4. Tên và cấu trúc nội dung của luận văn
3.3.2. Phương pháp tính toán
Trong hệ thống điện thường xuyên xảy ra các dao động và thay đổi. Các dao động nhỏ có thể sinh ra trong quá trình phụ tải hệ thống thay đổi, sự thay đổi phân bố công suất giữa các tổ máy phát trong hệ thống, thay đổi các nấc
thống... Các quá trình này thường xuyên xảy ra trong hệ thống điện nhưng hầu như tần số của hệ thống vẫn được giữ nguyên do hệ thống có thể tự lấy lại trạng thái cân bằng của mình. Khả năng tự ổn định này của hệ thống được đánh giá là ổn định tĩnh. Tuy nhiên trong hệ thống có thể tồn tại các dao động lớn hay đột biến lớn. Các nguyên nhân sinh ra dao động đột biến là phụ tải thay đổi đột biến, cắt đường dây, cắt máy cắt đang vận hành hoặc do hậu quả của các loại ngắn mạch... Việc nghiên cứu khả năng tự phục hồi của hệ thống điện trong các trường hợp này gọi là đánh giá ổn định động.
Khi tính toán ổn định động, hầu hết phần tử trong hệ thống điện được mô phỏng như trong trường hợp chế độ xác lập. Tuy nhiên một số phần tử quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của hệ thống (như các máy phát, các bộ điều khiển công suất phản kháng tự động, các động cơ đồng bộ lớn...) sẽ được miêu tả kỹ hơn. Với thông số đó có thể thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả trạng thái của hệ thống với các phản ứng mô phỏng gần giống với thực tế. Đối với các hệ thống điện đơn giản, có thể sử dụng một số phương pháp toán học quen thuộc như phương pháp Range-Kutta để giải. Tuy nhiên đối với các hệ thống điện phức tạp việc đánh giá trạng chỉ có thể thực hiện bằng phương pháp điện toán, tức là áp dụng các chương trình máy tính đặc biệt để thực hiện tính toán.
Tiêu chuẩn để đánh giá ổn định động của một hệ thống bất kỳ được kiểm tra qua góc lệch giữa các sức điện động của máy phát điện (không thay đổi nếu như các tác động bên ngoài không đổi nữa) và tần số của hệ thống phải là hằng số.
Để thực hiện phân tích ổn định động cho hệ thống điện toàn quốc báo cáo đã sử dụng chương trình PSS/E (Power System Similator for Engineering) của hãng PTI (Mỹ).
Trong quá trình tính toán các máy phát điện được mô phỏng số hoá kèm theo hệ thống kích từ, hệ thống điều tốc và hệ thống tự cân bằng. Tuy nhiên nếu các máy phát có công suất quá nhỏ và ảnh hưởng của các hệ thống điều tốc và tự cân bằng đến độ ổn định của hệ thống là rất nhỏ thì theo lý thuyết sai số cho phép có thể bỏ qua các hệ thống này. Đối với các phụ tải có chứa nhiều động cơ phải được miêu tả sự phụ thuộc của phụ tải đến tần số và điện áp trong lưới.
Thông thường có 8 loại sự cố chính là đứt dây 1, 2 hoặc 3 pha, ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 2 pha chạm đất, 3 pha và 3 pha chạm đất. Tuy nhiên trong thực tế vận hành cũng như kinh nghiệm nghiên cứu của các nước tiên tiến trên thế giới người ta chỉ xét đến 2 trường hợp: ngắn mạch ba pha (là trường hợp nặng nhất) và ngắn mạch một pha chạm đất (là trường hợp tiêu biểu hay xảy ra nhất). Đối với báo cáo này sẽ khảo sát với trường hợp ngắn mạch 3 pha vĩnh cửu, nhằm đánh giá khả năng phản ứng của hệ thống đối với trường hợp ngắn mạch nặng nề nhất, nếu hệ thống vẫn duy trì ổn định ở chế độ sự cố này thì chắc chắn hệ thống sẽ luôn ổn định đối với trường hợp sự cố 1 pha.
Trình tự mô phỏng tính toán ổn định động theo các bước sau:
- Mô phỏng chế độ xác lập trước khi xảy ra sự cố (chạy chế độ xác lập từ 0 giây đến 1 giây).
- Mô phỏng ngắn mạch ba pha xảy ra trên đường dây ở thời điểm t = 1 giây bằng cách thay điện dẫn tại điểm ngắn mạch bằng điện dẫn sự cố.
- Hệ thống rơ le bắt đầu hoạt động gây ra cắt các máy cắt ở hai đầu của đường dây ngắn mạch tách pha sự cố ra.
- Sự cố được giải trừ ở thời điểm t=1+t0 giây (t0 - thời gian giải trừ sự cố phụ thuộc vào cấp điện áp và tác động nhanh chậm của hệ thống rơ le bảo vệ
gian loại trừ sự cố ở cấp điện áp 220kV thường 60ms. Tuy nhiên trong báo cáo đề nghị sử dụng thời gian tồn tại sự cố đến 200ms để khảo sát khả năng duy trì ổn định của hệ thống cũng như giới hạn truyền tải của các đường dây 220kV đấu nối đến TBA với hàm ý cố gắng đánh nặng chế độ sự cố để xác định chắc chắn hệ thống luôn giữ được ổn định.
- Tính toán thêm đến thời điểm t=5 giây để đánh giá độ ổn định.
Tiêu chuẩn ổn định động được kiểm tra qua góc lệch tương đối giữa các sức điện động của tất cả các máy phát điện trong hệ thống theo yêu cầu :
+ Góc lệch giữa roto máy phát và điện áp đầu cực không vượt quá 1200
+ 20sec sau khi sự cố được loại trừ, biên độ dao động của góc pha máy phát không vượt quá 15% biên độ của dao động đầu tiên.
+ 5sec sau khi sự cố được loại trừ, điện áp tại điểm sự cố phải được phục hồi đến giá trị 75% so với giá trị trước thời điểm sự cố.
nhà máy điện gió Bình Đại với mô hình điện tử công suất nên các sự cố sẽ ảnh hưởng đến chế độ làm việc của nhà máy vì vậy cần xem xét đánh giá dao động tần số, điện áp lưới khi xét các sự cố này.
Trường hợp tính toán xem xét:
+ Sự cố ngắn mạch 3 pha trên 1 mạch đường dây 220kV nhà máy điện gió Bình Đại – TBA 220kV Mỏ Cày với điểm sự cố gần NMĐG. Sự cố sau đó được loại trừ bằng 2 máy cắt 220kV đường dây.
Ảnh hưởng nhà máy điện gióđến công suất:
1. Nhà máy điện gió, phải có khả năng duy trì vận hành phát công suất tác dụng trong dải tần số từ 49 Hz đến 51 Hz theo các chế độ sau:
a) Chế độ phát tự do: Vận hành phát điện công suất lớn nhất có thể theo sự biến đổi của nguồn năng lượng sơ cấp (gió hoặc mặt trời);
b) Chế độ điều khiển công suất phát: Nhà máy điện gió, phải có khả năng điều chỉnh phát công suất tác dụng theo lệnh của Cấp điều độ có quyền điều khiển
phù hợp với sự biến đổi của nguồn năng lượng sơ cấp trong thời gian không quá 30 giây với độ sai số trong dải ± 01 % công suất định mức, cụ thể như sau:
- Phát công suất theo đúng lệnh điều độ trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên bằng hoặc lớn hơn giá trị dự báo;
- Phát công suất lớn nhất có thể trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên thấp hơn giá trị dự báo.
2. Trong chế độ vận hành bình thường, nhà máy điện gió phải có khả năng phát công suất tác dụng và đảm bảo không bị ảnh hưởng do điện áp tại điểm đấu nối thay đổi trong dải cho phép theo quy định.
Ảnh hưởng nhà máy điện gió đếnđiện áp:
1. Các cấp điện áp danh định trong lưới điện truyền tải bao gồm 500 kV, 220 kV.
2. Trong điều kiện làm việc bình thường hoặc khi có sự cố đơn lẻ xảy ra trong lưới điện truyền tải, điện áp tại thanh cái cho phép vận hành trên lưới điện truyền tải được quy định tại bảng sau:
Bảng 3.1: Điện áp tại thanh cái cho phép vận hành trên lưới điện truyền tải
Cấp điện áp Chế độ vận hành của hệ thống điện
Vận hành bình thường Sự cố đơn lẻ
500 kV 475 ÷ 525 450 ÷ 550
220 kV 209 ÷ 242 198 ÷ 242
3. Trong trường hợp hệ thống điện truyền tải bị sự cố nhiều phần tử, sự cố nghiêm trọng, trong chế độ vận hành cực kỳ khẩn cấp hoặc chế độ khôi phục hệ thống điện, cho phép mức dao động điện áp trên lưới điện truyền tải tạm thời lớn hơn ± 10 % so với điện áp danh định nhưng không được vượt quá ±
4. Trong thời gian sự cố, điện áp tại nơi xảy ra sự cố và vùng lân cận có thể giảm quá độ đến giá trị bằng 0 ở pha bị sự cố hoặc tăng quá 110 % điện áp danh định ở các pha không bị sự cố cho đến khi sự cố được loại trừ.
Cân bằng pha:
Trong chế độ vận hành bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không được vượt quá 3 % điện áp danh định đối với các cấp điện áp danh định trong lưới điện truyền tải.
3. Nhà máy điện gió, tại mọi thời điểm đang nối lưới phải có khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu tương ứng với các dải tần số vận hành theo quy định.
4. Khi tần số hệ thống điện lớn hơn 51 Hz, nhà máy điện gió, phải giảm công suất tác dụng với tốc độ không nhỏ hơn 01 % công suất định mức mỗi giây. Mức giảm công suất tương ứng với tần số được xác định theo công thức sau: Trong đó:
- ΔP: Mức giảm công suất phát tác dụng (MW);
- Pm: Công suất tác dụng tương ứng với thời điểm trước khi thực hiện giảm công suất (MW);
- fn: Tần số hệ thống điện trước khi thực hiện giảm công suất (Hz).
5. Nhà máy điện gió phải có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp như sau:
a) Trường hợp nhà máy điện phát công suất tác dụng lớn hơn hoặc bằng 20 % công suất tác dụng định mức và điện áp trong dải vận hành bình thường, nhà máy điện phải có khả năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng trong dải hệ số công suất 0,95 (ứng với chế độ phát công suất phản kháng) đến 0,95
(ứng với chế độ nhận công suất phản kháng) tại điểm đấu nối ứng với công suất định mức;
b) Trường hợp nhà máy điện phát công suất tác dụng nhỏ hơn 20 % công suất định mức, nhà máy điện có thể giảm khả năng nhận hoặc phát công suất phản kháng phù hợp với đặc tính của tổ máy phát điện;
c) Trường hợp điện áp tại điểm đấu nối trong dải ± 10 % điện áp định mức, nhà máy điện phải có khả năng điều chỉnh điện áp tại điểm đấu nối với độ sai lệch không quá ± 0,5 % điện áp định mức (so với giá trị đặt điện áp) trong toàn bộ dải làm việc cho phép của tổ máy phát điện và hoàn thành trong thời gian không quá 02 phút;
d) Trường hợp điện áp tại điểm đấu nối biến thiên ngoài dải ± 10 % điện áp định mức, nhà máy điện phải có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng ở mức tối thiểu 2 % so với công suất phản kháng định mức tương ứng với mỗi % điện áp biến thiên tại điểm đấu nối.
6. Nhà máy điện gió, tại mọi thời điểm đang nối lưới phải có khả năng duy trì vận hành phát điện tương ứng với dải điện áp tại điểm đấu nối trong thời gian như sau:
a) Điện áp dưới 0,3 pu, thời gian duy trì tối thiểu là 0,15 giây;
b) Điện áp từ 0,3 pu đến dưới 0,9 pu, thời gian duy trì tối thiểu được tính theo công thức sau:
Trong đó:
Tmin = 4 x U - 0,6 - Tmin (giây): Thời gian duy trì phát điện tối thiểu;
- U (pu): Điện áp thực tế tại điểm đấu nối tính theo đơn vị pu.
d) Điện áp từ 1,1 pu đến dưới 1,15 pu, nhà máy điện gió phải duy trì vận hành phát điện trong thời gian 03 giây;
đ) Điện áp từ 1,15 pu đến dưới 1,2 pu, nhà máy điện gió phải duy trì vận hành phát điện trong thời gian 0,5 giây.
7. Nhà máy điện gió, phải đảm bảo không gây ra thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha tại điểm đấu nối quá 01 % điện áp danh định. Nhà máy điện gió, phải có khả năng chịu được thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha tại điểm đấu nối tới 03 % điện áp danh định đối với cấp điện áp từ 220 kV trở lên.
8. Tổng mức biến dạng sóng hài do nhà máy điện gió, gây ra tại điểm đấu nối không vượt quá giá trị 03 %.
9. Mức nhấp nháy điện áp do nhà máy điện gió, gây ra tại điểm đấu nối không được vượt quá giá trị quy định.
Nhấp nháy điện áp:
1. Trong điều kiện vận hành bình thường, mức nhấp nháy điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong bảng như sau:
Bảng 3.2: Mức nhấp nháy điện áp
Cấp điện áp Mức nhấp nháy cho phép
110 kV Pst95% = 0,80 Plt95% = 0,60 Trung áp Pst95% = 1,00 Plt95% = 0,80 Hạ áp Pst95% = 1,00 Plt95% = 0,80
Trong đó:
a) Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) là giá trị đo được trong khoảng thời gian 10 phút bằng thiết bị đo tiêu chuẩn theo IEC868. Pst95% là ngưỡng giá trị của Pst sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95 % số vị trí đo Pst không vượt quá giá trị này;
b) Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt) được tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp (trong khoảng thời gian 02 giờ), theo công thức:
Plt95% là ngưỡng giá trị của Plt sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất
01 tuần) và 95 % số vị trí đo Plt không vượt quá giá trị này.
2. Tại điểm đấu nối trung và hạ áp, mức nhấp nháy ngắn hạn (Pst) không được vượt quá 0,9 và mức nhấp nháy dài hạn (Plt) không được vượt quá 0,7 theo tiêu chuẩn IEC1000-3-7.
Dao dong dien ap tren cac thanh cai 220kV (pu)
10 - VOLT 718502 [DG_BINHDAI 220.00] : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY
g f e d c b
11 - VOLT 7282 [MOCAY 220.00] : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY
g f e d c b
12 - VOLT 7182 [BEN_TRE 220.00] : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY
g f e d c b Time (seconds) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0
Cong suat truyen tai tren 2 mach duong day 220kV NMDG Binh Dai-Mo Cay (MVA) 1 - DG_BINHDAI-MOCAY-1 : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 2 - DG_BINHDAI-MOCAY-2 : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b Time (seconds) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1,000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Hình 3.13: Công suất truyền tải trên 2 mạch đường dây 220kV NMĐG Bình Đại-Mỏ Cày
Bieu do phat cong suat cua NMDG Binh Dai
42 - P_DG_BINHDAI : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 51 - Q_DG_BINHDAI : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b Time (seconds) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 5 4 3 2 1 0 -1 -2
Bieu do phat cong suat tac dung cua cac NMDG tinh Ben Tre (pu) 42 - P_DG_BINHDAI : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 43 - P_DG_SO1&2 : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 44 - P_DG_NEXIF : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 45 - P_BATRI : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 46 - P_VPLBENTRE : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 47 - P_BINHDAI10&11 : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 48 - P_SUNPRO : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b Time (seconds) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 5 4 3 2 1 0
Hình 3.15: Biểu đồ phát công suất tác dụng của các nhà máy điện gió tỉnh Bến Tre
Bieu do phat cong suat phan khang cua cac NMDG (pu)
51 - Q_DG_BINHDAI : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 52 - Q_DG_SO1&2 : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 53 - Q_DG_NEXIF : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 54 - Q_BATRI : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 55 - Q_VPLBENTRE : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d c b 56 - Q_BINHDAI10&11 : 2020_SC_DG_BINHDAI_MOCAY g f e d