Nghiên cứu ứng dụng bộ lọc thụ động để ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ

Tổng quan về hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ; phân tích hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ; ứng dụng bộ lọc thụ động để ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ. Tổng quan về hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ; phân tích hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ; ứng dụng bộ lọc thụ động để ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng tần số dưới đồng bộ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Nghiên cứu ứng dụng lọc thụ động để ngăn ngừa tượng cộng hưởng tần số đồng PHẠM TUẤN ANH phtuanbk@gmail.com Ngành Kỹ thuật điện Chuyên ngành Hệ thống điện Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Viện: TS Lê Đức Tùng Hệ thống điện Điện HÀ NỘI, 07/2020 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học, môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho học tập thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Đức Tùng tận tình hướng dẫn bảo tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tác giả luận văn Phạm Tuấn Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tổng hợp thực Các kết phân tích hồn tồn trung thực, nội dung Thuyết minh chưa công bố Luận văn có sử dụng tài liệu tham khảo nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Phạm Tuấn Anh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN iii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các chế độ dao động hệ trục tuabin – máy phát điện 1.3 Ảnh hưởng tụ bù dọc hệ trục tuabin – máy phát điện 1.4 1.3.1 Đặc điểm hệ thống truyền tải điện có lắp tụ bù dọc 1.3.2 Ảnh hưởng tụ bù dọc trục tuabin – máy phát điện Phân loại tượng cộng hưởng tần số đồng 1.4.1 Hiệu ứng máy phát điện 1.4.2 Tương tác xoắn 1.4.3 Momen xoắn độ 1.5 Một số phương pháp phân tích tượng SSR 10 1.6 Kết luận 11 CHƯƠNG PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ 13 2.1 2.2 2.3 Mơ hình toán học máy phát điện đồng [8] 13 2.1.1 Cấu tạo nguyên lý 13 2.1.2 Đặc điểm phân loại 15 2.1.3 Mơ hình máy phát hệ trục tọa độ abc 16 2.1.4 Biến đổi đại lượng stator tọa độ dq0 rotor 19 2.1.5 Các phương trình điện áp tọa độ dq0 rotor 20 2.1.6 Momen điện từ máy điện đồng 21 2.1.7 Chuyển sang hệ đơn vị tương đối 21 Mơ hình hóa trục tuabin [8] 23 2.2.1 Các thông số hệ trục tuabin – máy phát điện 23 2.2.2 Mơ hình hóa hệ trục tuabin 25 Phân tích tượng cộng hưởng tần số đồng 28 2.3.1 Phương pháp tính tốn phần mền EMTP 28 2.3.2 Thông số mơ hình FBM [9] 31 2.3.3 Mô tượng SSR mơ hình FBM 34 2.3.4 Thơng số mơ hình SBM [10] 39 2.3.5 Mô tượng SSR mơ hình SBM 42 CHƯƠNG ỨNG DỤNG BỘ LỌC THỤ ĐỘNG ĐỂ NGĂN NGỪA HIỆN TƯỢNG CỔNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ 49 3.1 3.2 Tổng quan giải pháp vấn đề SSR 49 3.1.1 Giảm mức độ bù dọc đường dây truyền tải [11] 49 3.1.2 Đặt cuộn dây cản mặt cực máy phát [12] 49 3.1.3 Sử dụng lọc thụ động [6] 50 3.1.4 Sử dụng lọc tích cực [12] 51 3.1.5 Sử dụng rơ le SSR [12] 52 Ứng dụng lọc thụ động ngăn ngừa tượng SSR 52 3.2.1 Cấu tạo nguyên lý lọc thụ động [13] 52 3.2.2 Tính thơng số lọc cho mơ hình FBM SBM 55 3.2.3 Thiết kế điều khiển đóng cắt lọc thụ động 56 3.2.4 Kết mô 58 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC KÝ TỰ, VIẾT TẮT SSR: Cộng hưởng đồng (SubSynchronous Resonance) IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineer FBM: Mơ hình chuẩn IEEE First Benchmark SBM: Mơ hình chuẩn IEEE Second Benchmark BL: Bộ lọc thụ động (Block filter) MF: Máy phát NMNĐ: Nhà máy nhiệt điện TCSC: Thyristor Controlled Series Compensation TSR: Torsinal Stress Relay DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Dao động ngang trục rotor Hình 1.2 Dao động vặn xoắn trục rotor Hình 1.3 Hình dạng mode dao động xoắn khối trục tuabin Hình 1.4 Mơ hình hệ thống điện đơn giản có tụ bù dọc Hình 1.5 Tác dụng tăng tính ổn định tụ bù dọc Hình 1.6 Mơ hình đơn giản có tụ bù dọc Hình 1.7 Tuabin –Máy phát với đường dây truyền tải có tụ bù Hình 1.8 Biên độ dao động momen truc với tổn thất tuổi thọ trục Hình 2.1 Sơ đồ mơ hình nghiên cứu First Benchmark 13 Hình 2.2 Sơ đồ trục turbin mơ hình First BenchMark 13 Hình 2.3 Kết cấu máy phát điện đồng ba pha 14 Hình 2.4 Sơ đồ mạch điện máy phát điện lý tưởng 16 Hình 2.5 Mơ hình khối tập trung roto máy phát điện 24 Hình 2.6 Mơ hình khối LPB – GEN 26 Hình 2.7 Cấu trúc khí hệ trục tuabin khối 27 Hình 2.8 Đường tích phân số y(x) 30 Hình 2.9 Mạch điện tương đương rotor 32 Hình 2.10 Sơ đồ mơ hình FBM xây dựng phần mềm EMTP 35 Hình 2.11 Đáp ứng dịng điện pha A máy phát điện bù 74,2% 35 Hình 2.12 Đáp ứng điện áp tụ điện bù dọc bù 74,2% 35 Hình 2.13 Đáp ứng momen xoắn trục LPA – LPB bù 74,2% 36 Hình 2.14 Đáp ứng momen xoắn trục GEN – EXC bù 74,2% 36 Hình 2.15 Đáp ứng góc Teta khối trục bù 74,2% 36 Hình 2.16 Đáp ứng dòng điện pha A máy phát điện bù 20% 37 Hình 2.17 Đáp ứng điện áp tụ bù dọc bù 20% 37 Hình 2.18 Đáp ứng momen xoắn trục HP – IP bù 20% 37 Hình 2.19 Đáp ứng momen xoắn trục IP – LPA bù 20% 38 Hình 2.20 Đáp ứng momen xoắn trục LPA – LPB bù 20% 38 Hình 2.21 Đáp ứng momen xoắn trục LPB – GEN bù 20% 38 Hình 2.22 Đáp ứng momen xoắn trục GEN – EXC 39 Hình 2.23 Đáp ứng góc quay Teta bù 20% 39 Hình 2.24 Sơ đồ mạng điện biểu diễn hệ thống mơ hình SBM 40 Hình 2.25 Sơ đồ mạng điện biểu diễn hệ thống mơ hình SBM 40 Hình 2.26 Mơ hình trục tuabin máy phát 41 Hình 2.27 Mơ hình trục tuabin máy phát 41 Hình 2.28 Sơ đồ mơ hệ thống SBM phần mềm EMTP 43 Hình 2.29 Đáp ứng momen trục EX C – GEN tổ máy bù 65% 44 Hình 2.30 Đáp ứng momen trục GEN - LP tổ máy bù 65% 44 Hình 2.31 Đáp ứng momen trục LP – HP tổ máy bù 65% 45 Hình 2.32 Đáp ứng momen trục GEN - LP tổ máy bù 65% 45 Hình 2.33 Đáp ứng momen trục LP - HP tổ máy bù 65% 46 Hình 2.34 Đáp ứng momen trục EX C – GEN tổ máy bù 40% 46 Hình 2.35 Đáp ứng momen trục GEN - LP tổ máy bù 40% 47 Hình 2.36 Đáp ứng momen trục LP - HP tổ máy bù 40% 47 Hình 2.37 Đáp ứng momen trục GEN - LP tổ máy bù 40% 48 Hình 2.38 Đáp ứng momen trục LP - HP tổ máy bù 40% 48 Hình 3.1 Sơ đồ lọc thụ động 51 Hình 3.2 Các phần tử lọc thụ động 53 Hình 3.3 Cuộn cảm nạp, tụ điện xả 53 Hình 3.4 Cuộn cảm xả, tụ điện nạp 54 Hình 3.5 Vị trí lắp đăt lọc 55 Hình 3.6 Sơ đồ mơ có điều khiển đóng cắt lọc mơ hình FBM 56 Hình 3.7 Sơ đồ mơ có điều khiển đóng cắt lọc mơ hình SBM57 Hình 3.8 Tín hiệu điều khiển đóng cắt lọc bù 74,2% 58 Hình 3.9 Tín hiệu điều khiển đóng cắt lọc bù 20% 58 Hình 3.10 Đáp ứng dòng điện pha A máy phát lắp lọc có điều khiển 58 Hình 3.11 Đáp ứng điện áp tụ bù dọc lắp lọc có điều khiển 59 Hình 3.12 Đáp ứng momen xoắn trục LPA – LPB lắp lọc có điều khiển 59 Hình 3.13 Đáp ứng momen xoắn trục GEN-EXC lắp lọc có điều khiển 59 Hình 3.14 Tín hiệu điều khiển đóng cắt lọc 60 Hình 3.15 Đáp ứng momen trục EXC – GEN tổ máy đóng lọc thụ động 60 Hình 3.16 Đáp ứng momen trục GEN – LP tổ máy đóng lọc thụ động 61 Hình 3.17 Đáp ứng momen trục LP – HP tổ máy đóng lọc thụ động 61 Hình 3.18 Đáp ứng momen trục GEN – LP tổ máy đóng lọc thụ động 62 Hình 3.19 Đáp ứng momen trục LP – HP tổ máy đóng lọc thụ động 62 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các ký hiệu viết tắt máy phát đồng Bảng 2.2 Hệ thống ký hiệu thông số máy phát Bảng 2.3 Thơng số lưới mơ hình First BenchMark Bảng 2.4 Thông số máy phát điện đồng Bảng 2.5 Thông số độ máy phát điện đồng Bảng 2.6 Thơng số tuabin mơ hình Frist Benchmark Bảng 2.7 Thơng số mơ hình FBM cho trường hợp mơ độ Bảng 2.8 Thông số trục tuabin hai tổ máy phát Bảng 2.9 Thông số điện tổ máy số Bảng 2.10 Thông số điện tổ máy số Bảng 2.11 Tần số dao động tự nhiên hai trục tuabin Bảng 3.1 Thông số lọc thụ động mơ hình FBM Bảng 3.2 Thơng số lọc thụ động mơ hình SBM 18 23 31 32 33 33 34 41 41 42 42 55 56 MỞ ĐẦU Việc lắp đặt tụ bù dọc đường dây truyền tải điện xoay chiều có giá trị mặt kinh tế giúp gia tăng khả tải đường dây, điều khiển phân chia công suất đường dây song song đảm bảo ổn định hệ thống Tuy nhiên, tụ bù dọc đường dây truyền tải gây nên tượng cộng hưởng đồng (Subsynchronous Resonance-SSR) dẫn đến cố phá hỏng trục tuabin máy phát, gián tiếp gây nên ổn định hệ thống tần số thấp mức tần số yêu cầu Vì vậy, ảnh hưởng tượng cộng hưởng đồng phải xem xét phân tích chi tiết triển khai dự án lắp đặt tụ bù dọc lưới Sự liên quan SSR khả phá hủy trục tuabin ứng suất xoắn Sự phá hủy kết q trình tích lũy thời gian dài dao động xoắn có biên độ thấp kết thời gian ngắn mơ men xoắn có biên độ cao Nhìn chung nhà máy thủy điện có thơng số khí bị ảnh hưởng tượng SRR nhà máy nhiệt điện Việc phân tích cộng hưởng đồng hệ thống điện truyền tải phân phối có lắp đặt tụ bù dọc vấn đề kỹ thuật phức tạp Khi phân tích cho thấy điều kiện vận hành hệ thống không ổn định rủi ro hỏng thiết bị chấp nhân bị xáo trộn hệ thống Vì biện pháp giải vấn đề cần thực Các biện pháp bao gồm thay đổi hệ thống truyền tải, hạn chế tiêu chí vận hành bổ sung thiết bị thiết kế để chống lại cố Phân tích tính kinh tế giải pháp để tránh giái vấn đề SSR phần thiếu trình nghiên cứu Trong đồ án tập trung nghiên cứu “Ứng dụng lọc thụ động để ngăn ngừa tượng cộng hưởng tần số đồng bộ”, kết cấu nội dung trình bày chia thành ba chương, cụ thể sau: Chương 1: Tổng quan tượng cộng hưởng tần số đồng Chương 2: Phân tích tượng cộng hưởng tần số đồng Chương 3: Ứng dụng lọc thụ động để ngăn ngừa tượng cộng hưởng tần số đồng Trong trình làm luận văn, tác giả nhận quan tâm, giúp đỡ thầy cô, bạn bè đặc biệt thầy Lê Đức Tùng, người tận tình bảo truyền thụ cho tác giả kiến thức quý giá suốt thời gian qua Tuy nhiên, trình độ cịn hạn chế thời gian thực khơng dài nên luận văn cịn nhiều thiếu sót Vì vậy, em kính mong thầy, bảo cho lời khun hữu ích tra dự án Navajo, cho thấy có số điều kiện hệ thống mà điện trở hệ thống, bao gồm điện trở máy phát Navajo, âm tần số hệ thống tương ứng với cộng hưởng nối tiếp hệ thống (điện kháng thực hệ thống không) Các điện trở âm lớn tới 2,7 Ohms tham chiếu tới hệ thống truyền tải 500 kV tìm thấy Nếu có điện trở âm giá trị điện kháng hệ thống điện tự kích thích Theo yêu cầu dự án Navajo, nhà sản xuất máy phát nghiên cứu cung cấp khả giảm điện điện trở rotor máy phát Navajo, thấy giảm 2/3 cách thêm cuộn dây cản đặt vào mặt cực rotor Các tính tốn cuộn cản mặt cực làm giảm điện trở âm hiệu máy phát tần số không đồng cách hiệu để ngăn chặn tự kích thích hiệu ứng máy phát cảm ứng cho điều kiện hệ thống Để loại bỏ vấn đề máy phát điện cảm ứng, ba máy phát Navajo trang bị cuộn dây cản mặt cực Các cuộn dây cản mặt cực thêm vào để giảm điện trở âm máy phát tần số không đồng Điều giúp tạo điện trở dương tần số trượt hệ thống máy phát Cuộn dây cản mặt cực có hiệu việc kiểm sốt hiệu ứng máy phát cảm ứng khơng hiệu tương tác xoắn điều khiển momen xoắn độ Việc thêm cuộn dây cản mặt cực làm tăng nhẹ độ khơng giảm sóc tương tác xoắn cho điều kiện cộng hưởng song song làm giảm nhẹ độ khơng giảm sóc cho cộng hưởng nối tiếp Giải pháp mặt chi phí tương đối thấp để cài đặt cuộn dây cản mặt cực máy mới, máy phát điện trước nhìn chung chưa cài đặt thực tế Nhiều máy phát điện miền Tây Hoa Kỳ trang bị cuộn dây cản mặt cực 3.1.3 Sử dụng lọc thụ động [6] Bộ lọc thụ động cung cấp kiểm soát tương tác xoắn hiệu ứng momen xoắn độ Vì lọc điều chỉnh để bảo vệ đơn vị riêng lẻ, bảo vệ cung cấp không bị ảnh hưởng nhiều thay đổi hệ thống phát triển tương lai Giá trị hiệu giảm xóc lọc bị giảm thay đổi tần số hệ thống nhiễu thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến điện dung lọc Cũng cần phải cung cấp không gian đáng kể cho lọc tăng mức cách điện máy biến áp bước lên máy phát Một lọc thụ động chọn làm giải pháp cho tương tác xoắn Thiết bị lựa chọn giải pháp khác xem xét cung cấp kiểm sốt momen xoắn độ thảo luận phần Bộ lọc thụ động (Hình 3.1) tạo thành từ bốn lọc riêng biệt kết nối nối tiếp Mỗi phần lọc mạch cộng hưởng song song Q cao điều chỉnh để chặn dòng điện tần số tương ứng với bốn chế độ xoắn với tăng khơng đáng kể điện trở dịng tải 60 Hz 50 Đầu dây phía trung tính máy biến áp Mode Filter Mode Filter Khóa Bypass Mode Filter Mode Filter Hình 3.1 Sơ đồ lọc thụ động 3.1.4 Sử dụng lọc tích cực [12] Bộ lọc tích cực sử dụng thiết bị điện tử cơng suất có điều khiển, đặt nối tiếp với máy phát để loại bỏ điện áp không đồng tạo dao động rotor, ngăn ngừa tự kích thích tương tác hệ thống điện thống khí Các dao động rotor làm tăng điện áp phần ứng đồng siêu đồng bộ, loại khác từ tần số đồng tần số dao động học Điện áp siêu đồng tạo dịng điện phần ứng có xu hướng làm âm dao động Điện áp đồng (khi tổng điện trở mạch dương) tạo dịng điện phần ứng có xu hướng tăng cường dao động Bộ lọc tích cực thu tín hiệu từ chuyển động rotor với mạch điều khiển phù hợp tạo điện áp ngược pha có cường độ đủ lớn để chế ngự điện áp đồng tạo phần ứng chuyển động rotor Trong phạm vi mà lọc động chế ngự điện áp tạo chuyển động rotor, lọc có khả khiến hệ thống bị giảm chấn nhiều so với hệ thống học hoạt động 51 Bộ lọc tích cực có hiệu việc ngăn chặn tự kích thích tương tác xoắn Nó khơng bị ảnh hưởng hệ thống hoạt động tần số danh nghĩa gần hồn tồn khơng bị ảnh hưởng thay đổi hệ thống số lượng tụ điện dịch vụ Khi thiết kế để cung cấp giảm xóc (khơng bão hịa) cho dao động lớn liên quan đến nhiễu loạn thoáng qua, lọc động tốn khơng bảo vệ roto khỏi tác động gây tổn hại độ Nó địi hỏi hệ thống điều khiển phức tạp nguồn lượng lớn bị cô lập 3.1.5 Sử dụng rơ le SSR [12] Rơle SSR giúp quan sát giao động xoắn trục tuabin từ lệnh cắt máy cắt đầu cực máy phát để tránh hư hỏng trục tuabin dao động xoắn đạt đến mức độ đặt trước Rơle chủ yếu áp dụng để bảo vệ khỏi tương tác xoắn nói chung chậm để cung cấp bảo vệ cho độ SSR Rơle không cung cấp bảo vệ đáng tin cậy từ hiệu ứng máy phát điện cảm ứng Rơle SSR ngắt máy phát tua bin bỏ qua tụ điện nối tiếp coi giải pháp cho vấn đề SSR trạng thái ổn định thường xuyên dao động tự trì Rơle khơng chấp nhận dự án Navajo giải pháp cho vấn đề tương tác xoắn khơng có thiết bị khắc phục, dao động trì dự kiến điều kiện hệ thống bình thường Rơle SSR ngắt tuabin máy phát cho nhiễu loạn nghiêm trọng coi giải pháp cho vấn đề momen xoắn độ độ chịu thiệt hại Có vấn đề hình dung cho phương pháp việc phát nhanh cần thiết để ngăn ngừa thiệt hại nghiêm trọng không cho phép có đủ thời gian để phân biệt người độ cần vấp ngã người không Do cố thoáng qua nghiêm trọng Navajo, loại rơle coi hữu ích thiết bị dự phòng 3.2 Ứng dụng lọc thụ động ngăn ngừa tượng SSR Đối với kịch mô mơ hình FBM SBM cho trường hợp momen xoắn độ Vì phần ứng dụng giải pháp để ngăn ngừa tượng momen xoắn độ Sơ đồ khe hở phóng điện tụ làm giảm lỗi độ trục máy phát tuabin đến mức mà gãy trục khơng xảy cố thoáng qua Mặc dù vậy, cần phải kiểm soát momen xoắn độ để tránh ảnh hưởng tích lũy mỏi mỏi theo chu kỳ dẫn đến hỏng trục sau phải chịu nhiều lực xoắn vượt mức tuổi thọ vô hạn Bộ lọc thụ động mô tả phần "Giải pháp cho tương tác xoắn" chọn cho mục đích Tác dụng chủ yếu lọc điều khiển momen xoắn độ tạo nhiều tần số cộng hưởng nối tiếp mạng tách khỏi tần số phương thức trục tương ứng 3.2.1 Cấu tạo nguyên lý lọc thụ động [13] Cấu tạo: Một lọc gồm cuộn cảm L, điện trở R tụ C Được nối với hình dưới: 52 R L id iq C Ud Uq Hình 3.2 Các phần tử lọc thụ động Nguyên lý: Một lọc tạo tổng trở có giá trị cao dịng điện có tần số cần chặn, lại tạo tổng trở thấp dịng điện có tần số khác [15] Như ta cần số lọc với số mode trục tuabin Một mạch song song chứa điện trở, R, điện cảm, L điện dung C tạo mạch cộng hưởng song song (còn gọi mạch chống cộng hưởng) tổng dòng điện chảy qua kết hợp song song pha với điện áp cung cấp Ở tần số thấp XL < XC mạch có tính cảm, Ở tần số cao XL > XC mạch có tính dung Khi cộng hưởng có dịng điện tuần hồn lớn cuộn cảm tụ điện lượng dao động, sau mạch song song tạo cộng hưởng dòng điện Một mạch cộng hưởng song song lưu trữ lượng mạch từ trường cuộn cảm điện trường tụ điện Năng lượng liên tục truyền qua lại cuộn cảm tụ điện dẫn đến dịng điện khơng lượng rút từ nguồn cung cấp L C Hình 3.3 Cuộn cảm nạp, tụ điện xả 53 L C Hình 3.4 Cuộn cảm xả, tụ điện nạp Cộng hưởng song song xảy XC = XL 𝑋𝑋𝐿𝐿 = 𝑋𝑋𝐶𝐶 → 2𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋 = 2𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋 1 = 4𝜋𝜋 𝐿𝐿𝐿𝐿 2𝜋𝜋√𝐿𝐿𝐿𝐿 → 𝑓𝑓𝑟𝑟 = 𝑓𝑓 = � Một mạch cộng hưởng song song lý tưởng (không có Rw cuộn dây) có trở kháng tần số cộng hưởng ZT = ∞ Ảnh hưởng điện trở cuộn dây mạch cộng hưởng song song Q hệ số chất lượng cuộn dây; 𝑄𝑄 = 𝑋𝑋𝐿𝐿 𝑅𝑅𝑤𝑤 Qo hệ số chất lượng mạch cộng hưởng: 𝑄𝑄0 = 𝑅𝑅𝑝𝑝(𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) 𝑋𝑋𝐿𝐿(𝑒𝑒𝑒𝑒) Trong đó: Rp(tot) điện trở tương đương toàn mạch bao gồm RG, RSeries, RL, Rp(eq) nhánh điện trở khác • Nếu giá trị Q cuộn dây: Q ≥ 10 mạch xảy cộng hưởng song song tần số: 𝑓𝑓𝑟𝑟 ≅ 2𝜋𝜋√𝐿𝐿𝐿𝐿 • Nếu 𝑅𝑅𝑝𝑝(𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) ≥ 10𝑅𝑅𝑤𝑤 𝑄𝑄 Q cuộn dây chất Qo mạch cộng hưởng Nhưng 𝑅𝑅𝑝𝑝(𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) ≤ 10𝑅𝑅𝑤𝑤 𝑄𝑄2 Qo mạch nhỏ Q cuộn dây Tần số cắt đưa là: ƒupper flower tương ứng biểu thị tần số nửa công suất cơng suất tiêu tán mạch nửa công suất tiêu tán tần số cộng hưởng 0,5 (I2R) Vị trí lắp đặt lọc: Điểm cuối phía trung tính cuộn dây cao áp máy biến áp 54 MBA MF A B C D HV HT LV n=n A B C K K K XC1 XL1 XC1 R1 XL1 XC1 R1 XL1 R1 XCn XLn XCn Rn XLn XCn Rn XLn Rn Mode Hình 3.5 Vị trí lắp đăt lọc Nhận xét : • L lớn dẫn tới tổng trở tần số cộng hưởng Z fr lớn (có lợi) nhiên lại dẫn tới tổng trở tần số Z fo tăng theo (tính dung), điều giống việc tăng mức độ bù tụ bù dọc • R nhỏ Q lớn, nhiên thực tế Q nằm khoảng 50 ~ 200 Số lượng mode hệ trục tuabin – máy phát số lượng lọc thục động cần có cho máy phát tương ứng để ngăn chặn tần số sinh cộng hưởng Tính thơng số lọc cho mơ hình FBM SBM Thơng số lọc thụ động cho mơ hình FBM Các tần số tự nhiên hệ trục máy phát là: 15,71 hz ; 20,21 hz; 25,55 hz; 32,29 hz; 47,46 hz Do ta tính tốn lọc tương ứng với tần số Dựa công thức phần 3.2.1 ta có thơng số lọc sau: 3.2.2 Bảng 3.1 Thơng số lọc thụ động mơ hình FBM L (H) C (F) R (Ohm) Bộ lọc Mode 0.026362994 0.000489862 0.033128715 Bộ lọc Mode 0.018873138 0.000847755 0.023716684 Bộ lọc Mode 0.055101344 0.000387279 0.069242391 Bộ lọc Mode 0.043281793 0.000761913 0.054389505 Bộ lọc Mode 0.1405641 0.001145233 0.176638058 Thơng số lọc cho mơ hình SBM Các tần số tự nhiên hệ trục máy phát số là: 24,65 hz ; 32,39 hz; 51,10 hz tần số dao động tự nhiên trục tuabin tổ máy số 24,65 hz; 44,99 hz 55 Do ta tính tốn lọc tương ứng với tần số Dựa công thức phần 3.2.1 ta có thơng số lọc sau: Bảng 3.2 Thơng số lọc thụ động mơ hình SBM Tổ máy phát điện Tổ máy số Tổ máy số L(H) Bộ Lọc Mode Bộ Lọc Mode Bộ Lọc Mode Bộ lọc Mode Bộ lọc Mode C(F) R(Ohm) 0,04994134 0,000405883 0,062758133 0,04200947 0,00079097 0,052790656 0,41120988 0,000777672 0,516741573 0,04994134 0,000405883 0,062758133 0,10648098 0,001043312 0,133807947 3.2.3 Thiết kế điều khiển đóng cắt lọc thụ động Việc mắc nối tiếp thêm lọc thụ động vào đường dây có tác dụng tốt để giảm thiểu ảnh hưởng tượng cộng hưởng đồng đường dây bù mức bù cao Tuy nhiên mức bù thấp việc đóng thêm lọc thụ động vào hệ thống khơng có tác dụng để ngăn ngừa tượng, đồng thời lại làm tăng trở kháng đường dây gây tổn thất điện áp Vì vấn đề đặt cần phải điều khiển đóng cắt lọc thụ động vào đường dây cần thiết Một giải pháp đưa dựa vào tín hiệu dao động momen trục tuabin máy phát để điều chế tín hiệu khiển đóng cắt lọc vào hệ thống Mơ hình loc thụ động kết nối với điều khiển đóng cắt xây dựng phần mềm EMTP mơ hình FBM hình 3.6 mơ hình SBM hình 3.7 Hình 3.6 Sơ đồ mơ có điều khiển đóng cắt lọc mơ hình FBM 56 Hình 3.7 Sơ đồ mơ có điều khiển đóng cắt lọc mơ hình SBM Các tín hiệu dao động momen xoắn lấy qua so sánh Fm1, Fm2, Fm3, Fm4, Fm5 để so sánh với giá trị đặt trước Sau qua tổng hợp tín hiệu vào khối Fm6 có trục đạt ngưỡng xoắn cho trước phát tín hiệu đóng lọc vào mạch Phải xem xét trường hợp xảy khơng xảy cố để chọn giá trị chỉnh định cho điều khiển Tiến hành kiểm tra hiệu lọc không cố định Bộ lọc đóng vào xuất momen xoắn trục trình xảy tượng SSR 57 3.2.4 Kết mô Đối với mô hình FBM Hình 3.8 Tín hiệu điều khiển đóng cắt lọc bù 74,2% Hình 3.9 Tín hiệu điều khiển đóng cắt lọc bù 20% Hình 3.10 Đáp ứng dòng điện pha A máy phát lắp lọc có điều khiển 58 Hình 3.11 Đáp ứng điện áp tụ bù dọc lắp lọc có điều khiển Hình 3.12 Đáp ứng momen xoắn trục LPA – LPB lắp lọc có điều khiển Hình 3.13 Đáp ứng momen xoắn trục GEN-EXC lắp lọc có điều khiển Nhận xét: Từ kết mô ta thấy mức bù dọc thấp (mức bù 20%) không xảy tượng cộng hưởng tần số đồng tín hiệu điều khiển khơng đóng lọc thụ động vào hệ thống Tại mức bù cao (tương ứng mức bù 74,2%), điều khiển đóng lọc thụ động vào hệ thống Các đáp ứng dòng điện, momen xoắn trục quay tuabin cho thấy tượng SSR ngăn ngừa 59 Đối với mơ hình SBM Hình 3.14 Tín hiệu điều khiển đóng cắt lọc Hình 3.15 Đáp ứng momen trục EXC – GEN tổ máy đóng lọc thụ động 60 Hình 3.16 Đáp ứng momen trục GEN – LP tổ máy đóng lọc thụ động Hình 3.17 Đáp ứng momen trục LP – HP tổ máy đóng lọc thụ động 61 Hình 3.18 Đáp ứng momen trục GEN – LP tổ máy đóng lọc thụ động Hình 3.19 Đáp ứng momen trục LP – HP tổ máy đóng lọc thụ động Nhận xét: Qua kết mô ta nhận thấy bọ lọc có tác dụng tốt việc ngăn chặn tần số cộng hưởng đồng hai tổ máy phát điện mô hình SBM Sau thời điểm đóng lọc thụ động vào biên độ dao động momen trục có xuống giảm dần ổn định, độ lớn biên độ dao động monen nhỏ, đảm bảo không gây tổn hại tuổi thọ trục tuabin 62 KẾT LUẬN Trong phạm vi nội dung luận văn, tác giả nghiên cứu mơ hình mơ phần tử hệ thống điện nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu tượng cộng hưởng đồng phần mềm EMTP Phương pháp mô thời gian thực khơng thể xác định xác tần số cộng hưởng sinh cố lại thực mơ dễ dàng với mơ hình nhiều máy phát có cấu trúc mạng lưới phức tạp Từ mơ hình mẫu IEEE giúp hiểu tượng SSR cách xây dựng mơ hình nghiên cứu Việc thay đổi tụ bù dọc xuống mức khác giảm thiểu tượng SSR nhiên lại làm giảm khả truyền tải lưới độ ổn định hệ thống Thơng qua việc xây dựng mơ hình lọc có điều khiển mơ thời gian thực phần mềm EMTP, nhận thấy việc sử dụng lọc có điều khiển bảo vệ tuabin máy phát điện, ngăn ngừa cố cộng hưởng đồng Tuy nhiên, nghiên cứu chi tiết cụ thể cấn thực để đánh giá yếu tố kinh tế-kỹ thuật cho vận hành hệ thống lọc liên tục hệ thống Mặc dù học viên cố gắng việc tìm hiểu, học hỏi , thời gian kiến thức có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót với hạn chế sau: - Luận văn chưa tiến nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng việc thay đổi thông số đường dây tới độ nhạy lọc - Luận văn dừng lại việc nghiên cứu mô hình mẫu First Benchmark Second Benchmark mà chưa có nghiên cứu ứng dụng vào mơ hình lưới điện thực tế Căn vào nội dung nghiên cứu đề kết bước đầu, hướng phát triển luận văn dự kiến bao gồm: - Mở rộng tốn với mơ hình lưới thực tế NMNĐ Vũng Áng, NMNĐ Nghi Sơn tương lai - Nghiên cứu sử dụng phương pháp bù có điều khiển SVC, TCSC nhằm ngăn ngừa, hạn chế tượng SSR Em mong nhận ý kiến đóng góp Hội đồng, quý thầy cô bạn học viên để luận văn tăng thêm giá trị khoa học thực tiễn Em xin chân thành cảm ơn! 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J.W Butler and C Concordia, “Analysis of Series Capacitor Application Problems,” IEEE Transactions, tập 56, pp 975-988, 1937 [2] D.N.Walker, C.E Bowler, R.L Jackson and D.A Hodges, “Results of subsynchronous resonance test at Mohave,” IEEE Transactions on PAS, Sept/Oct 1878- 1889 [3] “Tems, Definitions and Symbols for Subsynchronous Oscillations,” Transactions on Power Apparatus and Systems,Vol PAS-104, No.6, June 1985 [4] Toshiba, “Report on Unit Generator Shaft Crack Issue,” 2016 [5] Dr Carlos E Ugalde-Loo, “Implementation Strategies for Corrective Control of Transmission Networks,” HVDC Doctoral Colloquium, Porto, June 2010 [6] "Navajo Project Report On Subsynchornous Resonance Analysis and Solution," Transaction on Power Apparatus and Systems, Vol PAS 99 No.4, July/ August 1977 [7] L G Thi, “Xây dựng mô hình nghiên cứu tượng cộng hưởng tần số đồng ngăn ngừa cố mơ hình chuẩn First BenchMark IEEE,” 2017 [8] P Kundur, Power System Stability and Control, Mc Graw Hill, Inc., 1994 [9] “First Benchmark Model for Computer and Simulation of Subsynchronous Resonance,” Power Appatus and Systems, Vol PAS-96, 1977 [10] “Second Benchmark model for computer simualation of subsynchronous resonance,” IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol PAS-104, No.5, 1985 [11] Dr Daniel H Baker, Dr George E Boukarim, Robert D'Aquila, Richard J Piwko, “Subsynchronous Resonance Studies and Mitiation Methods for Series Capacior Applications,” IEEE PES 2005 Conference and Exposition in Africa, Durban, South Africa, 2005 [12] “Countermeasures to Subsynchronous Resonance Problem,” Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol PAS-99, No.5, Sept/Oct 1980 [13] D.J.N Limebeer, R.G Harley, M.A Lahoud, “ Suppressing subsynchronous resonance with static filters,” IEEE, Vol.128, No 1, 1981 January [14] P M Anderson, Subsynchronous Resonance in Power Systems, WileyIEEE Press, 1999 64 ... Thơng số mơ hình SBM [10] 39 2.3.5 Mô tượng SSR mơ hình SBM 42 CHƯƠNG ỨNG DỤNG BỘ LỌC THỤ ĐỘNG ĐỂ NGĂN NGỪA HIỆN TƯỢNG CỔNG HƯỞNG TẦN SỐ DƯỚI ĐỒNG BỘ 49 3.1 3.2 Tổng quan giải pháp vấn... dụng lọc thụ động [6] 50 3.1.4 Sử dụng lọc tích cực [12] 51 3.1.5 Sử dụng rơ le SSR [12] 52 Ứng dụng lọc thụ động ngăn ngừa tượng SSR 52 3.2.1 Cấu tạo nguyên lý lọc thụ. .. tượng cộng hưởng tần số đồng bộ? ??, kết cấu nội dung trình bày chia thành ba chương, cụ thể sau: Chương 1: Tổng quan tượng cộng hưởng tần số đồng Chương 2: Phân tích tượng cộng hưởng tần số đồng Chương