2. Cách thức trình bày báo cáo
4.5Trường hợp mạng điện sự cố ngắn mạch 3 pha
4.5.1. Khi mạng điện xảy ra sự cố ở giây thứ 3:
Hình 4.10 Đồ thị công suất điện của máy khi xảy ra sự cố
Hình 4.11 Đồ thị tốc độ của máy phát khi xảy ra sự cố
78
Hình 4.13 Đồ thị dòng điện đầu ra của máy phát khi xảy ra sự cố
Nhận xét: Khi có sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải, các sự cố có thể là một pha chạm đất, 2 pha chạm đất, … ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 3 pha… (ở đây ta mô phỏng ngắn mạch 3 pha trên đường dây truyền tải) các sự cố này ảnh hưởng lớn lên mạng điện. Ở đây ta thấy tại giây thứ 3 của mô phỏng, các đồ thị về công suất điện, góc pha tương đối, góc pha tuyệt đối, tốc độ, dòng điện đầu ra của máy phát đã bị mất cân bằng và độ nhấp nhô khá cao dẫn đến mất ổn định trong hệ thống điện. Nhiệm vụ đặt ra là nhanh chóng đưa các đồ thị này về trạng thái cân bằng và không còn độ nhấp nhô, giải quyết được vấn đề này là ta đã đưa hệ thống trở về trạng thái ổn định
4.5.2. Cài đặt relay cắt cô lập điểm sự cố:
Ở đồ án này, ta tập trung nâng cao tính ổn định động của mạng điện với sự ổn định nhanh chóng của góc lệch pha tương đối. Vì vậy, các phương pháp nên trên sẽ tập trung giải quyết tính ổn định của góc lệch pha tương đối, từ đó dẫn đến ổn định công suất điện, tốc độ, góc lệch tuyệt đối, dòng điện đầu ra máy phát.
79
Hình 4.14 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.2s
Kết quả mô phỏng khi cô lập sự cố tại thời điểm 3.1s
Hình 4.15 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.1s
Kết quả mô phỏng khi cô lập sự cố tại thời điểm 3.05s
Hình 4.16 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.05s
80
Hình 4.17 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.02s
Hình 4.18 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.01s
Nhận xét: Từ các hình từ 4.17 đến hình 4.21 ta nhận thấy việc cắt cô lập nhanh sự cố trong thời gian ngắn có cải thiện độ nhấp nhô của đồ thị nhưng vẫn chưa thể đưa mạng điện trở về trạng thái ổn định. Khác với mạng điện nhỏ 9 nút, với những mạng điện lớn có nhiều máy phát, đường dây truyên tải và phụ tải như mạng điện 39 cần phối hợp nhiều phương pháp để tăng hiệu quả ổn định động.
81
4.5.3. Cài đặt thông số cho bộ PSS của máy phát
Hình 4.19 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.01s và cài đặt thông số cho bộ PSS
4.5.4. Tăng hằng số quán tính H trong máy phát
Với mô hình mạng điện 39 nút đang xét, hằng số quán tính H(s) mặc định của máy phát ban đầu là H(s) = 10, sau đây ta sẽ mô phỏng với H(s) = 30.
Cài đặt H(s) = 30
Hình 4.20 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.01s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 30
82 Cài đặt H(s) = 80
Hình 4.21 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.01s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 80
Cài đặt H(s) = 230
Hình 4.22 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.01s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 230
Cài đặt H(s) = 500
Hình 4.23 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.01s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 500 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
83
Tăng H(s) = 1000 và đặt thời gian relay tác động ở 3.005 sec
Hình 4.24 Đồ thị góc lệch pha tương đối khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.005s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 1000
Nhận xét: Sau khi cài đặt thông số bộ Governor, bộ PSS, tăng H(s) = 1000 và đặt thời gian tác động của relay tại 3.005 giây thì đồ thị góc lệch pha đã cải thiện rõ rệt và mạng điện đang có xu hướng trở lại trạng thái cân bằng và ổn định. Tuy nhiên để đáp ứng lâu dài và đảm bảo chất lượng điện năng tốt nhất cần có thêm giải pháp để đồ thị góc lệch pha tương đối của các máy phát phẳng (không còn độ nhấp nhô) hay góc lệch pha trở về trạng thái ổn định.
Hình 4.25 Đồ thị công suất điện đầu ra của máy phát khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.005s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 1000
84
Hình 4.26 Đồ thị tốc độ của máy phát khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.005s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 1000
Hình 4.27 Đồ thị dòng điện đầu ra của máy phát khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.005s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 1000
Kết luận: Từ việc khảo sát xử lí sự cố bằng các phương pháp trên, qua đồ thị ta có thể rút ra kết luận. Với mạng điện quy mô nhỏ và đơn giản thì khi xảy ra sự cố chỉ cần cài đặt relay tác động nhanh để cô lập vị trí sự cố. Tuy nhiên, với mạng điện lớn, phức tạp và cấu tạo từ nhiều thành phần thiết bị thì việc cắt nhanh của relay bảo vệ chưa thể đưa mạng điện trở về trạng thái cân bằng sau khi sự cố. Vì vậy mà cần nghiên cứu đến nhiều phương pháp để mang lại hiệu quả cao hơn trong việc ổn định hệ thống.
Qua các đồ thị trên, ta rút ra kết luận phương pháp tác động nhanh relay bảo vệ phối hợp với việc tăng hằng số quán tinh H(s) mang lại hiệu quả khá tốt. Đặc biệt ở hình 4.27 đến 4.31 ta thấy rõ khi góc lệch pha tương đối của máy phát trở lại vị trí cân bằng
85
khi cắt nhanh sự cố tại thời điểm 3.005s, cài đặt thông số cho bộ Governor, PSS và tăng H(s) = 1000 sẽ dẫn đến sự cân bằng trở lại của Công suất điện đầu ra, tốc độ của máy phát và dòng điện đầu ra.
4.6 Trường hợp mạng điện sự cố mất một lượng công suất phát ( công suất phát của máy điện năng lượng tái tạo – Wind Turbine Generator) của máy điện năng lượng tái tạo – Wind Turbine Generator)
Trong thời đại ngày nay, vấn đề bảo vệ môi trường trở được đặt lên hàng đầu, vì vậy ngày càng nhiều điện được tao ra từ các nguồn năng lượng tái tạo. Năng lượng tái tạo có thể góp phần đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng và làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, nó thay thế máy phát điện sử dụng nhiên liệu thông thường. Năng lượng tái tạo cung cấp 19% công suất điện trên toàn thế giới, trong đó công nghệ điện gió là một trong những công nghệ năng lượng tái tạo được phát triển ở những nước có tài nguyên gió dồi dào.
Trong những năm gần đây, công nghệ máy phát gió đã được cải tiến nhiều và được công nhận là thân thiện với môi trường, quy mô của các turbine gió và trang trại gió được tăng lên nhanh chóng , một lượng năng lượng gió khá lớn được hòa vào lưới điện. Sự thâm nhập của năng lượng gió vào hệ thống điện có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng do tính chất ngẫu nhiên của gió và đặc điểm của máy phát gió, ở các trang trại gió lớn kết nối với mạng truyền tải có thể gây ra sự cố mất ổn định thoáng qua. Ví dụ, sự dao động điện áp khi ngắt một số lượng lớn máy phát gió. Mục tiêu của nghiên cứu này là dùng mô hình turbine gió DFIG được xây dựng trong phầm mềm ETAP để mô phỏng và đánh giá tác động của WTG (Wind Turbine Generator) lên sự ổn định của hệ thống điện bao gồm phản ứng của hệ thống khi có sự cố với sự có mặt của WTG và mức độ can thiệp về công suất phát của WTG đến việc ổn định hệ thống.
Kịch bản được mô phỏng là khảo sát ổn định của hệ thống điện IEEE 39bus có thêm nút phát năng lượng gió WTG trong 20s, tại thời điểm giây thứ 5s vì một số lí do mà hệ thống phát năng lượng gió bị ngắt ra. Ở đây ta sẽ đánh giá mức độ can thiệp của hệ thống máy phát gió đối với mạng điện và khả năng đáp ứng công suất của các máy phát truyền thống còn lại khi mạng điện bị thiếu hụt công suất.
86
4.6.1. Mô phỏng trường hợp lắp đặt hệ thống WTG tại BUS25.
WTG sẽ phát một lượng công suất phụ cho máy phát G8, các trường hợp được khảo sát sau đây:
G8: 240MW WTG: 300MW G8: 340MW WTG: 200MW G8: 440MW WTG: 100MW G8: 475MW WTG: 65MW
Hình 4.28 Đồ thị công suất điện đầu ra khi WTG 300 MW và G8 240 MW, với WTG đặt tại Bus 25
Hình 4.29 Đồ thị công suất điện đầu ra khi WTG 200 MW và G8 340 MW, với WTG đặt tại Bus 25
87
Hình 4.31 Đồ thị công suất điện đầu ra khi WTG 65 MW và G8 475 MW, với WTG đặt tại Bus 25
Nhận xét: Với đồ thị hình 4.35 ta thấy với với lượng công suất là 65MW thì hệ thống điện có khả năng ổn định được khi WTG bi ngắt ra, ta thấy máy phát G1 là nơi chịu tác động nhiều nhất trong mạng điện, vì vậy sau đây ta sẽ tăng hằng số quán tính của máy phát G1 từ 230 lên 1000 để khảo sát sự tự phục hồi sau sự cố của máy phát này trong mạng điện.
Hình 4.32 Đồ thị công suất điện đầu ra khi WTG 65 MW và G8 475 MW, với WTG đặt tại Bus 25, hằng số quán tính G1 tăng lên 1000
Hình 4.33 Đồ thị công suất điện đầu ra khi WTG 65 MW và G8 475 MW, với WTG đặt tại Bus 25, hằng số quán tính G1 tăng lên 1000 và G8 lên 500
88
• Nhận xét:
Khi tăng hằng số quán tính của máy phát số 1 lên 1000 (hình 4.36) ta thấy đồ thị công suất tác dụng của máy phát G1 đã bắt đầu trạng thái ổn định và khi tăng thêm hằng số quán tính ở máy phát G8 lên 500 thì đồ thị công suất điện của các máy phát còn lại cũng đã bắt đầu về trạng thái ổn định. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Kết luận:
Năng lượng tái tạo là một dạng năng lượng sạch, không tốn tài nguyên và đầy tiềm năng. Nhưng để sử dụng dạng năng lượng này trên quy mô lớn và lâu dài thì còn nhiều khuyết điểm cần khắc phục. Năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng gió nói riêng phụ thuộc khá nhiều và thời tiết nên để đảm bảo tính liên tục của dạng năng lượng này trong mạng điện là điều rất cần thiết. Như các trường hợp mô phỏng ở trên ta đã thực hiện thì khi các Turbine gió này bị ngắt quảng trong quá trình sản xuất năng lượng điện cung cấp cho hệ thống thì ổn định hệ thống trong mạng điện chịu tác động không nhỏ, lúc này các máy phát còn lại phải phát lượng công suất lớn hơn bình thường và tăng một cách đột ngột để cung cấp công suất cho hệ thống, vì vậy dẫn đến năng lượng từ WTG chỉ thay thế được một phần không lớn (khoảng 10% đến 15%) công suất của một máy phát mà nó được hòa đồng bộ cùng một vị trí. Bên cạnh đó, khi có sự cố máy phát gió không phát công suất thì cần những máy phát truyền thống có hằng số quán tính lớn để nhanh chóng đưa hệ thống điện trở về trạng thái ổn định.
4.7 KẾT LUẬN CHUNG
Kết quả ở hai trường hợp mô phỏng sự cố trên cho ta thấy hiệu suất cao của việc lựa chọn máy phát có hằng số quán tính cao. Tuy nhiên, hằng số quán tính lớn dẫn đến giá thành của máy phát khá lớn và việc lắp đặt khá phức tạp, vì vậy sẽ ưu tiên đầu tư vào relay tác động bảo vệ nhanh. Một số relay cho mạng điện cao, trung thế hiện nay trên thị trường có thời gian tác động khác nhanh, đến ¼ chu kỳ. Ngoài ra còn nhiều phương pháp khác để tối ưu việc ổn định hệ thống như:
Giảm điện kháng trên máy phát (điện kháng máy phát điện chiếm 2/3 điện kháng của mạng điện, lớn hơn gấp nhiều lần điện kháng của MBA và đường dây). Từ đó khi xảy ra sự cố thì công suất của máy phát không bị suy giảm quá nhiều, dẫn đến các máy phát
89
còn lại không phải gánh một lượng công suất quá lớn dẫn đến mất đồng bộ về tốc độ, tần số và góc lệch pha tương đối.
Tăng cường công suất dự phòng bằng các nguồn điện dự phòng như hệ thống năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời…). Tuy nhiên lượng điện năng của loại nguồn điện này không phải lúc nào cũng đảm bảo cung cấp cho hệ thống, nên việc đưa nguồn điện này vào hệ thống chỉ chiếm từ 10% đến 30% nguồn cấp điện cho cả hệ thống. Việc tăng cường công suất của năng lượng tái tạo vào mạng điện quy mô lớn vẫn còn đang được nghiên cứu.
Sử dụng bộ Power system stabilizer (PSS) và gorvener để điều khiển tốc độ của máy phát, giảm tình trạng vượt tốc hoặc thiếu tốc dẫn đến mất đồng bộ cục bộ trong mạng điện. Tuy nhiên, với phần mềm ETAP chỉ hỗ trợ một số mô hình bộ PSS và Gorverner đã có sẵn và đi kèm với loại máy phát mà phần mềm hỗ trợ, chính vì vậy trên thực tế sẽ có nhiều lựa chọn cho loại thiết bị này và thông số của mỗi hãng là khác nhau, nhưng mục đích cuối cùng vẫn là giảm việc tăng giảm tốc độ đột ngột của turbine và nhanh chóng điều khiển kích từ đáp ứng cho việc ổn định hệ thống.
Bên cạnh đó, xu hướng của sự phát triển hệ thống điện hiện nay là sử dụng các nguồn phân tán và năng lượng tái tạo như thủy điện, năng lượng gió và năng lượng mặt trời…. thay thế cho các loại năng lượng truyền thống đang dầng can kiệt,các dạng năng lượng này mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường, đồng thời giảm áp lực về tài nguyên để biến đổi thành năng lượng điện phục vụ con người. Ngoài việc sử dụng máy phát năng lượng tái tạo làm nguồn phát thì có nhiều nghiêng cứu đang chỉ ra việc nâng cao ổn định hệ thống điện bằng những mô hình máy phát này là hoàn toàn có thể.
90
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN
Trong những năm trở lại đây, ổn định hệ thống điện là vấn đề mà các kĩ sư không những ở Việt Nam mà nhiều quốc gia trên thế giới khá quan tâm và luôn nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu cho hệ thống điện. Tuy nhiên, hệ thống điện ở Việt Nam vẫn còn rất nhiều khó khăn để đáp ứng ổn định hệ thống vì sự không đồng bộ giữa các thiết bị, nguyên nhân là trong quá trình lịch sử có nhiều lần nâng cấp và không đồng bộ, mặc khác hệ thống điện ở nước ta vẫn đang trong đà phát triển và nâng cấp nên việc Ổn định cho hệ thống điện vẫn đang là đề tài nghiên cứu để đưa ra giải pháp thực tế, từ đó nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo độ tin cậy và đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Trong luận văn này, tập trung chủ yếu vào việc mô phỏng sự làm việc và đưa ra giải pháp nâng cao khả năng ổn định của một hệ thống điện khi sự cố xảy ra. Mạng điện 39 được chạy mô phỏng, điều chỉnh thông số và giải trừ sự cố dựa trên cơ sở lí thuyết và sự hổ trợ của phần mềm ETAP.
Bên cạnh đó, phần mềm ETAP đã phát huy được ưu điểm là cho người dùng khả