện năng, biến thiên điện áp ngắn hạn Chương Trình bày biến thiên điện áp ngắn hạn tiêu đánh giá: Các tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, tiêu đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn lưới phân phối, số đường cong chịu đựng thiết bị Chương Xây dựng toán đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn lưới phân phối có xét đến thời gian tác động thiết bị bảo vệ Mô cố dẫn đến sụt giảm điện áp, mô lưới điện phần mềm PSS/Adept cho tính tốn ngắn mạch, xây dựng thuật tốn để tính Chương Áp dụng phương pháp dự báo ngẫu nhiên đánh giá sụt giảm điện áp cho lưới điện phân phối 22 kV trạm 110 kV Đánh giá theo hai số SARFI x SARFIx-curve, có xét đến yếu tố ảnh hưởng: - Ảnh hưởng nối đất trung tính lưới điện - Ảnh hưởng việc thay đổi tham số trường hợp phân bố cố phân bố chuẩn nhị biến Chương Đưa kết luận đề xuất cho hướng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài: Luận văn trình bày phương pháp đánh giá tượng voltage sag lưới điện phân phối có xét đến thời gian tác động bảo vệ, ảnh hưởng nối đất HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối Từ bảng 4.13, 4.14 4.15 ta vẽ hình vẽ 4.7, 4.8 minh họa tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx Hình 4.7 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp Hình 4.8 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx 87 HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối 4.5 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx-cuver Tính tương tự phần nhiên có xét đến thời gian tác động thiết bị bảo vệ đường cong chịu đựng thiết bị ta có đồ thị minh họa Hình 4.9 Hình 4.9 Chỉ tiêu SARFIx SARFIx-curve 4.6 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx-cuver xét lƣới trung tính cách điện (giả định): Đối với bước làm tính tốn tiêu SARFI x SARFIx-cuver cho lưới thật Công ty Điện lực Nam Định quản lý, vận hành Tuy nhiên để đánh giá ảnh hưởng nối đất lưới điện đến việc đánh giá voltage sag tác giả giả định, xét lưới trung tính cách đất có kết sau (các bước làm trên) Hình 4.10, 4.11, 4.12 biểu diễn tiêu SANH LPP xét với trường hợp lưới trung tính nối đất, cách điện, tương ứng với trường hợp cố phân bố (coi cố hư hỏng thiết bị gây ra) (Kết chi tiết có đĩa DVD kèm theo luận văn) 88 HV: Đỗ Ngọc Quảng LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối Hình 4.10 Chỉ tiêu SARFIx SARFIx-curve (Trung tính cách điện) Hình 4.11 Chỉ tiêu SARFIx (Trung tính nối đất cách điện) 89 LVCH: Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến việc đánh giá tƣợng biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối HV: Đỗ Ngọc Quảng 45 SARFIX Trung tÝnh nèi ®Êt 40 SARFIX Trung tính cách đất 35 SARFIX-SEMI Trung tính nối đất 35.6 SARFIX-SEMI Trung tính cách đất 31.3 30 28.2 25.0 25 25.6 25.0 26.5 25.6 39.9 36.9 36.5 31.6 31.3 31.9 20 15 13.1 5.6 3.6 31.9 29.1 28.1 21.7 8.6 31.9 26.5 20.4 10 39.9 36.9 34.8 20.3 21.8 21.8 20.7 12.9 8.5 5.5 3.6