Nghiên cứu hiệu quả của các thiết bị facts và ứng dụng lắp SVC trên đường dây 220KV pleiku xekaman 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VIỆT AN NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA CÁC THIẾT BỊ FACTS VÀ ỨNG DỤNG LẮP SVC TRÊN ĐƯỜNG DÂY 220KV PLEIKU XEKAMAN CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS Lê Việt Tiến Hà Nội – Năm 2018 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “ Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku Xekaman 1” cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố luận văn trước Tác giả Nguyễn Việt An Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đồng nghiệp bạn bè giúp đỡ động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Lê Việt Tiến người tận tình hướng dẫn giúp tác giả hồn thiện luận văn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CĐXL : Chế độ xác lập CSTD : Công suất tác dụng CSPK : Công suất phản kháng TBB : Thiết bị bù HTĐ : Hệ thống điện FACTS : Flexible AC Transmission System - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt TCSC : Thyristor Controlled Series Capacitor -Tụ nối tiếp điều khiển thyristor TCSR : Thyristor Switched Series Reactor Kháng điện nối tiếp điều khiển thyristor TCR : Thyristor Controlled Reactor - Cuộn kháng điều chỉnh thyristor TSC : Thyristor Switched Capacitor - Tụ đóng cắt thyristor STATCOM: Static Synchronous Compensator - Bộ bù đồng tĩnh UPFC : Unified Power Flow Cotroller AVR : (Automatic Voltage Regulator) - Thiết bị tự động điều khiển điện áp đầu cực máy phát ĐZ : Đường dây MBA : Máy biến áp TBN : Tụ bù ngang KBN : Kháng bù ngang Ptn : Công suất tác dụng tự nhiên Udđ : Pgh : Công suất giới hạn NMĐ : Nhà máy điện TBN : Thiết bị bù ngang TBD : Tụ bù dọc TĐN : Thủy điện nhỏ Điện áp danh định Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman MỤC LỤC CHƯƠNG I: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các giải pháp điều chỉnh điện áp hệ thống điện 1.2.1 Máy phát điện 1.2.2 Máy bù đồng 10 1.2.3 Điều chỉnh nấc phân áp Máy biến áp .10 1.2.4 Đóng cắt đường truyền tải 16 1.2.5 Lắp đặt thiết bị bù đường dây 17 1.3 Thực trạng điện áp điều chỉnh điện áp hệ thống điện Việt nam 23 1.3.1 Quy định điều chỉnh điện áp HTĐ Việt Nam 23 1.3.2 Đánh giá chung tình trạng điện áp HTĐ Việt Nam 27 1.4 Kết luận 31 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ FACTS 33 2.1 Giới thiệu 33 2.2 Phân loại thiết bị FACTS 34 2.3 Một số thiết bị FACTS điều khiển CSPK HTĐ 35 2.3.1 Tụ bù tĩnh điều khiển thyristor (SVC) 35 2.3.2 Thiết bị bù dọc điều khiển thyristor (TCSC) 37 2.3.3 Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM) .38 2.3.4 Thiết bị điều khiển góc pha Thyristor (TCPAR) 39 2.3.5 Thiết bị điều khiển dịng cơng suất hợp (UPFC) 40 2.4 Kết luận 42 CHƯƠNG III: TÁC DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC ĐẾN VIỆC NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CỦA HỆ THỐNG 44 3.1 Đặt vấn đề 44 3.2 Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC 45 3.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc thiết bị bù ngang có điều khiển SVC (Static Var Compensator) 45 3.2.2 Kháng điều chỉnh thyristor – TCR (Thyristor Controlled Reactor) 45 3.2.3 Tụ đóng mở thyristor TSC (Thyristor Switch Compensater) 52 3.2.4 Đặc tính điều chỉnh SVC 53 3.2.5 Đặc tính cơng suất SVC sơ đồ điều chỉnh điện áp 53 3.3 3.3.1 Một số ứng dụng SVC 54 Điều chỉnh điện áp trào lưu công suất .54 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman 3.3.2 Giới hạn thời gian cường độ áp xảy cố 56 3.3.3 Ơn hịa dao động cơng suất hữu công 56 3.3.4 Giảm cường độ dịng điện vơ cơng 57 3.3.5 Tăng khả tải đường dây 57 3.3.6 Cân phụ tải không đối xứng 59 3.3.7 Cải thiện ổn định sau cố .59 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SVC VỀ KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CỦA ĐZ 220KV PLEIKU 2– XEKAMAN 61 4.1 Giới thiệu lưới điện khu vực ĐZ 220kV Pleiku 2- Xekaman 61 4.1.1 Hiện trạng lưới điện khu vực 61 4.1.2 Quy hoạch phát triển lưới điện khu vực 64 4.2 Mô hệ thống điện Việt Nam phần mềm PSS/E ver.29 67 4.2.1 Phương pháp luận 67 4.2.2 Giới thiệu phần mềm PSS/E mô HTĐ Việt Nam 68 4.3 Tính tốn trào lưu công suất lưới truyền tải Tây Nguyên năm 2020 70 4.3.1 Đánh giá diễn biến điện áp lưới truyền tải Tây Nguyên năm 2020 70 4.3.2 Đánh giá hiệu lắp đặt thiết bị bù SVC 500kV Pleiku 72 4.4 Kết luận 75 CHƯƠNG V: CÁC KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .76 5.1 Kết luận chung 76 5.2 Các đề xuất 76 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện CHƯƠNG I: Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung Chất lượng điện hệ thống điện phạm trù rộng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện với phương diện mức độ khác nhau, chất lượng điện áp tiêu chí quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu trình sản xuất tuổi thọ phần tử lưới điện Hệ thống điện Việt Nam có nhiều đặc điểm khó khăn cho cơng tác vận hành đảm bảo chất lượng điện áp khu vực như: nguồn điện nằm cách xa trung tâm phụ tải, mật độ phụ tải không khu vực đồng miền núi, chênh lệch phụ tải cao điểm thấp điểm lớn,… Do vậy, điều chỉnh điện áp hệ thống điện nhiệm vụ đặc biệt quan trọng vận hành hệ thống Mục tiêu việc điều chỉnh điện áp nhằm đảm bảo:  Điện áp cung cấp cho thiết bị điện nằm giới hạn cho phép: thiết bị điện lưới thiết bị dùng điện khách hàng thiết kế để vận hành dải điện áp định  Sự ổn định hệ thống điện trường hợp bất thường cố  Hiệu kinh tế vận hành: giảm tối thiểu tổn thất điện lưới Điều chỉnh điện áp hệ thống điện liên quan trực tiếp đến thông số điện kháng, thành phần tổng trở đường dây lưới điện truyền tải Ta biết tổn thất điện áp điểm hệ thống điện xác định theo công thức sau: U  RP  QX PX  QR j U U (1.1) Trong đó: U - điện áp điểm đầu P, Q - công suất tác dụng công suất phản kháng điểm Trên lưới chủ yếu đường dây không nên thành phần X >> R, để đơn giản bỏ qua thành phần R Biểu thức (1.1) viết lại sau: QX PX (1.2) U  j U U Vì thực tế góc  (góc lệch điện áp đầu) nhỏ (  3-5o) nên biên độ độ lệch điện áp phụ thuộc chủ yếu vào thành phần áp điểm phụ thuộc chủ yếu vào thành phần QX góc lệch pha điện U PX U Hay nói cách khác công suất phản kháng truyền đường dây ảnh hưởng trực tiếp đến chênh lệch độ lớn điện áp đầu Cịn cơng suất tác dụng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman truyền đường dây định độ lệch pha điện áp đầu Độ lệch điện áp biểu diễn sơ đồ véc tơ hình U1 IX  U2 IR I Hình 1.1 Sơ đồ véc tơ độ lệch điện áp Vậy điều chỉnh điện áp điều chỉnh cân công suất phản kháng hệ thống điện bao gồm: điều chỉnh nguồn công suất phản kháng điều chỉnh trào lưu công suất phản kháng lưới điện Điều chỉnh nguồn công suất phản kháng biện pháp điều chỉnh lượng CSPK sinh tiêu thụ nhà máy điện, tụ bù ngang, kháng bù ngang, máy bù đồng thiết bị bù tĩnh (SVC - Static Var Compensator), điều chỉnh trào lưu công suất phản kháng lưới biện pháp thay đổi thông số, kết cấu lưới điện truyền tải (không sinh Q) lắp đặt tụ bù dọc, thay đổi nấc phân áp MBA, đóng cắt đường dây, nhằm mục đích đảm bảo điện áp vận hành nằm giới hạn cho phép Việc điều chỉnh điện áp giới hạn cho phép phức tạp phụ tải hệ thống điện phân bố rải rác thay đổi liên tục dẫn đến việc yêu cầu công suất phản kháng lưới truyền tải thay đổi theo Ngược với vấn đề điều chỉnh tần số hệ thống điện, điều chỉnh chung toàn hệ thống, điều chỉnh điện áp mang tính chất cục 1.2 Các giải pháp điều chỉnh điện áp hệ thống điện 1.2.1 Máy phát điện Các máy phát phương tiện điều chỉnh điện áp Bộ thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (Automatic Voltage Control –AVR) nhằm giữ cho điện áp đầu cực máy phát không đổi giá trị đặt trước phụ tải hệ thống thay đổi Điều chỉnh CSPK máy phát có ảnh hưởng mạnh đến điện áp nút đầu nguồn, có ảnh hưởng gián tiếp tới nút tải Đây phương pháp rẻ tiền (sẵn có) dễ thực nên ln tận dụng Hiệu cao phối hợp với biện pháp điều chỉnh đầu phân áp MBA Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman Giới hạn khả phát tiêu thụ cơng suất phản kháng thể hình 1.2 Máy phát phát cơng suất phản kháng dịng kích từ lớn (q kích thích) tiêu thụ cơng suất phản kháng dịng kích từ nhỏ (thiếu kích thích) MW Giới hạn tuabin Giới hạn dòng stator Giới hạn ổn định tĩnh Giới hạn dịng kt Hình 1.2: Đặc tính P - Q máy phát MVar Nguyên tắc thực tự động điều chỉnh kích từ thể hình 1.2 Máy phát đặc trưng sức điện động EF điện kháng XF Điện áp đầu cực máy phát xác định theo biểu thức: UF = EF - IF XF Nếu EF = const, IF thay đổi UF thay đổi, để giữ UF = const phải thay đổi EF tức thay đổi kích từ máy phát (Ikt) Dịng điện kích từ dòng điện chiều Idc, đưa vào roto máy phát để kích thích từ trường rơ to máy phát Hệ thống thiết bị tạo Idc gọi hệ thống kích từ máy phát Hình 1.3: Sơ đồ thay đồ thị véctơ điện áp máy phát Các máy phát điện làm việc chế độ: Chế độ máy phát chế độ động đồng Trong chế độ động hay gọi chế độ chạy bù, máy nhận cơng suất P từ lưới cịn cơng suất Q phát hay hút cách điều chỉnh kích từ (phụ thuộc vào điện áp lưới điện đó), q kích thích phát Q, kích thích hút Q Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman Với tổ máy phát - tuabin giữ chức chạy chế độ máy phát chế độ động cơ, tuabin gắn với máy phát để thay đổi linh hoạt phương thức vận hành chế độ Đối với trường hợp máy luôn chạy chế độ động cơ, tuabin tháo khỏi máy phát để giảm tải cho máy (giảm tiêu thụ P) máy thiết kế để chạy bù khơng có tuabin Theo Thông tư 25/2016/TT-BCT ngày 30/11/2016 Bộ Công Thương Quy định hệ thống điện truyền tải, Tổ máy phát điện nhà máy điện phải có khả phát công suất tác dụng định mức dải hệ số công suất từ 0,85 (ứng với chế độ phát công suất phản kháng) đến 0,9 (ứng với chế độ nhận công suất phản kháng) đầu cực máy phát điện, phù hợp với đặc tính cơng suất phản kháng tổ máy Về nguyên tắc, tất máy phát có khả phát tiêu thụ công suất phản kháng Nhưng thực tế, nhiều tổ máy khơng có khả tiêu thụ cơng suất phản kháng khả tiêu thụ công suất phản kháng thấp nhiều lần so với thiết kế đặc biệt tổ máy thủy điện Các tổ máy Ialy, Phú Mỹ, Hàm Thuận, Đa Mi, Bà Rịa,… khả tiêu thụ cơng suất phản kháng Một số tổ máy khác khơng có khả phát cơng suất phản kháng thiết kế tổ máy Phú Mỹ 2, Phả lại 2, Hàm Thuận, Đa Mi, Các tổ máy có khả điều chỉnh cơng suất phản kháng tốt gồm có Hịa Bình Trị An Các tổ máy thủy điện cịn có trang bị hệ thống chuyển bù Ở chế độ tổ máy có dải điều chỉnh cơng suất phản kháng lớn Một số nhà máy không chuyển bù gồm có Đa Nhim, Thác Mơ, Vĩnh Sơn, Hàm Thuận - Đa Mi (cơng suất hệ thống khí nén thấp) Ngoài nguyên nhân ảnh hưởng điện áp lưới đến khả phát tiêu thụ cơng suất phản kháng cịn thân thiết bị tổ máy làm hạn chế khả điều chỉnh Thực tế khơng thể tận dụng tồn nguồn cơng suất phản kháng nêu Vì yêu cầu phát tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ thuộc vào điện áp cục khu vực, khác với điều chỉnh tần số (mang tính chất chung tồn hệ thống), ta dùng lượng công suất phản kháng nguồn xa với nút điều chỉnh để điều chỉnh điện áp nút Ví dụ: điện áp Cần Thơ thấp thiếu cơng suất phản kháng, Trị An cịn khả phát cơng suất phản kháng, việc tăng công suất phản kháng phát Trị An ảnh hưởng không đáng kể đến điện áp Cần Thơ đồng thời việc tăng công suất phản kháng Trị An bị hạn chế điện áp Trị An khu vực lân cận cao Ngồi ra, thời điểm, có số tổ hợp máy phát định tham gia vận Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dựng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku – Xekaman 12 Bản vẽ PL12 Trào lưu công suất lưới điện truyền tải Tây Nguyên chế độ vận hành mùa mưa- phụ tải cực tiểu – Lắp đặt SVC TBA 500kV Pleiku 13 Bản vẽ PL13 Trào lưu công suất lưới điện truyền tải Tây Nguyên chế độ vận hành mùa mưa- phụ tải cực tiểu – Lắp đặt SVC TBA 220kV Xekaman 14 Bản vẽ PL14 Trào lưu công suất lưới điện truyền tải Tây Nguyên chế độ vận hành mùa mưa- phụ tải cực tiểu – Lắp đặt SVC mạch ĐZ 220kV Pleiku 2-Xekaman 15 Bản vẽ PL15 Trào lưu công suất lưới điện truyền tải Tây Nguyên chế độ vận hành mùa khô- phụ tải cực tiểu – Lắp đặt SVC TBA 500kV Pleiku 16 Bản vẽ PL16 Trào lưu công suất lưới điện truyền tải Tây Nguyên chế độ vận hành mùa khô- phụ tải cực tiểu – Lắp đặt SVC TBA 220kV Xekaman 17 Bản vẽ PL17 Trào lưu công suất lưới điện truyền tải Tây Nguyên chế độ vận hành mùa khô- phụ tải cực tiểu – Lắp đặt SVC mạch ĐZ 220kV Pleiku 2-Xekaman 80 ... điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “ Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường. .. tiếp với đường dây hay số điểm đường dây, làm giảm điện kháng tổng đường dây 17 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman. .. thay đổi tổng trở đường dây 20 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện Nghiên cứu hiệu thiết bị FACTS ứng dụng lắp SVC đường dây 220kV Pleiku - Xekaman Mức độ bù thiết bị bù dọc đường dây siêu cao áp thường