Nguyên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh trên trên hệ thống điện 500KV

Nguyên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh trên trên hệ thống điện 500KV Nguyên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh trên trên hệ thống điện 500KV Nguyên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh trên trên hệ thống điện 500KV Nguyên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh trên trên hệ thống điện 500KV

MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các kết nghiên cứu nước 1.3 Các vấn đề nghiên cứu đề tài .7 1.3.1 Tính cấp thiết đề tài 1.3.2 Ý nghĩa luận văn .7 1.3.3 Tính thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu nhiệm vụ .7 1.5 Phương pháp giải 1.6 Giới hạn đề tài 1.7 Điểm luận văn 1.8 Phạm vi ứng dụng 1.9 Bố cục luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT vii 2.1 Quá trình hình thành phát triển hệ thống điện Việt Nam .9 2.1.1 Các định hướng phát triển nguồn điện 10 2.1.2 Định hướng phát triển lưới điện 11 2.2 Ổn định hệ thống điện 12 2.2.1 Giới hạn điện áp .13 2.2.2 Giới hạn nhiệt 13 2.2.3 Giới hạn ổn định 14 2.3 Công suất phản kháng Ổn định điện áp 17 2.3.1 Các nguồn công suất phản kháng 17 2.3.2 Điều chỉnh CSPK để ổn định điện áp .18 2.3.3 Bù công suất phản kháng theo điều kiện điều chỉnh điện áp 19 2.4 Giới thiệu công cụ PSAT .21 CHƯƠNG THIẾT BỊ BÙ TĨNH 24 3.1 Giới thiệu 24 3.2 Nguyên tắc hoạt động 24 3.3 Kết nối 25 3.4 Ưu điểm 25 3.5 Mô hình SVC 25 3.6 Mơ hình thơng số SVC PSAT 27 CHƯƠNG NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 500 kV SỬ DỤNG SVC 28 4.1 Cấu trúc hệ thống nghiên cứu 28 4.2 Đề xuất sử dụng thiết bị SVC cho hệ thống 33 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 viii 5.1 Kết luận 40 5.2 Kiến nghị 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Định hướng phát triển điện Việt Nam Bảng 2.2 Qui hoạch công suất chiều dài đường dây Bảng 4.1 Kết mô lưới 500 kV chương trình PSAT 28 Bảng 4.2 Kết sau mô lắp SVC 30 x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Góc rotor tương đối vị trí bus 02 Hình 1.2 Tốc độ góc máy phát có SVC 03 Hình 1.3 Tốc độ góc máy phát khơng có SVC 03 Hình 1.4 Góc rotor máy phát hệ thống chưa có PSS, SVC 03 Hình 1.5 Điện áp góp hệ thống điện khơng có PSS/SVC 04 Hình 1.6 Cơng suất đường dây khơng có PSS/SVC 04 Hình 1.7 Góc rotor máy phát hệ thống lắp thiết bị PSS, SVC 04 Hình 1.8 Điện áp hệ thống điện lắp thiết bị PSS/SVC 05 Hình 1.9 Công suất đường dây hệ thống lắp PSS/SVC 05 Hình 1.10 Đặc tính cơng suất truyền tải hệ thống có khơng có SVC 06 Hình 1.11 Đặc tính cơng suất có khơng có SVC 06 Hình 2.1 Đường cong cơng suất góc 10 Hình 2.2 Sự thay đổi góc hệ thống độ (a) hệ thống ổn định (b) 11 Hình 2.3 Độ thay đổi góc HT ổn định dao động bé (a), HT ổn định dao động (b), HT ổn định (c) 12 Hình 2.4 Giới hạn vận hành đường dây theo mức điện áp 13 Hình 2.5 Bù đồng để điều chỉnh điện áp 15 Hình 2.6 Giao diện công cụ PSAT 19 Hình 2.7 Thư viện PSAT Simulink 19 Hình 2.8 Thiết lập chung PSAT 20 Hình 3.1 Sơ đồ khối SVC 23 Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển SVC 23 Hình 3.3 Hai dạng mơ hình SVC PSAT 24 Hình 3.4 Thông số cài đặt cho SVC Model PSAT 24 Hình 4.1 Mơ hình hệ thống lưới điện 500 kV Việt Nam 25 Hình 4.2 Mơ hình mơ hệ thống điện 500 kV PSAT 27 Hình 4.3 So sánh kết điện áp bù vị trí 32 xi Hình 4.4 So sánh kết điện áp trước sau bù nút 18 33 Hình 4.5 Trị riêng hệ khơng có SVC 33 Hình 4.6 Trị riêng hệ có SVC 34 Hình 4.7 Trị riêng có phần thực lớn hệ chưa có SVC 34 Hình 4.8 Trị riêng có phần thực lớn hệ có SVC 35 xii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Với hệ thống điện lớn, phạm vi cấp điện cho phụ tải địa bàn rộng, đặc tính tiêu thụ cơng suất khu vực khác nên trình vận hành, trào lưu công suất đường dây truyền tải thường xuyên thay đổi theo chế độ vận hành Việc sử dụng tụ bù thông thường không đảm bảo đáp ứng yêu cầu việc giữ cho tham số chế độ nằm phạm vi cho phép Hệ thống điện 500 kV Việt Nam theo quy hoạch phát triển có yếu tố tương tự hệ thống điện lớn công suất phạm vi địa lý Để đảm bảo độ ổn định hệ thống điện nâng cao chất lượng điện hệ thống theo yêu cầu cao khách hàng việc cải tạo nâng cấp hệ thống điện cần thiết Đối với hệ thống truyền tải cao áp thiết bị truyền tải xoay chiều linh hoạt (FACTS) phù hợp muốn nâng cao khả truyền tải chất lượng điện hệ thống Trong số thiết bị thiết bị bù tĩnh SVC lựa chọn phù hợp nhằm giúp nâng cao độ ổn điện áp cho hệ thống Do vậy, việc nghiên cứu lựa chọn sử dụng thiết bị SVC để thực việc điều khiển điện áp trình vận hành lưới điện 500 kV Việt Nam giai đoạn 2015 – 2020 việc cần thiết, nội dung mà đề tài hướng đến 1.2 Các kết nghiên cứu nước  Optimal location of SVC for dynamic stability enhancement based on eigenvalue analysis: Anju Gupta, PR Sharma [21] Bài báo thực nghiên cứu tối ưu vị trí đặt SVC để tăng cường ổn định hệ thống điện.Hệ thống IEEE 14 bus mô phần mềm MATLAB/PSAT Các kết dao động góc roto mơ miền thời gian bus (hình 1.1.) có SVC khơng có SVC.Việc đặt SVC mang lại đặc tính giảm xóc tốt tăng cường ổn định tĩnh Hình 1.2, 1.3 thể tốc độc góc máy phát khơng có SVC có SVC vị trí tối ưu Hình 1.1 Góc rotor tương đối vị trí bus Hình 1.2 Tốc độ góc máy phát có SVC Hình 1.3 Tốc độ góc máy phát khơng có SVC  Application Facts device to provide rotor angle stability of generator Bài báo thực nghiên cứu ứng dụng thiết bị Facts để nâng cao khả ổn định góc rotor máy phát điện Nguyên nhân ổn định góc rotor máy phát điện liên quan trực tiếp đến tượng thiếu momen cản dao động hệ thống điện dao động công suất Vì vậy, báo tác giả tập trung nghiên cứu việc sử dụng thiết bị cung cấp momen cản dao động thiết bị chống dao động công suất vào hệ thống điện Mô động hệ thống điện chưa có thiết bị PSS SVC Hình 1.4 Góc rotor máy phát hệ thống chưa có PSS, SVC Hình 1.5 Điện áp góp hệ thống điện khơng có PSS/SVC Hình 1.6 Cơng suất đường dây khơng có PSS/SVC Mô động thêm thiết bị PSS SVC vào hệ thống Hình 1.7 Góc rotor máy phát hệ thống lắp thiết bị PSS, SVC Hình 3.4 Thông số cài đặt cho SVC Model PSAT CHƯƠNG NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 500 kV SỬ DỤNG SVC 4.1 Cấu trúc hệ thống nghiên cứu Ðể mang lại độ xác cao tính tốn đánh giá ảnh hưởng cụm nguồn phát công suất, luận văn tác giả khảo sát lưới truyền tải bao gồm cấp điện áp 500 kV Hình 4.1 thể sơ đồ đơn tuyến cấp điện áp 500 kV quy hoạch đến 2010 Tuy nhiên, có thêm nhiều trạm khác 28 xây dựng thêm Với quy hoạch đến năm 2020 lưới điện 500 kV có 54 bus thể hình 4.2 Hình 4.1 Mơ hình hệ thống lưới điện 500 kV Việt Nam So với cấu trúc thực tế, mơ hình đơn giản hoá, loại bỏ yếu tố khơng ảnh hưởng đến đặc trưng chung q trình q độ Các tổ máy nhỏ khơng có vai trị định loại bỏ cách cân theo công suất phụ tải khu vực [7] Các kết mô thực công cụ PSAT dựa tảng MATLAB Để mô hệ thống điện 500 kV Việt Nam ta cần tiến hành bước sau: Bước 1: Xây dựng mơ hình lưới 500 kV Bắc – Nam chương trình PSAT với cơng cụ có sẵn Kết trình bày Hình 4.2 Trong tập trung vào hệ trạm nhà máy phát điện kết nối vào lưới hệ thống điện dây 500 kV Bước 2: 29 Mô phần mềm PSAT để tìm nút yếu hệ thống việc tăng dãy công suất phụ tải từ 10% 50 % nút chứa tải 2, 4, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 19, 21, 26, 27, 29, 28, 34, 36, 39, 40, 41, 44 55 để khảo sát thay đổi hệ thống 54 nút tiêu chuẩn, kết sau mô ghi nhận Bảng 4.1 đây: 30 31 Hình 4.2 Mơ hình mơ hệ thống điện 500 kV PSAT Bảng 4.1 Kết mô lưới 500 kV chương trình PSAT PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 10% 20% 30% 40% 50% 504.5 504.5 504.5 504.5 504.5 503 503 503 503 503 512 512 512 512 512 504.5 504.5 504.5 504.5 504.5 502.202 500.285 498.1056 495.105 490.054 499.6978 495.4821 491.326 482.132 475.636 12 502.5 502.5 502.5 502.5 502.5 13 512.5 512.5 512.5 512.5 512.5 14 501.732 498.7631 494.325 490.9283 483.2897 18 500.548 492.655 473.562 453.436 434.672 20 500.513 494.549 492.367 485.647 477.636 22 503 503 503 503 503 24 500.825 497.527 493.436 489.327 480.326 25 498.296 497.943 494.535 491.537 487.326 27 498.255 497.943 494.763 492.794 488.325 30 503.5 503.5 503.5 503.5 503.5 31 501 501 501 501 501 32 502.114 500.433 496.783 492.476 488.763 33 498.02 491.763 483.413 475.653 466.722 35 497.866 493.56 490.324 486.793 474.998 37 498.754 496.347 492.754 489.546 483.537 38 497.037 493.573 485.673 477.492 465.493 42 499.037 495.783 491.593 489.472 485.730 43 498.965 496.678 493.783 488.526 482.473 Nút 32 46 500.744 497.564 493.762 4.90.432 483.653 Từ kết sau mô ta nhận thấy hệ thống 54 nút xuất vị trí có thay đổi điện áp lớn xuống ngưỡng cho phép 5% bao gồm nút 18 (Vũng Áng), nút 33 (Đăk Nông) nút 38 (Vĩnh Tân) Với kết ta dễ dàng nhận thấy cần lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng để ngăn chặn sụp đổ điện áp giúp cho hệ thống ổn định Trong vị trí nút 18 có điện áp thấp điểm yếu hệ thống lưới 500 kV 4.2 Đề xuất sử dụng thiết bị SVC cho hệ thống Một tiêu để đánh giá độ tin cậy làm việc hệ thống điện siêu cao áp độ ổn định Chức SVC tương tự tụ bù thời gian phản ứng nhanh chóng hiệu Ngồi ra, cơng suất phản kháng cung cấp SVC dung để giải loạt yêu cầu hệ thống điện điện áp, tần số,… có biến động lớn nguy ổn định Do đó, việc phân tích, nghiên cứu, tối ưu vị trí lắp đặt thiết bị SVC góp phần việc nâng cao độ tin cậy làm việc hệ thống điện siêu cao áp Từ kết mô Bảng 4.1, ta dễ dàng nhận thấy vị trí 18, 33 38 nút có nguy tiềm ẩn hệ thống lưới 500 kV, với công nghệ SVC nghiên cứu ứng dụng thực tiễn số nước giới Để có sở đánh giá, phân tích vị trí lắp đặt thiết bị SVC hệ thống 500 kV, luận văn chọn vị trí nguy hiểm để khảo sát phản ứng hệ thống 500 kV sau lắp SVC Bảng 4.2 trình bày kết sau chạy chương trình phần chương PSAT lắp đặt thiết bị SVC nút 18 (Vũng Áng), 33 (Đắk Nông) 38 (Vĩnh Tân): 33 Bảng 4.2 Kết sau mô lắp SVC Nút Khi chưa lắp SVC Sau lắp Sau lắp Sau lắp SVC nút 18 SVC nút 33 SVC nút 38 504.5 504.5 504.5 504.5 503 503 503 503 512 512 512 512 504.5 504.5 504.5 504.5 490.054 499.271 501.285 503.637 475.636 494.9325 503.671 502.254 12 502.5 502.5 502.5 502.5 13 512.5 512.5 512.5 512.5 14 483.2897 498.7326 503.726 502.769 18 434.6723 494.1738 474.927 473.727 20 477.636 499.7241 501.245 502.364 22 503 503 503 503 24 480.326 497.3615 505.764 506.648 25 487.326 499.2784 504.9124 506.654 27 488.3251 501.734 509.245 508.354 30 50355 503.5 503.5 503.5 31 501 501 501 501 32 488.763 499.546 510.248 500.351 33 466.7218 496.568 496.568 496.568 35 474.9983 502.671 499.574 498.579 34 37 483.537 503.7584 504.547 498.974 38 465.4932 497.5762 497.5762 497.5762 42 485.7302 505.316 505.316 505.316 43 482.4729 507.783 505.372 499.951 46 483.6527 506.746 501.6497 498.5476 Để thuận lợi việc quan sát so sánh, kết trình bày Hình 4.3 sau Trong đường màu đỏ đặt SVC bus 18, đường màu xanh màu xám kết đặt SVC bus 33 38 SO SÁNH ĐIỆN ÁP KHI ĐẶT SVC TẠI CÁC NÚT 520 510 500 490 480 470 460 450 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Hình 4.3 So sánh kết điện áp bù vị trí Từ kết sau mơ cho thấy lắp đặt thiết bị SVC vị trí nguy hiểm hệ thống lưới 500 kV Việt Nam, cải thiện điện áp hệ thống, giúp cho hệ thống cân khơng cịn vị trí nguy hiểm hệ thống Trong đó, vị trí đặt nút 18 (Vũng Áng) cho kết tốt nhất, điện áp bus cải thiện đáng kể nằm phạm vi cho phép 35 Điện áp chưa có SVC (xanh) có SVC nút 18 (đỏ) 520 500 480 460 440 420 400 380 12 13 14 18 20 22 24 25 27 30 31 32 33 35 37 38 42 43 46 Hình 4.4 So sánh kết điện áp trước sau bù nút 18 Ngồi ra, Hình 4.5 Hình 4.6 cho ta thơng tin trị riêng hệ thống nghiên cứu Có thể thấy rằng, tất trị riêng âm nên hệ thống ổn định Tuy nhiên, so sánh trường hợp có khơng có sử dụng SVC ta lại thấy giá trị nghiệm gần trục ảo chưa có SVC -0.1 thể Hình 4.7 cịn với trường hợp có SVC giá trị -0.2 Hình 4.8 Điều có nghĩa có SVC độ dự trữ ổn định hệ tăng lên đáng kể Hình 4.5 Trị riêng hệ khơng có SVC 36 Hình 4.6 Trị riêng hệ có SVC 0.8 0.6 0.4 Imag 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -0.2 -0.15 -0.1 Real -0.05 Hình 4.7 Trị riêng có phần thực lớn hệ chưa có SVC 37 Imag 0.5 -0.5 -1 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 Real Hình 4.8 Trị riêng có phần thực lớn hệ có SVC Ngồi ra, để đánh giá mức độ ổn định bus yếu, cụ thể bus 18, bus 33 bus 38 ta tiến hành kiểm tra hệ số tải kết so sánh thể hình 4.9 Trong đó, đường màu đỏ thể đáp ứng có SVC gắn vào bus 18 đường màu xanh chưa có SVC Quan sát kết hình 4.9 ta kết luận khả SVC giúp nâng cao tính ổn định hệ thống khả tăng tải Nếu kết nối SVC cho vị trí khả cao 38 0.9754 Vbus18 0.9754 0.9754 0.9754 0.9754 0.9753 0.5 1.5 Loading Parameter  (p.u.) 2.5 x 10 -3 0.983 0.983 Vbus38 0.9829 0.9829 0.9828 0.9828 0.9827 0.5 1.5 Loading Parameter  (p.u.) 1.5 Loading Parameter  (p.u.) 2.5 x 10 -3 0.976 Vbus33 0.976 0.9759 0.9759 0.9759 0.9759 0.5 2.5 x 10 Hình 4.9 Kiểm tra hệ số tải bus khơng có có SVC bus 18 39 -3 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 -2020 mở rộng quy mô nguồn, lưới phụ tải tiêu thụ số thông số chế độ thay đổi nhiều q trình vận hành có khả vượt khỏi phạm vi cho phép Yêu cầu tính tốn chế độ vận hành giai đoạn 2015 -2020 đề xuất thiết bị công nghệ cao để điều khiển thông số hệ thống đảm bảo cho hệ thống vận hành tốt mục tiêu mà đề tài quan tâm giải Áp dụng kết nghiên cứu, đề tài tính tốn phân tích chế độ làm việc lựa chọn vị trí lắp đặt SVC cho hệ thống điện Việt Nam Lắp đặt thiết bị SVC nút Vũng Áng góp phần đáng kể việc nâng cao điện áp vận hành hệ thống đồng thời phân bố hợp lý trào lưu công suất đường dây yếu hệ thống, giảm tổn thất cơng suất qua góp phần giảm gánh nặng đầu tư xây dựng đương dây truyền tải Do số liệu thu thập theo quy hoạch phát triển hệ thống điện cho sơ đồ hệ thống điện 2015 -2020 có thay đổi định, kết tính tốn luận văn mang tính chất tham khảo 5.2 Kiến nghị Mặc dù cố gắng nghiên cứu luận văn vấn đề tồn chưa giải quyết, vấn đề hướng phát triển đề tài tương lai:  Chọn lựa dung lượng SVC cho tối ưu với hệ thống  Sử dụng thuật toán thuật toán mờ lai, hay thuật toán tối ưu khác để thiết kế điều khiển cho SVC nhằm nâng cao khả đáp ứng chúng 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ganesan A/L Kalianan (2007) Power Flow Analysis for Unbalanced Power System Using MATLAB Bachelor of Electrical Engineering Universiti Teknologi Malaysia, Skudai [2] M A PAI (1980) Computer Technique in Power System Analysis (1 ed.) New Delhi, McGraw-Hill [3] J Grainger and W Stevenson, Power System Analysis, McGraw-Hill, New York, 1994 [4] Hadi Saadat (2004) Power System Analysis (2nd ed.) Singapore, McGrawHill [5] W Hubbi (1991) Effects of Neglecting Resistances in XB and BX LoadFlow Methods IEEE Proceedings-C, Vol.138, N0.5, September 1991 [6] M Moghavemi: “Real-time contingency evaluation and ranking technique”, in IEEE Procedure on Generation, Transmission and Distribution, Vol 145, No 5, September 1998, p 517-524 [7] Musirin, T.K.Abdul Rahman, 2002, “Estimating Maximum Loadability for Weak Bus Identification using FVSI”, IEEE Power Engineering Review, pp 50-52 [8] Ferdrico Milano, “Power system Analysis Toolbox: Quick Reference Manual for PSAT”, version 2.1.6 2008 [9] IEEE/CIGRE Joint Task Force Report “Definition and Classification of Power System Stability”, IEEE Trans On Power Systems, Vol.19, No.2, pp 13871401, May 2004 [10] Jia Hongjie, Yu Xiaodan, Yu Yixin 2005 “An Improved Voltage Stability Index & its Application” Elsevier Ltd [11] Claudia Reis, Antonio Andrade, and F P Maciel Barbosa “Methods for Preventing Voltage Collapse” 41 [12] Lã Văn Út (2001), Phân tích diều khiển ổn dịnh hệ thống diện, Nhà xuất bảnKhoa học Kỹ thuật, Hà Nội [13] Trung tâm Ðiều dộ Quốc gia, Tổng công ty Ðiện lực Việt Nam (2010), Báo cáo tổng hợp vận hành hệ thống diện quốc gia ngày 20/5/2015 [14] Prabha Kundur (1993), Power System Stability and Control, McGrawHill, Inc., New York [15] Static Synchronous Compensator (STATCOM) Courseware Sample by Lab-Volt Ltd [16] Adepoju G A Komolafe O A.” Analysis and Modelling of STATCOM: A Comparison of PowerInjection and Current Injection Models in Power Flow Study” International Journal of Advanced TechnologyVol 36 Nov 2011 [17] Prabha Shankar Kundur, Power System Stability and control, Power System Engineering Series R.R Donnelly and Sons Company ISBN 0-70035958-X [18] Trương Đình Nhơn, Phạm Văn Hiệp Ứng dụng thiết bị bù ngang (SVC) để nâng cao độ ổn định động máy phát điện gió nguồn đơi (DFIG) kết nối với lưới điện Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, số 29, tr 44, 2014 42 ... tải chất lượng điện hệ thống Trong số thiết bị thiết bị bù tĩnh SVC lựa chọn phù hợp nhằm giúp nâng cao độ ổn điện áp cho hệ thống Do vậy, việc nghiên cứu lựa chọn sử dụng thiết bị SVC để thực... nghiên cứu việc sử dụng thiết bị cung cấp momen cản dao động thiết bị chống dao động công suất vào hệ thống điện Mô động hệ thống điện chưa có thiết bị PSS SVC Hình 1.4 Góc rotor máy phát hệ thống. .. lưới điện cách tự động hóa lưới điện sử dụng thiết bị truyền tải linh hoạt (FACTS) thiết bị bù tĩnh (SVC), thiết bị bù đồng tĩnh (STATCOM), Từng bước triển khai áp dụng công nghệ “Lưới điện