Phân tích đánh giá hiệu quả của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định vận hành cho Nhà máy Thủy điện Sông Bung 4
1. Lý do chọn đề tài và mục đích nghiên cứu
Từ những nhu cầu rất thực tế theo xu hướng tăng mạnh của các nhà máy năng lượng tái tạo tại Việt Nam đặt áp lực lên hệ thống lưới điện Quốc gia, yêu cầu các nhà máy điện cần có công suất hoạt động ổn định. Thông tư số 25 của Bộ Công thương quy định các tổ máy phát điện có công suất trên 30 MW đều phải trang bị thiết bị ổn định công suất PSS để đảm bảo ổn định hệ thống điện. Xét trên thực trạng hiện nay, NMTĐ Sông Bung 4 và rất nhiều nhà máy điện chưa đưa vào thử nghiệm và vận hành chức năng PSS của hệ thống kích từ. Để nâng cao mức độ vận hành ổn định cho các máy phát điện đồng bộ khi xảy ra các nhiễu loạn trên hệ thống, một giải pháp được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay đó là sử dụng bộ ổn định công suất (PSS) kết hợp với hệ thống kích từ của máy phát điện. Bộ ổn định công suất PSS (Power System Stabilizer) là một thiết bị điều khiển phụ, được sử dụng kết hợp với hệ thống kích từ của máy phát điện nhằm tạo ra một mô men hãm làm giảm các dao động xảy ra trong máy phát, đồng thời mở rộng giới hạn truyền tải, từ đó làm tăng khả năng ổn định của máy phát và hệ thống điện.
Chức năng ổn định công suất được rất nhiều đơn vị quan tâm nghiên cứu chuyên sâu để tìm hiểu ảnh hưởng của chức năng PSS đối với Tổ máy phát điện khi vận hành hòa lưới điện Quốc gia. Đối với Nhà máy Thủy điện Sông Bung 4, Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia đã có nhiều văn bản đề nghị việc thử nghiệm và đưa vào vận hành bộ ổn định công suất PSS của hệ thống kích từ, phía đơn vị chưa thực hiện đánh giá hiệu quả của bộ PSS đối với các tổ máy khi tham gia vận hành trên hệ thống điện Quốc gia. Với lý do nêu trên, đề tài luận văn được lựa chọn là “Phân tích đánh giá hiệu quả của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định vận hành cho Nhà máy Thủy điện Sông Bung 4”. Luận văn thực hiện tính toán, đánh giá hiệu quả và ảnh hưởng của bộ ổn định công suất PSS đến các máy phát NMTĐ Sông Bung 4, từ đó đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả ổn định vận hành cho NMTĐ Sông Bung 4 nói riêng và góp phần nâng cao ổn định cho Hệ thống điện nói chung
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Bộ ổn định công suất (PSS) thuộc hệ thống kích từ máy phát SF78-24/7080 Nhà máy thủy điện Sông Bung 4.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
+ Nghiên cứu hiệu quả của bộ ổn định công suất PSS trong việc nâng cao ổn định các tổ máy phát điện – Nhà máy thủy điện Sông Bung 4.
+ Căn cứ vào kết quả nghiên cứu, đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao khả năng ổn định vận hành cho Nhà máy thủy điện Sông Bung 4
3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
– Mục tiêu: Nắm được nguyên lý hoạt động của chức năng PSS từ đó tiến hành phân tích, đánh giá hiệu quả của chức năng PSS hệ thống kích từ để nâng cao tính ổn định vận hành cho NMTĐ Sông Bung 4
– Nhiệm vụ:
+ Nghiên cứu cấu trúc và mô hình của chức năng PSS2B.
+ Phân tích hiệu quả của chức năng PSS2B đối với Máy phát H1/H2 – Nhà máy thủy điện Sông Bung 4.
+ Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao khả năng ổn định vận hành cho Nhà máy thủy điện Sông Bung 4.
4. Phương pháp nghiên cứu
– Thu thập số liệu về các thông số máy phát, hệ thống kích từ, chức năng PSS của nhà máy Sông Bung 4 và lưới điện nhà máy đấu nối.
– Cập nhật số liệu cho phần mềm tính toán và xây dựng mô hình mô phỏng các chế độ vận hành của lưới điện có kết nối nhà máy thủy điện Sông Bung 4.
– Phân tích các chế độ vận hành của lưới điện khi không có và có sự tham gia của chức năng PSS trong các máy phát NMTĐ Sông Bung 4. Qua kết quả đánh giá hiệu quả của chức năng PSS trong việc nâng cao ổn định vận hành của NMTĐ Sông Bung 4
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn
– Ý nghĩa khoa học: Việc nghiên cứu đề tài giúp nắm bắt được về cấu trúc và mô hình của chức năng PSS2B và hiệu quả của chức năng PSS2B đối với Máy phát H1/H2 – Nhà máy thủy điện Sông Bung 4.
– Tính thực tiễn: Kết quả của đề tài sẽ làm cơ sở cho việc đưa vào vận hành chức năng PSS của Hệ thống kích từ, nâng cao ổn định động cho NMTĐ Sông Bung 4 trong quá trình vận hành trên Hệ thống điện Quốc gia.
6. Bố cục đề tài
Chương 1: Tổng quan về Nhà máy thủy điện Sông Bung 4 và các thiết bị chính .
Chương 2: Nghiên cứu hoạt động của bộ ổn định công suất PSS NMTĐ Sông Bung 4 và phân tích lựa chọn phần mềm tính toán.
Chương 3: Phân tích, đánh giá hiệu quả của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định vận hành cho Nhà máy Thủy điện Sông Bung 4.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NMTĐ SÔNG BUNG 4
VÀ CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHÍNH
1.1. Tổng quan về Nhà máy Thủy điện Sông Bung 4
Công trình thuỷ điện Sông Bung 4 nằm trên Sông Bung thuộc tỉnh Quảng Nam. Sông Bung là một nhánh của sông Vu Gia thuộc hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn. Nhiệm vụ của công trình là cung cấp điện với công suất lắp máy 156 MW, điện lượng trung bình năm 460,36 triệu kWh.
1.2. Các hệ thống thiết bị chính của Nhà máy
Các hệ thống thiết bị chính của Nhà máy bao gồm:
– Hệ thống điều khiển, giám sát: Hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy Thủy điện Sông Bung 4 là hệ thống điều khiển phân tán mở Proficy Machine Edition 7.0 của GE. Hệ thống được thiết kế để điều khiển và giám sát các chế độ làm việc của tổ máy, hệ thống thiết bị điện, thiết bị thủy lực, trạm phân phối 220 kV, thiết bị đập tràn-cửa nhận nước và thiết bị phụ của toàn bộ nhà máy
– Hệ thống kích từ: Hệ thống kích từ NMTĐ Sông Bung 4 là hệ thống kích từ tĩnh kỹ thuật số EXC9100 thế hệ thứ 6 của hệ thống kích từ vi xử lý được phát triển bởi Viện thiết bị điện Quảng Châu/Guangzhou KINTE ELECTRIC CONTROL CO.LTD. HTKT EXC9100 NMTĐ Sông Bung 4 được trang bị một chức năng PSS, chức năng PSS này có cấu trúc là chức năng PSS2B.
– Hệ thống điều tốc: Nhà máy thủy điện Sông Bung 4 sử dụng hệ thống điều tốc kỹ thuật số do hãng NARI-Trung Quốc sản xuất gồm tủ điều tốc cơ, tủ điều tốc điện mMEX10 GH301, thiết bị dừng khẩn cấp khi sự cố và thiết bị bảo vệ chống lồng tốc cơ khí.
– Trạm Phân phối 220 kV: NMTĐ Sông Bung 4 gồm 02 tổ máy đấu nối với lưới điện Quốc gia thông qua Trạm phân phối 220 kV-NMTĐ Sông Bung 4 theo sơ đồ khối máy phát – máy biến áp tăng áp có trang bị máy cắt đầu cực máy phát và máy cắt phía cao áp 220 kV. Trạm phân phối 220 kV được thiết kế theo sơ đồ tứ giác
1.3. Kết luận
Nhà máy thủy điện Sông Bung 4 phát điện thương mại các tổ máy trong tháng 10 năm 2014 và hoàn thành toàn bộ công trình đưa vào sử dụng trong tháng 03/2015, Nhà máy gồm 2 tổ máy phát với công suất 2 x 78 MW kết nối vào lưới điện Quốc gia 220 kV. Dây chuyền công nghệ của các Hệ thống thiết bị Tổ máy hầu hết là của nhà cung cấp Astom power-China, nay đã sát nhập thành General Electric (GE), hệ thống thiết bị Điều tốc của hãng NARI-China, kích từ của hãng KINTE-China, Rơle bảo vệ và điều khiển của General Electric…. đều là các thiết bị thế hệ mới nhất của Trung Quốc sản xuất tại thời điểm lắp đặt.
Để phục vụ cho quá trình quản lý vận hành nhà máy đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và nâng cao độ tin cậy làm việc của thiết bị cần thiết phải có những nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng khi đấu nối nhà máy với HTĐ. Trong khuôn khổ luận văn, tác giả đánh giá và đi sâu nghiên cứu vai trò của bộ PSS trong việc nâng cao ổn định của các tổ máy của NMTĐ Sông Bung 4 khi tham gia hòa lưới trong HTĐ Quốc gia.
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT PSS NMTĐ SÔNG BUNG 4 VÀ PHÂN TÍCH
LỰA CHỌN PHẦN MỀM TÍNH TOÁN
2.1. Hệ thống kích từ của Máy phát đồng bộ
Hệ thống kích từ có nhiệm vụ tạo ra và điều khiển dòng điện một chiều đưa vào cuộn dây roto của máy phát điện. Hiện nay người ta dùng nhiều nhất là loại hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển (bằng thyristor), nguồn cung cấp là dòng điện xoay chiều lấy qua máy biến áp tự dùng.
2.2. Cấu trúc bộ ổn định công suất PSS
2.2.1. Cơ sở lý thuyết về PSS
Bộ ổn định công suất là một bộ phận phụ của hệ thống kích từ máy phát, tác dụng chính của PSS là mở rộng giới hạn ổn định của hệ thống điện bằng cách tạo ra một thành phần mô men điện trong roto máy phát đồng bộ, thành phần mô men này tác dụng giống như một mô men cản để chống lại sự dao động của roto máy phát thông qua hệ thống kích từ của máy phát đồng bộ.
Bộ PSS đầu vào đơn có tín hiệu vào là sai lệch tốc độ (Δω), với sơ đồ khối như hình 2.1:
Hình 2.1: Sơ đồ khối PSS đầu vào đơn PSS 1A
Bộ PSS đầu vào kép có tín hiệu vào là công suất-tốc độ (∆P-ω), với sơ đồ khối như hình 2.2:
Hình 2.2: Sơ đồ khối PSS đầu vào kép PSS 2B
2.2.2. Bộ ổn định công suất PSS NMTĐ Sông Bung 4
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT HOA HOC\KY THUAT DIEN\LOP QUANG NAM 39+40\LOP QUANG NAM 39+40\R.R.HOANG LONG\SAU BAO VE\TOM TAT
