Mô phòng và nhận dạng các hiện tượng quá độ khi đóng cắt các bộ tụ bù, phân tích phổ của sóng hài quá độ thu được trong quá trình đóng cắt các bộ tụ và đề ra các biện pháp giảm thiểu

LUẬN ÁN ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỮU PHÚC Người chấm nhận xét 1: Người chấm nhận xét 2: Luận án cao học bảo vệ HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN ÁN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM ngày tháng năm 200 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Trường đại Học Bách Khoa TP.HCM Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo - NHIỆM VỤ LUẬN ÁN CAO HỌC Họ tên học viên: LÊ TRƯỜNG VŨ Ngày, tháng, năm sinh: 09/09/1971 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Khóa: 2001 I Phái: Nam Nơi sinh: Sài Gòn TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN DẠNG CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ KHI ĐÓNG CẮT CÁC BỘ TỤ BÙ, PHÂN TÍCH PHỔ CỦA SÓNG HÀI QUÁ ĐỘ THU ĐƯC TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG CẮT CÁC BỘ TỤ VÀ ĐỀ RA CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan trạm tụ bù phân phối, truyền tải Mô nhận dạng tượng độ lưới điện đóng cắt thiết bị Phân tích phổ sóng hài dạng sóng độ trình đóng cắt tụ bù Đề biện pháp khắc phục Kết luận III IV V VI VII NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HỮU PHÚC HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1: -HOÏ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 2: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN Nội dung Đề cương Luận án Cao học thông qua Hội đồng Chuyên Ngành PHÒNG QUẢN LÝ KHOA HỌC - SĐH Ngày tháng năm 2003 CHỦ NHIỆM NGÀNH Lời Cảm ơn: Trước tiên, xin trân trọng bày tỏ tri ân sâu sắc TS Nguyễn Hữu Phúc, người thầy tận tụy dìu dắt hướng dẫn thực hoàn tất Luận án Xin dâng hương hồn ông Ngoại cố tôi, người dạy phải biết vươn lên sống Xin cảm ơn Cha, Mẹ vất vả, nhọc nhằn nuôi dạy khôn lớn học hành ngày hôm Xin cảm ơn bạn bè lớp Cao học KTĐI-12 đặc biệt Thạc só Phạm Quang Minh Và Thạc só Lê Phong Phú, đồng nghiệp lãnh đạo Công ty Điện lực tạo điều kiện giúp đỡ động viên trình học tập thực Luận án TP Hồ Chí Minh, ngày 29/12/2003 Lê Trường Vũ Luận Văn Cao Học Thầy hướng dẫn : TS Nguyễn Hữu Phúc MỤC LỤC GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI………………………………………… I Đặt vấn đề………………………………………………………………… II Nhiệm vụ mục tiêu luận án…………………………………… III Phạm vi nghiên cứu…………………………………………………………… IV Điểm luận án……………………………… V Giá trị thực tiễn đề tài……………………… VI Nội dung luận án:……………………………………… CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC TRẠM TỤ BÙ PHÂN PHỐI, TRUYỀN TẢI Các vấn đề bù công suất phản kháng Kết cấu tụ bù Các tượng xảy tụ Các tượng xảy đóng cắt tụ Kết luận CHƯƠNG II : MÔ PHỎNG VÀ NHẬN DẠNG CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI ĐIỆN KHI ĐÓNG CẮT THIẾT BỊ I Giới thiệu chung phần mềm mô để khảo sát tượng độ trình đóng cắt II Mô nhận dạng tượng đóng cắt tụ bù lưới điện 500/230/115kV: Hiện tượng xảy đóng tụ cách ly vào lưới điện Hiện tượng đóng tụ vào lưới lưới có tụ khác ghép song song (hiện tượng Back to Back) Hiện tượng phóng điện trước (hiện tượng Prestrike) Hiện tượng phóng điện sau (hiện tượng Restrike) III Nhận xét kết luận CHƯƠNG III : PHÂN TÍCH PHỔ SÓNG HÀI CỦA CÁC DẠNG SÓNG QUÁ ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG CẮT BỘ TỤ BÙ I Giới thiệu phương pháp phần mềm hỗ trợ cho việc phân tích sóng hài độ II Thực việc phân tích phổ sóng hài cho dạng sóng độ trình đóng cắt tụ bù mô Chương II (đóng tụ cách ly, tượng Back to Back, tượng Prestrike, tượng Restrike) III Nhận xét kết luận Ngành Kỹ Thuật Điện Trang Học Viên: Lê Trường Vũ Luận Văn Cao Học Thầy hướng dẫn : TS Nguyễn Hữu Phúc CHƯƠNG IV : ĐỀ RA BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC I Ảnh hưởng sóng hài đến định mức dung lượng bù: II Lập mô hình mô để nhận dạng dạng sóng nối tiếp cuộn kháng triệt sóng hài đóng cắt tụ bù Ngành Kỹ Thuật Điện Trang Học Viên: Lê Trường Vũ Luận Văn Cao Học Thầy hướng dẫn : TS Nguyễn Hữu Phúc GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I II III IV V VI Đặt vấn đề………………………………………………………… Nhiệm vụ mục tiêu luận án………………………………… Phạm vi nghiên cứu………………………………………………………… Điểm luận án…………………………………………… Giá trị thực tiễn đề tài…………………………………… Nội dung luận án:…………………………………………………… Ngành Kỹ Thuật Điện Trang Học Viên: Lê Trường Vũ Luận Văn Cao Học Thầy hướng dẫn : TS Nguyễn Hữu Phúc I Đặt vấn đề : Để nâng cao chất lượng điện năng, Công ty Điện lực trực thuộc Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (EVN) cho xây dựng nhiều trạm tụ bù lưới Theo thống kê có 70 trạm tụ bù với công suất từ (30 – 50) MVAR xây dựng Công ty Điện lực Với kinh tế phát triển, ngày gia tăng ngành sản xuất ximăng, sắt thép, dệt may,… điều khiển công suất dùng linh kiện bán dẫn, thiết bị có đặc tính làm việc phi tuyến xuất nhiều lưới phân phối Việt Nam Việc phát triển làm cho chất lượng lưới điện phân phối bị ảnh hưởng điều khiển công suất nguồn tạo sóng hài bơm vào lưới điện Sóng hài tác động lên thiết bị hệ thống, qua nghiên cứu ta thấy sóng hài gây việc tăng nhiệt thiết bị, làm gia tăng ứng suất cách điện Riêng tụ bù sóng hài gây phát nóng phụ ứng suất điện môi cao Các tác động sóng hài lên tụ bù thường thấy rõ tụ mắc Shunt, chúng gây cố nổ cầu chì, hư tụ… Nguyên nhân tụ tạo nên mạch vòng làm khuyếch đại thành phần sóng hài, kết điện áp sóng hài cao tụ điện Trước thực tế trên, việc nghiên cứu tác động sóng hài lên tụ bù vấn đề cần thiết cấp bách nhằm nâng cao chất lượng điện lưới điện Vấn đề mẻ Việt Nam quan tâm nghiên cứu nước phát triển nhiều năm qua Nhiều Công ty, Viện nghiên cứu cá nhân có nhiều nghiên cứu bổ ích sâu sắc đăng tạp chí IEEE, ví dụ như: nghiên cứu Công ty Cooper Power Systems đăng vào ngày 21/01/2002, nghiên cứu Công ty Powell Electrical MFG Co đăng vào ngày 09/03/2001 nghiên cứu Power Designers đăng vào 21/01/2003 hỗ trợ nhiều việc nghiên cứu vấn đề đặt II/ Nhiệm vụ mục tiêu luận án: Từ lý thực việc mô phỏng, nhận dạng tượng độ phân tích sóng hài điện áp, dòng điện qua tụ bụ trình đóng tụ nhằm để giải vấn đề sau: − Có nhìn tổng quan dạng sóng tụ trình đóng điện − Khái quát sóng hài nghiên cứu ảnh hưởng trạm tụ bù − Xây dựng mô hình phần mềm mô để nghiên cứu Ngành Kỹ Thuật Điện Trang Học Viên: Lê Trường Vũ Luận Văn Cao Học Thầy hướng dẫn : TS Nguyễn Hữu Phúc III/ Phạm vi nghiên cứu: - Sử dụng chủ yếu tài liệu Tụ bù sóng hài hãng Cooper Power Systems/USA, báo tạp chí IEEE, sách Electrical Power Systems Quality tác giả Roger C Dugan, Mark R McGranaghan, H Wayne Beaty - Sử dụng tài liệu phần mềm mô Matlab 6.0 Micrsoft Excel - Nhận dạng phổ sóng hài dạng sóng độ trình đóng cắt tụ bù Với thời gian ngắn, mục tiêu luận án cố gắng xây dựng mô hình lý thuyết mang tính Hy vọng với thời gian nghiên cứu lâu hỗ trợ chuyên gia kỹ thuật điện chuyên gia phần mềm mô có phần mềm mô chuyên dùng cho việc việc phân tích sóng hài độ, mô hình nhận dạng phân tích sóng hài mở rộng áp dụng cho lưới điện truyền tải giúp cho việc nâng cao chất lượng điện lưới IV/ Điểm luận án: - Việc mô phỏng, nhận dạng tượng độ đóng cắt tụ bù tượng Prestrike Restrike cần thiết cho việc lựa chọn thiết bị bảo vệ hợp lý cho hệ thống điện - Việc nghiên cứu sóng hài thông qua mô hình mô trở thành yếu tố quan trọng việc phân tích thiết kế hệ thống điện - Nghiên cứu nhằm giúp cho người đọc có khái niệm mạch lạc lý thuyết minh họa thực tế cho việc đánh giá tác động sóng hài V/ Giá trị thực tiễn đề tài: - Trong thực tế lưới điện có nhiều trạm tụ bù xây dựng thiết bị điện tử công suất hữu ngày nhiều lưới điện, điều vấn đề đặt cho người quản lý, điều hành hệ thống điện Đề tài xem mô hình thực tế hóa hệ thống điện để phân tích tác động sóng độ lên phần tử hệ thống đặc biệt trạm tụ bù Ngành Kỹ Thuật Điện Trang Học Viên: Lê Trường Vũ Luận Văn Cao Học Thầy hướng dẫn : TS Nguyễn Hữu Phúc - Mô hình nghiên cứu giúp cho người thiết kế hệ thống điện có nhìn sơ phác việc vận hành hệ thống tương lai trước vào tính toán cụ thể - Hổ trợ cho việc xây dựng tiêu chuẩn, giới hạn sử dụng tụ bù môi trường sóng hài VI/ Nội dung luận án: Luận án chia thành cấu trúc sau: - GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI - CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ TRẠM TỤ BÙ PHÂN PHỐI, TRUYỀN TẢI - CHƯƠNG II : MÔ PHỎNG VÀ NHẬN DẠNG CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI ĐIỆN KHI THỰC HIỆN ĐÓNG CẮT CÁC THIẾT BỊ - CHƯƠNG III : PHÂN TÍCH PHỔ SÓNG HÀI CỦA CÁC DẠNG SÓNG QUÁ ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG CẮT CÁC BỘ TỤ BÙ - CHƯƠNG IV : ĐỀ RA BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC - KẾT LUẬN - TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngành Kỹ Thuật Điện Trang Học Viên: Lê Trường Vũ Luận Văn Cao Học Thầy hướng dẫn : TS Nguyễn Hữu Phúc CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRẠM TỤ BÙ PHÂN PHỐI, TRUYỀN TẢI Ngành Kỹ Thuật Điện Trang Học Viên : Lê Trường Vũ Các ví dụ : Ta dẫn trường hợp tương ứng với tình cần lắp đặt tụ chuẩn, tụ định mức dư tụ định mức dư kèm theo cuộn kháng triệt sóng hài Ví dụ 1: Máy biến áp công suất 500KVA có điện áp ngắn mạch 4% Ssc = 500 100 12500 = 12500KVA Ssc = = 104 120 120 S G = 50 ≤ sc h 120 Tổng công suất thiết bị gây nên sóng hài Gh=50KVA: Biện pháp: sử dụng tụ chuẩn Ví dụ 2: Máy biến áp công suất 1000KVA có điện áp ngắn mạch 6% Ssc = 1000 100 = 16667KVA Ssc 16667 = = 139 120 120 Ssc 16667 = = 238 70 70 S S sc G = 120 nằm giá trị sc h 120 70 Tổng công suất thiết bị gây nên sóng hài Gh=220KVA: Biện pháp: sử dụng tụ định mức dư (440V) Ví dụ 3: Máy biến áp công suất 630KVA có điện áp ngắn mạch 4% 100 Ssc = 630 = 15750 KVA Ssc 15750 = = 225 70 70 Ssc G = 250 > h 70 Tổng công suất thiết bị gây nên sóng hài Gh=250KVA: Biện pháp: sử dụng tụ định mức dư (440V) cuộn kháng triệt sóng hài Các ảnh hưởng tụ bù lên hệ thống điện Tương tác thiết bị tạo sóng hài tụ bù không gây nên méo dạng mức điện áp dòng điện hệ thống cung cấp điện Các nhà cung cấp điện thường thiết lập giá trị giới hạn độ méo dạng toàn phần cho phép gây sóng hài (THD – Total Harmonic Distortion) vị trí cung cấp nguồn điện cho khách hàng Độ méo dạng đo tỉ số trị hiệu dụng tất sóng hài bậc cao trị hiệu dụng sóng hài (50HZ 60HZ) Đối với trường hợp phụ tải hạ áp lấy điện từ máy biến áp, độ méo dạn điện áp cho phép đạt đến trị tối đa 4% 5% đầu hạ áp máy biến áp Nếu trị tới hạn THD không đạt được, cần sử dụng mạch lọc hạ áp nối tiếp L-C Các mạch lọc mắc Shunt điều chỉnh đến trạng thái cộng hưởng với sóng hài hệ thống Một cách ngẫu nhiên mạch lọc kiểu lại có lợi cho vấn đề bù công suất mạng điện - Gh : công suất tổng thiết bị gây nên sóng hài tính KVA (các biến đổi bán dẫn, nghịch lưu, điều chỉnh tốc động cơ,…) mắc vào vị trí có đấu tụ bù II Lập mô hình mô để nhận dạng dạng sóng nối tiếp cuộn kháng triệt sóng hài đóng cắt tụ bù Dạng sóng đóng cắt tụ cách ly vào lưới chưa có cuộn kháng triệt sóng hài Kết có từ chương III V c(p u ) 5 0 0 0 0 0 0 t( s ) - -1 - -2 2 p u H ìn h : D a ïn g s o ùn g ñ ie än a ùp tr e ân tu ï ñ ie än tr o n g tr øn g h ïp đ o ùn g b o ä tu ï c a ùc h ly v a øo lư ùi 800 Vc DC B aäc B aäc 600 B aäc B aäc B aäc B aäc 400 B aäc B aäc B aäc B aäc 10 200 B aäc 11 B aäc 12 B aäc 13 B aäc 14 B aäc 15 0.6 1.2 1.8 2.4 3.6 4.2 4.8 5.4 6.6 7.2 7.8 8.4 9.6 10.2 10.8 11.4 12 12.6 13.2 13.8 14.4 15 15.6 16.2 16.8 17.4 18 18.6 19.2 19.8 B aäc 16 B aäc 17 B aäc 18 -200 B aäc 19 B aäc 20 B aäc 21 B aäc 22 -400 B aäc 23 B aäc 24 B aäc 25 B aäc 26 -600 B aäc 27 B aäc 28 B aäc 29 B ậc 30 B ậc 31 -800 Hình 4.2: Sóng hài phân tích từ dạng sóng điện áp độ chu kỳ 300 282.54 250 200 170.85 150 100.00 100 71.84 71.36 46.20 50 37.51 32.63 29.06 26.11 19.14 0.86 2.42 6.94 11.00 5.31 8.05 12.11 22.26 19.95 13.84 17.51 18.04 10.65 14.61 12.17 11.94 12.29 8.21 5.52 7.02 30 31 -0.76 DC 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 -50 Hình 4.3: Tỉ lệ phần trăm sóng hài so với sóng Dạng sóng đóng cắt tụ cách ly vào lưới có cuộn kháng triệt sóng hài Ta mắc cuộn kháng triệt sóng hài nối tiếp với tụ bù trình đóng cắt hình 4.1, dạng sóng điện áp phổ sóng hài tương ứng nhận hình A CB1- 3P a2 A A A N A Switc h B ABC B B C C B 3- Phase CB4 A c2 a3 C A Switc h B ABC A Switc h B B ABC + - B C C C v V a 2[V ] VBus Va (V)1 3- Phase CB3 b3 C C 3000MVA 500kV b2 c3 450 MVA 500- 115- 60kV + - v Vc A A B Switc h B ABC C C Va (V)2 i - + Busbar 500k V V a 2[V ] I Ic GND (input) 3- Phase CB1 Busbar 115k V GND4 GND2 GND Hình 4.4 :Mô hình mạch có mắc nối tiếp cuộn kháng triệt sóng hài V c (p u ) 5 t(s) -0 -1 -1 H ìn h : D ạn g so ùn g đ ie än a ùp tre ân b o ä tu ï tro n g trư ờn g h ïp ñ o ùn g bo ä tu ï ca ùc h ly vào lư ùi co ù n ối tiếp cuo än g k h án g triệt són g øi 150 Vc DC B a äc B a äc B a äc 100 B a äc B a äc B a äc B a äc B a äc B a äc 50 B a äc B a äc 1 B a äc B a äc B a äc B a äc 9 1 2 2 4 5 7 8 9 3 3 3 3 6 7 3 9 B a äc B a äc B a äc B a äc -5 B a äc B a äc B a äc 2 B a äc B a äc B a äc -1 0 B a äc B a äc B a äc B a äc B a äc B a äc -1 Hình 4.6 :Sóng hài phân tích từ dạng sóng điện áp độ tụ bù có cuộn kháng triệt hài chu kỳ 120 0 0 100 80 60 40 3 3 2 8 4 9 20 5 3 1 8 5 9 2 0 25 26 5 5 30 31 DC 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hình 4.7: Tỉ lệ phần trăm sóng hài so với sóng 24 27 28 29 Nhận xét: Với việc mắc nối tiếp cuộn kháng triệt sóng hài với tụ bù thực đóng cắt, chất lượng dạng sóng độ thu cải thiện nhiều Không có sóng hài cộng hưởng, tỉ lệ sóng hài bậc cao 30% cácTa thấy rõ đóng tụ cách ly vào lưới thành phần sóng hài bị cộng hưởng Tuy biện pháp đơn giản kết thu khả quan giúp cho người vận hành cải thiện chất lượng điện Để cải thiện thêm việc hạn chế sóng hài lên tụ bù trình đóng cắt, tác giả hy vọng nhận hỗ trợ chuyên gia ngành điện thiết bị, chương trình mô giúp cho việc hoàn thiện đề tài nghiên cứu KẾT LUẬN I Các hệ kết luận II Phương hướng phát triển I Các hệ kết luận: − Hiện lưới truyền tải hệ thống điện thuộc EVN ngày có nhiều trạm tụ bù xây dựng, việc nghiên cứu tác động xảy đóng cắt tụ bù cần thiết để chọn lựa phương pháp bảo vệ nhằm đảm bảo tính ổn định toàn hệ thống điện − Kết nghiên cứu giúp cho người đọc có nhìn tổng quát trình đóng cắt tụ bù việc cộng hưởng sóng hài − Việc nghiên cứu phần mềm mô công cụ hữu hiệu khả thi tính chất đơn giản phương pháp − Có thể ứng dụng để hỗ trợ cho công tác thiết kế hệ thống điện tương lai hệ thống, đường dây có xây dựng trạm tụ bù − Là bước đầu để tiến tới tiêu chuẩn hóa tiêu thiết kế trạm tụ bù II Phương hướng phát triển: Tong luận án này, xây dựng mô hình mạch điện để khảo sát việc đóng cắt tụ bù cho hệ thống đơn giản, bỏ qua thông số đường dây nên kết mang tính tương đối (các kết giá trị điện áp có sai số so với nghiên cứu hãng Cooper Power Systems) Tiếp theo điều kiện cho phép nghiên cứu mô hình chi tiết thực phần mềm mô đại mạch hơn, hy vọng nhận kết xác hữu ích nhiều ... Kỹ Thu? ??t Điện Khóa: 2001 I Phái: Nam Nơi sinh: Sài Gòn TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN DẠNG CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ KHI ĐÓNG CẮT CÁC BỘ TỤ BÙ, PHÂN TÍCH PHỔ CỦA SÓNG HÀI QUÁ ĐỘ THU ĐƯC TRONG QUÁ TRÌNH... ĐÓNG CẮT CÁC BỘ TỤ VÀ ĐỀ RA CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan trạm tụ bù phân phối, truyền tải Mô nhận dạng tượng độ lưới điện đóng cắt thiết bị Phân tích phổ sóng hài. .. ĐIỆN KHI ĐÓNG CẮT THIẾT BỊ I Tổng quang trình độ việc đóng tụ bù II Mô phỏng, nhận dạng trình độ đóng cắt tụ bù lưới 500/230/115kV Hiện tượng xảy đóng tụ cách ly vào lưới Hiện tượng đóng tụ vào