LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Từ hiện trạng và nhiều vấn đề của hệ thống điện Việt Nam cần được quan tâm như đã phân tích ở trên có th th y vể ấ ấn đề nghiên c u
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN CHIẾN NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MƠ HÌNH ĐẲNG TRỊ MỘT MÁY PHÁT TRONG ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành mạng hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TSKH Trần Kỳ Phúc Hà Nội – 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205300851000000 MỞ ĐẦU T 03 T 03 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN HIỆN ĐẠI VÀ CÁC YÊU CẦU LIÊN QUAN ĐẾN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN T 03 T 03 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIÊT NAM VÀ CÁC VẤN ĐỀ TÍNH TỐN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG T 03 T 03 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN T 03 T 03 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU T 03 T 03 LĨNH VỰC ÁP DỤNG T 03 T 03 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐỘNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN T 03 T 03 T 03 T 03 1.1 ỔN ĐỊNH ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN T 03 T 03 1.2 C ÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CUẢ BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG 11 T 03 T 03 T 03 T 03 1.2.1 T 03 Phương trình vi phân mơ tả chuyển động độ roto máy phát điện đồng 11 T 03 T 03 T 03 1.2.2 Hệ phương trình vi phân QTQĐ điện từ máy phát điện 14 1.2.3 Hệ phương trình cân cơng suất lưới 16 T 03 T 03 T 03 T 03 T 03 T 03 T 03 T 03 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG 18 T 03 T 03 T 03 T 03 1.3.1.Phương pháp Ơle 18 T 03 T 03 1.3.2.Phương pháp Ơle biến thể 19 T 03 T 03 1.3.3 Phương pháp Runge - Kutta (R - K) 20 T 03 T 03 VẤN ĐỀ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HTĐ 21 T 03 T 03 T 03 T 03 KẾT LUẬN CHƯƠNG 22 T 03 T 03 CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẤU HÌNH CHUNG HỆ THỐNG ĐÁNH GIÁỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN 23 T 03 T 03 T 03 2.1 TỔNG QUAN 23 T 03 T 03 2.1.1 Đặt vấn đề 23 T 03 T 03 2.1.2 Các bước xây dựng hệ thống DSA 24 T 03 T 03 2.1.3 Cấu trúc toán đánh giá ổn định HTĐ 25 T 03 T 03 2.1.4 Cơng cụ tính tốn đánh giá ổn định HTĐ 26 T 03 T 03 2.1.5 Hạ tầng thông tin - đo lường phục vụ đánh giá ổn định HTĐ 27 T 03 T 03 2.2 XÂY DỰNG CẤU HÌNH CHUNG HỆ THỐNG ĐÁNH GIÁ GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG DSA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 28 T 03 T 03 2.2.1 Nhiệm vụ phương pháp giải 28 T 03 T 03 2.2.1.1 Nhiệm vụ tính yêu cầu hệ thống DSA 28 T 03 T 03 2.2.1.2 Phương pháp giải toán hệ thống DSA 29 T 03 T 03 2.2.2 Thiết kế định hướng hệ thống DSA hệ thống điện Việt Nam 30 T 03 T 03 2.2.3 Cấu hình phần cứng hệ thống đánh giá ổn định động 31 T 03 T 03 2.2.4 Cấu hình phần mềm 32 T 03 T 03 2.2.4.1 Mô tả chất phần mềm DSA 32 T 03 T 03 2.2.4.2 Các thành phần hệ thống DSA 33 T 03 T 03 2.2.4.3 Cấu hình phần mềm hệ thống DSA 34 T 03 T 03 2.2.4.4 Thu thập liệu 35 T 03 T 03 2.2.4.5 Ví dụ biểu đồ thuật toán vận hành online hệ thống DSA 37 T 03 T 03 2.2.4.6 Vận hành off-line hệ thống DSA 38 T 03 T 03 2.2.4.7 Các phần mềm chức ứng dụng hệ thống DSA 39 T 03 T 03 KẾT LUẬN CHƯƠNG 41 T 03 T 03 CHƯƠNG IIIÁP DỤNG MƠ HÌNH ĐẲNG TRỊ MỘT MÁY PHÁT TRONG ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN-PHƯƠNG PHÁP SIME 42 T 03 3.1 PHƯƠNG PHÁP SIME 42 T 03 T 03 3.1.1 Phân loại tổ máy thành nhóm Critical non-Critical 43 T 03 T 03 3.1.2 Xác định thông số nhóm máy phát 45 T 03 T 03 3.1.3 Xác định thông số máy phát đẳng trị tương đương 47 T 03 T 03 3.1.4 Đánh giá khả ổn định hệ thống dựa vào đặc tính OMIB 49 T 03 T 03 3.1.4.1 Điều kiện không ổn định 50 T 03 T 03 3.1.4.2 Xác định thông số: T 03 T 03 t u , ωu , δu 52 3.1.4.3 Điều kiện ổn định 54 T 03 T 03 3.1.4.4 Xác định thông số: δ r , t r 56 T 03 T 03 3.2 THUẬT TOÁN ĐÁNH GIÁ ỔN HỆ THỐNG ĐIỆN THEO PHƯƠNG PHÁP SIME… 57 3.3 ÁP DỤNG THUẬT TỐN XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN 58 T 03 T 03 3.3.1 Sự cố ngừng hoạt động đường dây 100-200 60 T 03 T 03 3.3.1.1 thời gian giải trừ cố CT=0.5s 60 T 03 T 03 3.3.1.2 thời gian giải trừ cố CT=0.7s 62 T 03 T 03 3.3.2 Sự cố ngắn mạch bus 100 đồng thời máy phát ngừng hoạt động 64 T 03 T 03 3.3.2.1 thời gian giải trừ cố CT=0.5s 64 T 03 T 03 3.3.2.2 thời gian giải trừ cố CT=0.3s 66 T 03 T 03 KẾT LUẬN CHƯƠNG 69 T 03 T 03 CHƯƠNG ÁP DỤNG PHẦN MỀM XÂY DỰNG TỪ THUẬT TOÁN PHƯƠNG PHÁP SIME ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM NĂM 2015 70 T 03 4.1 SỰ CỐ NGẮN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG DÂY 500kV HỒ BÌNH-SƠN LA 71 T 03 T 03 T 03 T 03 4.1.1 phương pháp kinh điển 71 T 03 T 03 T 03 T 03 4.1.2 phương pháp SIME 71 T 03 T 03 T 03 T 03 4.2 SỰ CỐ NGẮN MẠCH TRÊN THANH CÁI 500kV CỦA THUỶ ĐIỆN SƠN LA 74 T 03 T 03 T 03 T 03 4.2.1 phương pháp kinh điển 74 T 03 T 03 T 03 T 03 4.2.2 phương pháp SIME 75 T 03 T 03 T 03 T 03 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 T 03 T 03 MỞ ĐẦU ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN HIỆN ĐẠI VÀ CÁC YÊU CẦU LIÊN QUAN ĐẾN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Cùng với phát triển đời sống xã hội hệ thống điện quốc gia có quy mơ công suất ngày lớn, cấu trúc lưới ngày phức tạp Hầu khơng cịn tồn hệ thống điện khu vực hoạt động độc lập với vài nhà máy điện Đặc điểm làm thay đổi chất hệ thống điện đại: mang đặc trưng hệ thống lớn phức tạp [23] Hệ thống điện Việt Nam sau hợp đường dây siêu cao áp 500 KV Bắc – Trung – Nam trở thành HTĐ hợp liên kết số lượng lớn nguồn phụ tải miền Nhiều toán thiết kế vận hành HTĐ trước đòi hỏi phải xem xét lại với thay đổi mơ nội dung phương pháp giải Chẳng hạn tính đa dạng chủng loại nguồn (thủy điện; nhiệt điện than; dầu; nhiệt điện khí chu trình hỗn hợp…) HTĐ địi hỏi giải toán vận hành kinh tế hệ thống theo mơ hình tổng qt Các đường dây dài điện áp siêu cao bị giới hạn công suất truyển tải theo điều kiện ổn định tĩnh làm phức tạp thêm đáng kể thuật toán giải (cần xét đến ràng buộc giới hạn công suất trao đổi khu vực) … Đặc biệt, toán đánh giá độ tin cậy, phân tích tính ổn định hệ thống cần phải có phương pháp phân tích đánh giá thích hợp (nhanh-chính xác) tài liệu trước [24].Trong yêu cầu đảm bảo tính ổn định, độ tin cậy làm việc hệ thống lại đòi hỏi ngày cao Những thay đổi làm phức tạp thêm nhiều cho tốn phân tích điều khiển hệ thống điện SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIÊT NAM VÀ CÁC VẤN ĐỀ TÍNH TỐN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG Hệ thống 500kV gồm đường dây truyền tải dài gần 1500 km trạm biến áp Hịa Bình, Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleiku, Phú Lâm liên kết hệ thống điện Việt Nam thành hệ thống hợp từ năm 1994 Hệ thống 500kV làm thay đổi đáng kể mặt cấu trúc hệ thống điện Việt Nam [1], [3] Bên cạnh ưu việt hệ thống lớn tạo điều kiện hỗ trợ công suất tác dụng khu vực, nâng cao hiệu vận hành kinh tế đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện chất lượng điện đến hộ tiêu thụ; hệ thống điện Việt Nam ngày trở nên phức tạp mặt cấu trúc, đa dạng công nghệ phát điện quy mô công suất nguồn, đặc biệt bao gồm tổ máy có cơng suất lớn Ngồi tính phức tạp sơ đồ lưới xác suất xảy cố lớn từ đường dây dài 500kV ảnh hưởng nhiều đến tính chất chung ổn định hệ thống điện Nhận rõ vai trò quan trọng vấn đề từ giai đoạn thiết kế đường dây siêu cao áp 500kV nhiều quan thiết kế tư vấn ngồi nước tiến hành tính tốn phân tích đặc trưng ổn định hệ thống điện hợp Việt Nam Ngồi tính tốn chuyên gia Việt Nam, nghiên cứu tư vấn Nippon Koei (Nhật Bản), PPI/SECVI (Úc) ổn định độ HTĐ Việt Nam sau liên kết đường dây 500kV đưa kết quan trọng, giúp lựa chọn hợp lý phương án kết dây lắp đặt hệ thống thiết bị bù Tuy nhiên tính tốn thực dựa mơ hình có mức độ đơn giản hóa hệ thống định Hơn nữa, từ sau đường dây đưa vào vận hành đến cấu trúc hệ thống điện Việt Nam thay đổi nhiều quy mô công suất nguồn sơ đồ lưới điện, ảnh hưởng nhiều đến tính chất ổn định hệ thống điện QTQĐ sau cố hệ thống nhiều tổ máy lớn nước ta diễn phức tạp Trong thực tế vận hành, có tượng nhiều cố mà sau dẫn đến hệ thống bị tan rã, nguyên nhân chắn có liên quan nhiều đến vấn đề ổn định hệ thống Mặt khác theo tổng sơ đồ phát triển HTĐ Việt Nam (đến năm 2015) lưới 500kV Việt Nam tăng trưởng phạm vi rộng: Từ nhà máy thủy điện Sơn La đến Cà Mau với tổng chiều dài lên tới 5000km Nhiều nhà máy điện lớn đưa vào vận hành Sơn La, Nhơn Trạch, Ô Môn… Những đặc điểm vừa nêu thể yêu cầu cấp thiết phải có nghiên cứu cụ thể vấn đề ổn định hệ thống, đặc biệt nghiên cứu để đưa phương pháp phân tích đánh giá đặc trưng động hệ thống điện phức tạp tương ứng với sơ đồ HTĐ Việt Nam phát triển tương lai Có thể nói, tính tốn nghiên cứu nội dung hạn chế, thiếu nghiên cứu sâu ổn định động hệ thống tương ứng với thông số sơ đồ đặc trưng HTĐ Việt Nam LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Từ trạng nhiều vấn đề hệ thống điện Việt Nam cần quan tâm phân tích thấy vấn đề nghiên cứu ổn định động nâng cao ổn định nội dung có ý nghĩa quan trọng trình phát triển hệ thống điện đại (tốc độ tínhtốn- trực tuyến-nhanh- khả tin cậy cao) Đề tài nghiên cứu luận án: “Áp dụng mơ hình đẳng trị máy phát đánh giá ổn định hệ thống điện” lựa chọn xuất phát từ mong muốn đóng góp phần nhỏ bé hướng nghiên cứu nói Mục đích luận án là: - Dựa lý thuyết đại tính tốn phân tích ổn định động HTĐ phức tạp, nghiên cứu đặc điểm cụ thể trang thiết bị sơ đồ đầy đủ HTĐ Việt Nam xây dựng thuật đánh giá ổn định độ hệ thống điện có cố theo phương pháp SIME - Áp dụng thuật toán với sơ đồ cụ thể HTĐ Việt Nam giai đoạn, đánh giá mức độ ổn định hệ thống tương ứng với tình cố điển hình phổ biến diễn hệ thống PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài theo hướng nghiên cứu là: - Ứng dụng phương tiện phần mềm kết hợp máy tính hiệu cao để xác định thông số tốn phân tích ổn định động thống điện, bước đầu đánh giá phân tích số đặc trưng động hệ thống điện Việt Nam Dự kiến sử dụng kết hợp chương trình tính tốn phân tích hệ thống PSS/E-29 - Dựa tài liệu tham khảo nước nước ngồi tính tốn, phân tích ổn định động hệ thống điện, bước xây dựng thuật đánh giá ổn định theo phương pháp mơ hình đẳng trị máy phát Sau đó, sở thuật toán xây dựng phần mềm để ứng dụng thực tế - Áp dụng phần mềm với mô hình hệ thống điện đơn giản, từ hồn thiện phần mềm để áp dụng cho sơ đồ cụ thể toàn hệ thống điện Việt Nam 2015 LĨNH VỰC ÁP DỤNG Đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tế HTĐ Việt Nam, kết có ý nghĩa thực tiễn, áp dụng cho giai đoạn quy hoạch, thiết kế vận hành hệ thống Nơi ứng dụng: Các viện nghiên cứu quy hoạch phát triển HTĐ, Trung tâm Điều độ HTĐ quốc gia, Các công ty tư vấn thiết kế xây dựng điện CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐỘNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 ỔN ĐỊNH ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Ổn định động hay ổn định độ (Transient Stability) hệ thống điện (HTĐ) ổn định hệ thống sau kích động lớn Các kích động cố ngẫu nhiên cố ngắn mạch cắt đường dây liên kết, cắt đột ngột máy biến áp, máy phát công suất lớn… tác động thao tác vận hành làm cân cơng suất hệ thống Khi trạng thái cân mômen quay máy phát bị phá vỡ, xuất gia tốc làm thay đổi mạnh góc lệch roto máy phát Quá trình độ (QTQĐ) hệ thống đáp ứng điều chỉnh lại thay đổi trạng thái cân (hay hấp thụ động hệ thống [10]) diễn ổn định không ổn định tùy thuộc mức độ kích động: thời gian tồn cố tác động giải trừ cố (ngắn mạch) [23] Điều kiện để hệ thống có ổn định động là: - Tồn điểm cân ổn định tĩnh sau cố (ứng với CĐXL sau cố) - Thông số biến thiên hữu hạn QTQĐ dao động tắt dần thông số xác lập Như tồn CĐXL sau cố điều kiện cần chưa đủ cho tính ổn định động hệ thống Chính điều kiện dẫn đến yêu cầu phải áp dụng phương pháp phân tích ổn định động hệ thống điện δ δ δ δ δ δ δ δ δ a) b) Hình 1.1 Đánh giá ổn định động hệ thống điện Đối với HTĐ đơn giản (máy phát nối với điện áp khơng đổi) ổn định động giải thích khả cân động kích động sinh với công hãm xuất phản ứng hệ thống (hình 1.1.a) Khi góc lệch dao động không vượt 180 [2] Khi ổn định động góc dao động tăng trưởng vơ hạn sau chu kỳ đầu (hình 1.1b) Đối với HTĐ nhiều máy phát, dao động roto máy phát thể biến thiên góc lệch δ i (t) theo thời gian so với trục quay đồng máy phát (hình 1.2a) Tuy nhiên để đánh giá ổn định động hệ thống nhiều máy phát, cần phải xác định biến thiên góc lệch tương đối máy phát với so với góc lệch trung bình hệ thống [2] ( hình 1.2b) Hệ thống ổn định tất góc lệch tương đối dao động phạm vi hữu hạn Về lý thuyết, HTĐ phức tạp tính tốn góc lệch tương đối khoảng thời gian xác định khơng thể kết luận tính hữu hạn phạm vi dao động góc lệch QTQĐ Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng cho thấy HTĐ ổn định động dao động hữu hạn