Bài tập lớn ổn định trong hệ thống điện

Đề bài, Phân tích - Xác định thời gian cắt tới hạn của máy cắt để đảm bảo ổn định cho lưới điện sử dụng phần mềm power world mô phỏng, tính toán trên đồ thị pv qv để tìm điểm xụp đổ đi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

Đỗ Ngọc Điềm Nguyễn Hữu Bình Lớp : Kỹ Thuật Điện, Điện Tử - K38A

Quy Nhơn, ngày 20 tháng 05 năm 2019

I TÍNH TOÁN THỜI GIAN CẮT ĐỂ LƯỚI CÓ SỰ ỔN ĐỊNH 1

I.1 Đề bài, Phân tích 1

I.2 Thông số các phần tử hệ thống điện: 2

I.2.1.Máy phát 2

I.2.2.Thông số chế độ trước khi ngắn mạch: 3

I.2.3.Tính quy chuyển thông số chế độ: 5

I.2.4.Tính chế độ xác lập 5

I.3 Lập đặc tính công suất khi mạch 3 pha 8

I.3.1 Lập đặc tính công suất sau khi xảy ra ngắn mạch 11

I.3.2.Tính góc cắt cat và thời gian cắt t cat : 13

II MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM POWER WORLD ĐỂ TÌM ĐIỂM XỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP 16

II.1 Lý thuyết về đường cong PV 16

II.2 Lý Thuyết đường cong QV 17

II.3.1 Giá trị công suất P và điện áp U trong hệ đơn vị có tên tại nút I và 1 18

II.3.2 Đường cong PV tại nút I 19

I TÍNH TOÁN THỜI GIAN CẮT ĐỂ LƯỚI CÓ SỰ ỔN ĐỊNH

I.1 Đề bài, Phân tích

- Xác định thời gian cắt tới hạn của máy cắt để đảm bảo ổn định cho lưới điện

sử dụng phần mềm power world mô phỏng, tính toán trên đồ thị pv qv để tìm điểm xụp đổ điện áp

- Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay thay đổi các điều kiện vận hành trong hệ thống Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đổ điện áp Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, chính trị, xã hội Trên thế giới đã ghi nhận được nhiều sự cố mất điện lớn do sụp đổ điện áp gây ra như tại Ý ngày 28/9/2003,

Nam Thụy Điển và Đông Đan Mạch

- Ngày 23/9/2003, phía Nam Luân Đôn ngày 28/8/2003, Phần Lan ngày 23/8/2003, Mỹ-Canada ngày 14/8/2003 Ổn định điện áp đã được quan tâm, nghiên cứu ở nhiều nướctrên thế giới Ở Việt Nam cũng đã xảy ra nhiều lần sự

cố mất điện trên diện rộng,Như vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007

và 04/9/2007 Do điện là yếu tố then chốt của sản xuất, nhiều nước trên thế giới không còn tính toán thiệt hại do mấtđiện theo đơn vị giờ mà là đơn vị phút Vì vậy, việc phân tích ổn định điện áp ở ViệtNam cần được nghiên cứu nhiều hơn nữa và có những biện pháp để ngăn ngừa sụp đổđiện áp Nghiên cứu ổn định động là nghiên cứu khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu hoặc gần với chế độ ban đầu khi bị các kích động lớn

Các kích động lớn thường xảy ra trong hệ thống điện bao gồm:

+ Cắt hoặc đóng đột ngột các phụ tải lớn

+ Cắt đường dây tải điện hoặc máy biến áp đang mang tải

+ Đóng hoặc cắt máy phát điện

Trong các dạng kích động nói trên thì ngắn mạch là nguy hiểm hơn cả, vì vậy nghiên cứu ổn định động của hệ thống điện thường được xét cho trường hợp này

Trong nội dung tính toán này, ta xét ổn định động của hệ thống điện với ngắn mạch ba pha trên một mạch phía đường dây kép phía nhà máy điện Sau khi có ngắn mạch, máy cắt phía đường dây nhà máy sẽ tác động để loại trừ sự cố, thời gian tác động của máy cắt quyết định khả năng ổn định của hệ thống

Việc tính toán ổn định động nhằm mục đích tìm được thời gian cắt chậm nhất (tcắt) để chỉnh định rơle bảo vệ Thời gian cắt chậm nhất là thời gian mà nếu rơle bảo

vệ cắt ngắn mạch sớm hơn thì hệ thống sẽ ổn định động, đó chính là thời gian roto của máy phát quay được góc tương đối cat, còn nếu chậm hơn thì hệ thống sẽ mất ổn định

Muốn tính được tcắt trước hết phải tìm được góc cắt, sau đó tìm quan hệ

( )

f t

  rồi từ quan hệ này ứng với cat tìm ra tcắt

I.2 Thông số các phần tử hệ thống điện:

Sơ đồ hệ thống điện, tính ổn định động khi ngắn mạch 3 pha trên đầu đường dây phía nhà máy điện

Hình 1

I.2.1.Máy phát

- Máy phát điện: loại MF điện đồng bộ tuabin hơi TB ∅-55-2 với các thông số (Trang 99,104, Thiết kế máy điện và trạm biến áp, tác giả PGS Nguyễn Hữu Khải):

S(MVA) P(MW) U(kV) I(kA) cosφ

- Phụ tải: SI=160+j100(MVA); S1=140+j80(MVA)

I.2.2.Thông số chế độ trước khi ngắn mạch:

- Nhà máy phát lên thanh cái I: 280+j200(MVA)

- UI=121kV, chọn cấp điện áp 110kV làm cơ sở tính toán

Sơ đồ thay thế và tính quy chuyển các thông số hệ thống và chế độ:

Tính các thông số và lập sơ đồ tính toán chế độ xác lập trước khi ngắn mạch:

Chọn Scs=200(MVA), Ucs=110kV, chọn cấp điện áp 110kV làm cơ sở tính toán:

a Tính quy chuyển thông số máy phát điện và máy biến áp, lập sơ đồ thay thế nhà máy điện:

Ta thấy điện trở của máy biến áp quá nhỏ so với điện kháng nên có thể bỏ qua

- Sơ đồ thay thế nhà máy điện hình 2:

- Vì 6 mạch máy phát điện giống nhau nên tổng trở đẳng trị của toàn nhà máy điện sẽ là:

Hình 3

A) Tính E’

Tính sức điện động E’ của máy phát điện đẳng trị:

Điện áp E’ tính theo UI (lấy làm gốc) và công suất SF-I, giả thiết công suất này phát tất cả lên thanh cái cao áp I ( tính gần đúng):

Công suất phát của nhà máy điện:P0 1, 4

Trong ví dụ này, tính theo điện áp chính xác:

Hình 4

b) Tính đặc tính công suất khi ngắn mạch

Do ngắn mạch 3 pha nên dặc tính công suất khi ngắn mạch PII=0

Do ngắn mạch 3 pha nên tổng trở ngắn mạch X = 0,và tổng trở đẳng trị ZI của 2

tổng trở song song ZptI và jX: .

0

ptI I

I I pt

j

Z Z Z

I.3.1 Lập đặc tính công suất sau khi xảy ra ngắn mạch

Sau khi đường dây bị ngắn mạch được cắt ra thì trên đoạn đường I-1 chỉ còn 1

lộ Sơ đồ tính toán đặc tính công suất trên hình 6

I.3.2.Tính góc cắt cat và thời gian cắt t cat :

a Góc cắt: Góc cắt được tính bằng phương pháp diện tích, đồ thị đặc tính công suất trên h.33

Đồ thị δ =f(t) ở hình dưới, trên đó ta tính được tcắt:0,155 s

c Tính trực tiếp: tcắt có thể tính trực tiê[s bằng công thức giải tích:

0 0

0,1542(s).

j cat cat

T

Nếu vẽ đồ thị thật chính xác thì 2 kết quả phải trùng nhau.Tất nhiên là tính theo

công thức gải tích chính xác hơn là dùng đồ thị,vì thế nếu tính ổn định động của

hệ thống đơn giản khi ngắn mạch 3 pha thì dùng công thức giải tích

Đồ thị:

II MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM POWER WORLD ĐỂ TÌM ĐIỂM XỤP

ĐỔ ĐIỆN ÁP

II.1 Lý thuyết về đường cong PV

Hình trên biểu diễn dạng tiêu biểu của đường cong PV Nó thể hiện sự thay đổi điện áp tại từng nút, được xem là một hàm của tổng công suất tác dụng truyền đến nút

đó Có thể thấy rằng tại điểm tới hạn (còn gọi là điểm “mũi”) của đường cong PV, điện

áp sẽ giảm rất nhanh khi phụ tải tăng lên Hệ thống sẽ bị sụp đổ điện áp nếu công suất vượt quá điểm tới hạn này Như vậy, đường cong này có thể được sử dụng để xác định điểm làm việc giới hạn của hệ thống để không làm mất ổn định điện áp hoặc sụp đổ điện áp, từ đó xác định độ dự trữ ổn định điện áp của hệ thống

II.2 Lý Thuyết đường cong QV

Tầm ảnh hưởng của công suất phản kháng của phụ tải hay thiết bị bù được biểu diễn rõ ràng trong quan hệ đường cong QV Nó chỉ ra độ nhạy và biến thiên của điện

áp

nút đối với lượng công suất phản kháng bơm vào hoặc tiêu thụ Để biểu diễn đường cong QV, một máy phát tưởng tượng được đặt tại nút phân tích Đường cong QV xác định tải MVAr lớn nhất trước khi sụp đổ điện áp Ở vùng hệ thống ổn định, đường cong

đi xuống thể hiện máy phát ảo giảm lượng công suất phản kháng MVAr phát ra, tương ứng với trên thưc tế tải tăng công suất phản kháng Tại điểm tới hạn, giá trị MVAr của máy phát ảo ngừng giảm và chạm tới đáy của đường cong Điểm này thể hiện giá trị tăng lớn nhất của tải MVAr tại nút khảo sát Bất kì tải nào có công suất phản kháng nào

lớn hơn sẽ gây ra sụp đổ điện áp

II.3 Kết quả mô phỏng trên phần mềm power world

Vì thời gian nghiên cứu, tìm hiểu có hạn nên trong bài tập lớn này em chỉ xây dựng đường cong PV của 2 nút mà không xây dựng đường cong QV của 2 nút và các

đồ thị được vẽ trong excel từ các số liệu lấy từ phần mềm power world

II.3.1 Giá trị công suất P và điện áp U trong hệ đơn vị có tên tại nút I và 1

II.3.2 Đường cong PV tại nút I

Như trên đồ thị trên ta thấy khi ta tăng phụ tải lên thì điện áp giảm nhẹ dần nhưng khi phụ tải tăng lên đến 375 MW thì điện áp lúc này bị giảm mạnh ta nhìn thấy bằng đường gập trên biểu đồ Tại điểm đó là giá trị điện áp tại nút là 83,41 Kv vì vậy

để không xụp đổ điện áp trong hệ thống này ta phải vận hành sao cho điện áp của nút này luôn lớn hơn giá trị 83,41 Kv

II.3.3 Đường cong PV tại nút 1

Tương tự như nút I, đồ thị tại nút 1 ta thấy khi ta tăng phụ tải lên thì điện áp giảm nhẹ dần nhưng khi phụ tải tăng lên đến 435 MW thì điện áp lúc này bị giảm mạnh ta nhìn thấy bằng đường gập trên biểu đồ Tại điểm đó là giá trị điện áp tại nút là 89,764 Kv vì vậy để không xụp đổ điện áp trong hệ thống này ta phải vận hành sao cho điện áp của nút này luôn lớn hơn giá trị 89,764 Kv