Khảo sát mô hình DG, phân tích ngắn mạch và ảnh hưởng của DG lên phối hợp bảo vệ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẶNG TUẤN KHANH KHẢO SÁT MÔ HÌNH DG, PHÂN TÍCH NGẮN MẠCH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DG LÊN PHỐI HỢP BẢO VỆ Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2007 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS.Nguyễn Hoàng Việt Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Ngày, tháng, năm sinh : Giới tính : Nam / Nữ Nơi sinh : Chuyên ngành : Khoá (Năm trúng tuyển) : 1- TÊN ĐỀ TÀI: 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Hoàng Việt, người tận tình hướng dẫn em tồn q trình thực luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn tất quý thầy cô môn Hệ Thống Điện trường đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh dẫn truyền đạt cho em kiến thức quý giá thời gian học tập trường Học viên thực Đặng Tuấn Khanh Mục lục Trang Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN PHÂN BỐ 01 1.1 Giới thiệu 01 1.2 Định nghĩa nguồn phân bố 03 1.3 Các nguồn lượng sử dụng cho DG 03 1.3.1 Pin quang điện 03 1.3.2 Năng lượng nhiệt quang 05 1.3.3 Năng lượng gió 05 1.3.4 Tổ hợp nhiệt điện 08 1.3.5 Pin nhiên liệu 09 1.3.6 Năng lượng sinh khối 10 1.3.6.1 Khái niệm lượng sinh khối 10 1.3.6.2 Sản xuất điện từ lượng sinh khối 14 Chương 2: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH VÀ PHỐI HỢP BẢO VỆ 17 2.1 Giới thiệu 17 2.2 Giải thuật tính tốn dịng ngắn mạch 18 2.3 Kết luận 23 2.4 Phối hợp bảo vệ DG 23 2.4.1 Phối hợp cầu chì cầu chì 23 2.4.2 Phối hợp Recloser cầu chì 24 2.4.2.1 Phối hợp cầu chì phía tải 24 2.4.2.2 Phối hợp với cầu chì phía nguồn 25 2.4.3 Phối hợp Recloser Rơle 27 2.5 Phối hợp bảo vệ có DG 27 2.6 Một số vấn đề ảnh hưởng DG 28 2.6.1 Khi ngắn mạch xảy đường dây lân cận 30 2.6.1.1 Mơ tả mạch 30 2.6.1.2 Tính toán cở DG 32 2.6.2 Giảm khả nhận biết dòng ngắn mạch 35 2.6.3 Ngắn mạch xảy vùng DG 39 2.6.4 Ảnh hưởng DG liên quan đến Rơle dòng điện 43 2.6.5 Số lượng DG cần thêm vào hệ thống 44 Chương MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ 3.1 Các dạng mơ hình cấu trúc máy phát điện gió 3.1.1 Dạng máy phát điện gió có Stato kết nối trực tiếp với hệ thống 45 45 45 3.1.2 Dạng máy phát điện gió kết nối với hệ thống thông qua biến đổi AC/DC/AC 3.1.3 Cấu trúc máy phát điện gió có Stato kết nối với hệ thống 46 47 3.1.4 Cấu trúc máy phát điện gió có Stato Roto kết nối vào hệ thống 3.2 Mơ hình máy phát điện gió 48 53 3.2.1 Tốc độ gió 53 3.2.2 Tuabin gió 53 3.2.2.1 Cánh quạt 53 3.2.2.2 Trục (Hub) 56 3.2.2.3 Bộ bánh 57 3.2.2.4 Máy phát 57 3.2.2.5 Tụ điện 58 3.2.2.6 Bộ điều khiển bánh 59 3.2.2.7 Bộ biến đổi (Điện tử công suất) 60 3.2.2.8 Hệ thống 61 Chương 4: TƯƠNG ĐƯƠNG HỆ THỐNG NHIỀU MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 4.1 Tương đương hệ thống nhiều máy phát điện gió 62 62 4.1.1 Các máy phát liên kết với theo dạng nối tiếp 62 4.1.2 Các máy phát liên kết với theo dạng song song 64 4.1.3 Các máy phát liên kết dạng song song nhưng nhánh gồm nhiều máy phát 4.1.4 Các máy phát vừa kết nối song song vừa nối tiếp 66 67 Chương 5: KHẢO SÁT MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KẾT NỐI 5.1 VỚI LƯỚI PHÂN PHỐI 70 Ta khảo sát cánh đồng gió MW nối với lưới phân phối 70 5.1.1 Đáp ứng tuabin thay đổi tốc độ gió 71 5.1.1.1 Khi vận hành chế độ điều chỉnh điện áp 71 5.1.1.2 Khi vận hành chế độ điều chỉnh Var 73 5.1.2 Sự tốc tuabin có gió có vận tốc lớn 74 5.1.3 Sự cố ngắn mạch pha chạm đất xảy 25 kV 75 5.1.3.1 Khi vận hành chế độ điều chỉnh điện áp 75 5.1.3.2 Khi vận hành chế độ điều chỉnh Var 76 5.1.4 Sự cố ngắn mạch ba pha hai pha xảy 25kV 77 5.1.4.1 Khi thời gian cố > 0.1 (s) 77 5.1.4.2 Khi thời gian cố < 0.1 (s) 78 5.1.5 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm chạm đất 25 kV 79 5.2 Khảo sát cánh đồng gió gồm ba nhóm (2*1.5MW) kết nối vào lưới phân phối 79 5.2.1 Tổng quan 79 5.2.2 Đáp ứng tuabin 80 5.2.3 Sự cố ngắn mạch 81 5.2.3.1 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm chạm đất đầu cực nhóm hai diễn 0.1(s) có dùng STATCOM 81 5.2.3.2 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm chạm đất đầu cực nhóm hai diễn 0.5(s) có dùng STATCOM 84 5.2.3.3 Sự cố ngắn mạch pha diễn 0.5(s) đầu cực nhóm hai có dụng STATCOM 5.2.3.4 Sự cố ngắn mạch ba pha diễn 0.5(s) 86 đầu cực nhóm hai có dụng STATCOM 5.2.4 Ảnh hưởng STATCOM 88 90 Luận văn tốt nghiệp Chương Chương TỔNG QUAN NGUỒN PHÂN BỐ 1.1 ) Giới thiệu: Ngày hầu giới, sở hạ tầng mạng điện chủ yếu nhà máy công suất lớn nối kết vào mạng lưới truyền tải phân phối Thông thường, nhà máy thủy điện, nhiệt điện điện hạt nhân, có công suất lớn từ hàng trăm mega-wat (MW) đến vài gigawat(GW) Trong số đó, nhà máy nhiệt điện xây dựng nhiều nửa cuối kỷ 20 Ví dụ nước ta có nhà máy thuỷ điện: Nhà máy có công suất lớn như: Khu vực phía Bắc • Hoà Bình có tổ máy (HB_1 đến HB_8) • Phả Lại có tổ máy (PL1_1 đến PL1_2) • Phả Lại có tổ máy (PL2_1 đến PL2_2) • Phả Lại có tổ máy (PL3_1 đến PL3_2) • Uông Bí có tổ máy (UB_1 đến UB_6) Khu vực miền Trung • Ialy có tổ máy (Ialy_1 đến Ialy_4) • Hàm Thuận có tổ máy (HT_1 đến HT_2) • Đa Mi có tổ máy (ĐM_1 đến ĐM_2) • Đa Nhim có tổ máy (ĐN_1 đến ĐM_4) Khu vực phía Nam GVHD: TS.Nguyễn Hồng Việt HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương Ta thấy vào thời điểm 20.11 (s) nhóm hai bị cắt khỏi hệ thống với lý áp thấp, điện áp đạt 0.7254 đvtđ Hai nhóm cịn lại hoạt động bình thường phát lên cơng suất định mức MW Hình 5.14 GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 82 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương Hình 5.15 Hình 5.16 GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 83 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 5.2.3.2 Giả sử vào thời điểm 20 (s) cố ngắn mạch hai pha chạm chạm đất đầu cực nhóm hai diễn 0.5 (s), có sử dụng STATCOM Kếy mơ hình 5.17, 5.18, 5.19 Hình 5.17 GVHD: TS.Nguyễn Hồng Việt 84 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương Hình 5.18 Hình 5.19 Ta thấy cố diễn 0.5 (s) thời điểm 20.11 (s) nhóm hai tác động bảo vệ thấp áp, cịn nhóm nhóm ba tác động bảo vệ thấp áp thời điểm 20.15 (s) GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 85 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 5.2.3.3 Giả sử vào thời điểm 20 (s) cố ngắn mạch pha chạm đất đầu cực nhóm hai diễn 0.5 (s), có sử dụng STATCOM Kết mơ hỉnh 5.20, 5.21, 2.22 Hình 5.20 GVHD: TS.Nguyễn Hồng Việt 86 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương Hình 5.21 Hình 5.22 Khi xảy cố chạm đất pha 0.5 (s) bảo vệ tác động nhóm hai lý đối xứng điện áp (tại thời điểm 20.2(s)) GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 87 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 5.2.3.4 Giả sử vào thời điểm 20 (s) cố ngắn mạch ba pha đầu cực nhóm hai diễn 0.5 (s), có sử dụng STATCOM Kết mơ hình 5.23, 5.24, 5.25 Hình 5.23 GVHD: TS.Nguyễn Hồng Việt 88 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương Hinh 5.24 Hinh 5.25 Cả ba nhóm tác động bảo vệ (nhóm va nhóm ba (20.11(s); nhóm hai 20.1 (s)) GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 89 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 5.2.4 Ảnh hưởng STATCOM Nếu khơng có STATCOM điện áp B25 thiếu công suất Q nên điện áp 0.91 đvtđ điều dẫn đến tải nhóm phận bảo vệ tác động vào thời điểm 13.463(s) Kết mơ hình 5.26 Hình 5.26 GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 90 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương Hình 5.27 Trường hợp ta tăng công suất máy biến áp hệ thống cấp 120 kV từ 47 MVA lên 63 MVA (tức tăng cơng suất hệ thống) kết khơng có nhóm bị q tải khơng có tác động bảo vệ tải xảy GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 91 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương SƠ ĐỒ MẠCH TRONG MATLAB CỦA PHẦN 5.1 GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 92 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương SƠ ĐỒ MẠCH TRONG MATLAB CỦA PHẦN 5.2 GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 93 HVTH:Đặng Tuấn Khanh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Application of models of the wind energy conversion system to wind power dynamic analysis, Wu Xueguang, Wang Weisheng, Dai Huizhu, Chen Yunping, Electric power Research Institue, Qinghe, Beijing 100085, China [2] An appropriate distributed generation sizing considering Recloser – Fuse coordination, S.Chaitusaney, Student Member, IEEE, and A.Yokoyama, Member, IEEE [3] Bảo vệ Rơle tự động hóa hệ thống điện, tác giả Nguyễn Hồng Việt [4] Connection of distributed generation – effect on the power system, Per Lund, Olve Mogstad, Viktoria Neimane, Anngjerd Pleym and Olof Samuelsson [5] Distributed and Electric Power System Aggregation Model and Field Configuration Equivalency Validation Testing, M.Davis, D.Costyk, A.Narang, NREL Technical Monitor: Thomas Basso, [6] Elements of Modelling of wind power systems with energy management: two structures in comparison, Nicolas Laverdure, Seddik Bacha, Daniel Roye [7] Equivalencing the collector system of a large wind power plant, E.Muljadi C.P.Butterfield, A,Ellis J.Mechenbier, J.Hochheimer R.Young, N.MILLER R.Delmerico, R.Zavadil J.C.smith [8] Impact of distributed Resources on Distribution Relay Protection, A report to the Line Protection Subcommittee of the Power System Relay Committee of the IEEE Power Enguneering Society [9] Ngắn mạch ổn định hệ thống điện, tác giả Nguyễn Hoàng Việt [10] Potential Economic Impact of Fault Currents Contributed by Distributed Generation, Natthaphob Nimpitiwan, Student Member, Gerald T.Heydt, Fellow, Arizona State University,Tempe, AZ; John Blevins, Member, A.Barry Cummings, Member, Salt River Project, AZ LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: ĐẶNG TUẤN KHANH Ngày, tháng, năm sinh: 14/07/1982 Nơi sinh: TÂY NINH Địa liên lạc: 266/82/32 TÔ HIẾN THÀNH P15 Q10 TP.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2000-2005 Học đại học Khoa Điện –Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM 2005 đến Học viên cao học Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC 2005 – 2007 Học tập ... TOÁN NGẮN MẠCH VÀ PHỐI HỢP BẢO VỆ 17 2.1 Giới thiệu 17 2.2 Giải thuật tính tốn dịng ngắn mạch 18 2.3 Kết luận 23 2.4 Phối hợp bảo vệ khơng có DG 23 2.4.1 Phối hợp cầu chì cầu chì 23 2.4.2 Phối hợp. .. với dịng điện ngắn mạch DG, ta dòng điện ngắn mạch qua CB1 Dòng điện ngắn mạch cực đại DG (A) Dòng điện ngắn mạch nguồn (A) Hình 2.8 Dịng ngắn mạch DG cực đại ứng với dòng ngắn mạch nguồn GVHD:TS.Nguyễn... dựa vào điện tử cơng suất Mỗi dạng có ảnh hưởng khác lên mạng phân phối Khi khơng có DG phối hợp bảo vệ đơn giản truyền thống Nhưng DG tham gia cần phải nghiên cứu xác đầy đủ phối hợp bảo vệ hệ