Nghiên cứu sử dụng bộ lọc để loại trừ sự cố cộng hưởng dưới đồng bộ, áp dụng cho lưới điện IEEE First Benchmark

Bài viết Nghiên cứu sử dụng bộ lọc để loại trừ sự cố cộng hưởng dưới đồng bộ, áp dụng cho lưới điện IEEE First Benchmark trình bày phương pháp sử dụng các khối bộ lọc để ngăn ngừa sự cố cộng hưởng dưới đồng bộ trong hệ thống điện. Cơ sở của nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu ngăn chặn các nguồn sóng có tần số thấp từ lưới điện truyền vào máy phát để phòng tránh hiện tượng cộng hưởng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sử dụng bộ lọc để loại trừ sự cố cộng hưởng dưới đồng bộ, áp dụng cho lưới điện IEEE First Benchmark ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 18, NO. 7, 2020 47 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BỘ LỌC ĐỂ LOẠI TRỪ SỰ CỐ CỘNG HƯỞNG DƯỚI ĐỒNG BỘ, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN IEEE FIRST BENCHMARK USING THE BLOCKING FILTER TO PREVENT SUBSYNCHRONOUS RESONANCE, APPLICATION TO IEEE FIRST BENCHMARK SYSTEM Lê Đức Tùng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; tung.leduc1@hust.edu.vn Tóm tắt - Bài báo này trình bày phương pháp sử dụng các khối bộ Abstract - This paper presents the method of using the blocking lọc để ngăn ngừa sự cố cộng hưởng dưới đồng bộ trong hệ thống filters to prevent subsynchronous resonance problems in electrical điện. Cơ sở của nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu ngăn chặn các power systems. The basis of the study stems from the requirement nguồn sóng có tần số thấp từ lưới điện truyền vào máy phát để to prevent low frequency wave sources from the grid to the phòng tránh hiện tượng cộng hưởng. Tác giả đã xây dựng thuật generator, to avoid resonance. The author has developped an toán xác định thông số bộ lọc để loại bỏ các tần số có khả năng algorithm to define filter parameters to eliminate frequencies that gây ra dao động cộng hưởng trên các đoạn trục tuabin-máy phát. can cause resonant oscillations on turbine-generator shaft Kết quả tính toán trên mô hình chuẩn IEEE First Benchmark đã sections. The calculation results on the IEEE First Benchmark kiểm nghiệm được hiệu quả phương pháp sử dụng bộ lọc đề xuất standard model have tested the efficiency of the filter method trong bài báo này. Các phân tích tính toán thông qua phương pháp proposed in this paper. The computational analysis through the trị riêng và phương pháp mô phỏng miền thời gian cũng được thực eigenvalue methods and the time domain simulation are also hiện và so sánh đánh giá. performed and compared. Từ khóa - Ổn định hệ thống điện; cộng hưởng dưới đồng bộ Key words - Power system stability; SubSynchronous Resonance (SSR); tuabin-máy phát nhiệt điện; bộ lọc thụ động. (SSR) ; thermal turbine-generator; passive filter. 1. Đặt vấn đề Chính vì cấu tạo gồm nhiều đoạn trục – khối nên bản thân Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đoạn trục có các tần số dao động tự nhiên của chính nó. các đường dây tải điện và các thiết bị khác (như thiết bị Để tránh các hiện tượng cộng hưởng ở tần số cao, người ta điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được kết nối với nhau, thường chế tạo các đoạn trục tuabin có tần số tự nhiên nằm có nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. trong khoảng từ 10 đến 40 Hz đối với nhà máy nhiệt điện Đặc điểm cơ bản của hệ thống điện là quá trình quá độ xảy và dưới 10 Hz đối với nhà máy thủy điện [1-3]. Khi tần số ra rất nhanh, yêu cầu rất cao về tính liên tục và hoạt động fm có giá trị gần với một tần số dao động tự nhiên nào đó ổn định. Do đó, việc nghiên cứu quá trình quá độ cơ điện của trục thì trục sẽ dao động ở tần số tự nhiên này nhưng có ý nghĩa quan trọng để đảm bảo vận hành hệ thống điện với biên độ tăng dần và trở thành hiện tượng cộng hưởng. đảm bảo được yêu cầu đề ra. Các nhà nghiên cứu gọi hiện tượng này gọi là cộng hưởng dưới đồng bộ có thể gây ra mỏi trục và nguy hiểm hơn là Nhà máy điện là các cơ sở công nghiệp làm nhiệm vụ gây phá hủy hoặc hỏng hóc trục tuabin máy phát. sản xuất ra điện năng từ các dạng năng lượng tự nhiên khác nhau như nhiệt năng của than khi đốt cháy, phản ứng hạt nhân, thế năng từ nước, năng lượng gió… Máy phát điện là thiết bị cơ điện, được kết nối với hệ thống điện. Do đó, hoạt động của máy phát chịu ảnh hưởng rất lớn từ các phát sinh bất thường trong hệ thống. Hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ SSR được ghi nhận trên thế giới lần đầu tiên bắt nguồn từ các sự cố tại Hình 1. Trục tuabin nhà máy nhiệt điện Vũng Áng nhà máy nhiệt điện Mohave, Hoa Kì vào hai năm liên tiếp Trước năm 2015, hệ thống điện Việt Nam chưa có ghi 1970, 1971 [1]. Sự cố đã gây hư hỏng nghiêm trọng trục nhận cụ thể về sự xuất hiện của hiện tượng SSR. Tuy nhiên tuabin máy phát. Khi phân tích các dữ liệu thực tế sự cố ghi vào năm 2015, tổ máy số một của nhà máy nhiệt điện Vũng lại bởi các thiết bị đo (Oscillographs), người ta nhận thấy, Áng đã xảy ra sự cố gây nứt trục tuabin và ngừng hoạt động ngoài dòng điện ở tần số đồng bộ còn có sự xuất hiện của tổ máy. Tuy chưa có báo cáo chính thức về sự cố trên thành phần tần số điện fe nhỏ hơn tần đồng bộ. Khi nghiên nhưng các phân tích sơ bộ đã chỉ ra rằng, nguyên nhân là cứu chi tiết các giá trị tần số thu được, các nhà nghiên cứu do hiện tượng SSR. đã tìm thấy giá trị tần số phụ fm =fs –fe, mà fm trùng với một Hiện tượng SSR đã và đang được nghiên cứu rộng rãi tần số dao động tự nhiên của trục tuabin (ở đây, fs là tần số trên thế giới [1-13]. Ở trong nước, những năm gần đây có đồng bộ của hệ thống điện) [1]. Nghiên cứu lý thuyết đã nhiều nghiên cứu được thực hiện. Trong [2, 3], tác giả đã xây chỉ ra rằng, sự xuất hiện của tần số điện fe là do tụ bù dọc dựng mô hình chuẩn trong các công cụ tính toán phục vụ cho trên đường dây gây nên [1, 2]. việc tính toán mô phỏng SSR. Các phương pháp nghiên cứu Mặt khác, như ta đã biết trong trục tuabin máy phát ...