(Luận văn thạc sĩ hcmute) nguyên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh trên trên hệ thống điện 500kv

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ÐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ TINH TRÊN HỆ THỐNG 500kV NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05 - 2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ TĨNH TRÊN HỆ THỐNG 500kV NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 62520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ TĨNH TRÊN HỆ THỐNG 500kV NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 62520202 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ MI SA Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2018 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN ĐỨC MẠNH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11-12-1992 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Mê Linh, Hà Nội Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 1162, đường Đồng Khởi, p Trảng Dài, Biên Hoà, Đồng Nai SĐT: 0988274268 E-mail: ducmanhhui@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo từ 9/2010 đến 8/ 2014 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Công Nghiệp Tp.HCM Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC VÀ MÀU Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 7/2014, Đại học Công Nghiệp Tp.HCM Người hướng dẫn: Lê Long Hồ Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ tháng 4/2016 đến tháng 04/2018 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Điện Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh hệ thống điện 500 kV Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 28/4/2018 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh i Luan van III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Thời gian Trạm 500kV Phú Mỹ - Truyền tải điện T10/2014 – T3/2017 miền Đông – Công ty Truyền tải điện Phòng Kế hoạch Vật tư - Truyền tải T4/2017 – T2/2018 điện miền Đông – Công ty Truyền tải điện Phòng Tổng hợp - Truyền tải điện T3/2018 đến miền Đông – Công ty Truyền tải điện ii Luan van Công việc đảm nhiệm Trực vận hành phụ Cán nghiệp vụ Cán nghiệp vụ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng Học viên (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Đức Mạnh iii Luan van năm 2018 LỜI CẢM ƠN Sau trình học tập, nghiên cứu thực luận văn, tơi kính gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến: Quý thầy cô giảng dạy khoa Điện - Điện Tử, phòng Đào tạo – phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh giúp đỡ người thực suốt khoảng thời gian học tập nghiên cứu trường Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô TS Nguyễn Thị Mi Sa, tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em khơng ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập đƣợc tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập cơng tác sau Kính gửi lời cảm ơn tới BGH Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho học viên trường học tập nghiên cứu Kính chúc Q thầy thật nhiều sức khỏe Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Học viên NGUYỄN ĐỨC MẠNH iv Luan van TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh hệ thống điện 500 kV” tiến hành khoảng thời gian năm trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Sau thời gian nghiên cứu đề tài triển khai tập trung giải vấn đề sau:  Tìm hiểu hệ thống điện 500 kV Việt Nam  Tìm hiểu ổn định hệ thống điện  Tìm hiểu thiết bị bù tĩnh SVC  Ứng dụng SVC để nâng cao độ ổn định hệ thống điện Học viên thực NGUYỄN ĐỨC MẠNH Phạm Văn Nghĩa v Luan van ABSTRACT Thesis “Application of Static Var Compensator in 500 kV Transmission Line Power System” has been done for a year at Ho Chi Minh City University of Technology and Education The thesis’s content focused on:  Learning the 500 kV Transmission Line Power System Viet Nam  Learning stability in power systems  Learning Static Var Compensator device  Application of SVC to enhance stability of the 500 kV Transmission Line Power System vi Luan van 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 Luan van 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 hố, loại bỏ yếu tố khơng ảnh hưởng đến đặc trưng chung trình 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 Luan van Mơ 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 Luan van 31 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Ngoài 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 Luan van 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 Luan van -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 toán 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 Luan van 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 Luan van [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 Luan van S K L 0 Luan van ... 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