Trang 1 --- ĐẶNG QUỐC KHÁNH TÍNH TỐN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ NGHIấN CỨU THIẾT BỊ BÙ DỌC Cể ĐIỀU KHIỂN TCSC Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học CHUYấN NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ T
Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học Bách Khoa Hµ Néi - ĐẶNG QUỐC KHÁNH TÍNH TỐN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ BÙ DỌC CÓ IU KHIN TCSC Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học CHUYấN NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Hµ Néi - 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205120561000000 Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học Bách Khoa Hµ Néi ĐẶNG QUỐC KHÁNH TÍNH TỐN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ BÙ DỌC CÓ ĐIỀU KHIN TCSC Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học CHUYấN NGNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN GS – TS L VN T Hà Nội - 2005 Các chữ viết tắt ký hiệu CĐXL Chế độ xác lập HTĐ Hệ thống điện MBA Máy biến áp QTQĐ Quá trình độ TĐK Tự động điều chỉnh kích tõ FACTS Flexible AC Transmission Systems - HƯ thèng trun tải điện xoay chiều linh hoạt GTO Gate Turn off - khoá đóng mở STATCOM Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor SVC Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - ThiÕt bÞ ®iỊu chØnh gãc lƯch pha cđa ®iƯn ¸p TCSC Thyristor Controlled Series Compensator - Thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor TCR Thyristor Controlled Reactor - Kháng điện có ®iỊu khiĨn thyristor TSR Thyristor Switched Reactor - Kh¸ng ®iƯn ®ãng më b»ng thyristor TSC Thyristor Switched Capacitor - Tô ®iÖn ®ãng më b»ng thyristor UPFC Unified Power Flow Control - Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp Học viên: Đặng Quốc Khánh - Cao học 2003 - 2005 ML - Môc Lôc Môc lôc ML1 Danh mục chữ viết tắt vµ k Ý kiƯu Lời mở đầu Chơng Tìm hiểu thiết bị điều khiển nhanh phân bố công suất hƯ thèng ®iƯn .6 1.1 Hệ thống điện hợp yêu cầu điều chỉnh nhanh công suất điều kiện làm việc bình thờng cố 1.1.1 Đặc điểm 1.1.2 C¸c biƯn ph¸p áp dụng công nghệ truyền tải điện hệ thống điện hợp 1.1.3 Các vấn đề bù công suất phản kháng 1.2 Một số thiết bị điều khiển công suất phản kháng hệ thống điện 13 1.2.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển thyristor (SVC) 13 1.2.2 Thiết bị bù dọc điều khiÓn b»ng thyristor (TCSC) 14 1.2.3 Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM) 16 1.2.4 Thiết bị điều khiển dòng công st hỵp nhÊt (UPFC) 17 1.2.5 ThiÕt bị điều khiển góc pha thyristor (TCPAR) 18 1.2.6 NhËn xÐt 19 1.3 KÕt luËn 20 Ch−¬ng VÊn đề ổn định động mô hình động phần tử hệ thống điện tính toán phân tích trình độ .21 2.1 Các chế độ hệ thống điện khái niệm ổn định động 21 2.2 HËu qu¶ sù cè mÊt ổn định yêu cầu đảm bảo ổn định hệ thống điện 25 2.3 Các phơng pháp nghiên cứu ổn định động 26 2.3.1 Phơng pháp tích phân số 27 2.3.2 Phơng pháp diện tích 31 Học viên: Đặng Quốc Khánh - Cao học 2003 - 2005 ML - 2.3.3 Phơng pháp trực tiếp (Phơng pháp thứ Lyapunov) 33 2.3.4 Phơng pháp sử dụng tích phân số diện tích 34 2.3.1 Một vài phơng pháp khác 36 2.4 M« hình động phần tử hệ thống điện tính toán phân tích trình độ 37 2.4.1 Mô hình máy phát 37 2.4.2 HÖ thèng kÝch tõ 42 2.4.3 Bộ điều tốc điều chỉnh s¬ cÊp 45 2.4.4 Mô hình thiết bị điều chỉnh tốc độ quay tuabin 46 2.4.5 Mô hình phụ t¶i 46 Chơng khai thác sử dụng phần mềm PSS/E để tính toán phân tích ổn định động .49 3.1 Giíi thiÖu chung 49 3.2 Chơng trình PSS/E - Phơng pháp mô theo thời gian 50 3.2.1 Mô tả chức PSS/E 50 3.2.2 Hoạt động PSS/E 51 3.2.3 Mô tả phần tử hệ thống điện PSS/E 52 3.3 Các bớc mô động PSS/E 61 3.3.1 Tính toán chế độ xác lËp tr−íc sù cè 61 3.3.2 Sè liƯu ®éng 62 3.3.3 KiÓm tra sè liÖu 65 3.3.4 Chạy chơng trình mô .65 3.3.5 Phân tích ổn định ®éng 67 Chơng Quy hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam đến năm 2010 phân tích đánh giá ổn ®Þnh ®éng cđa hƯ thèng 68 4.1 Tỉng hỵp sơ đồ quy hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam đến năm 2010 68 4.1.1 Đặc điểm trạng hệ thống điện Việt Nam 68 4.1.2 Quy hoạch phát triển hệ thống điện giai đoạn 2005 - 2010 74 4.2 Tính toán phân tích ổn định động hệ thống điện Việt Nam 77 4.2.1 Các tính toán phân tích ổn định động HTĐ Việt Nam 2004 77 4.2.2 Các tính toán phân tích ổn định động HTĐ Việt Nam 2010 89 Học viên: Đặng Quốc Khánh - Cao học 2003 - 2005 ML - Ch−¬ng HiƯu qđa cđa TCSC nghiên cứu nâng cao ổn định động hệ thống ®iƯn ViƯt Nam 97 5.1 Nguyªn lÝ hoạt động mô hình thiết bị TCSC 99 5.1.1 Nguyên lí hoạt động thyristor 99 5.1.2 Kh¸ng ®iÒu chØnh b»ng thyristor - TCR 100 5.1.3 Thiết bị bù dọc có điều khiÓn TCSC 106 5.1.4 Khả ứng dụng TCSC điều khiển chế độ HTĐ 112 5.1.5 Mô hình TCSC chế độ độ 114 5.2 Tính toán hiệu đặt TCSC hệ thống điện ViÖt Nam 118 5.3 KÕt luËn 120 KÕt luËn chung .121 Tµi liƯu tham kh¶o 123 phô lôc 125 Học viên: Đặng Quốc Khánh - Cao học 2003 - 2005 Mở đầu Mở Đầu *** Điện dạng lợng đợc sử dụng rộng rÃi phổ biến giới có u điểm quan trọng dễ dàng chuyển đổi sang dạng lợng khác Hơn nữa, điện dạng lợng dễ dàng sản xuất, vận chuyển sử dụng HTĐ quốc gia ngày phát triển để đáp ứng phát triển lớn mạnh kinh tế xà hội Cùng với xu toàn cầu hoá kinh tế, HTĐ đÃ, hình thành mối liên kết khu vực quốc gia, quốc gia khu vực hình thành nên HTĐ hợp có quy mô lớn quy mô công suất l·nh thỉ Trong thËp kû võa qua, cïng víi sù phát triển kinh tế tốc độ cao, nhu cầu tiêu thụ điện nớc ta đà tăng trởng không ngừng, đặc biệt công công nghiệp hoá - đại hoá đất nớc, bớc hội nhập với kinh tế khu vực giới Để đảm bảo cung cấp điện an toàn ổn định, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xà hội nớc, HTĐ Việt Nam đà có bớc phát triển mạnh mẽ Với việc xây dựng đa vào vận hành đờng dây siêu cao áp 500kV Bắc - Trung - Nam dài gần 1500 km từ năm 1994, nớc ta đà liên kết đợc HTĐ ba miền thành HTĐ hợp nhất, cho phép khai thác tối đa u điểm vận hành kinh tế (khai thác vận hành phối hợp tối u nguồn thuỷ nhiệt điện, tối u hoá công suất nguồn ), cung cấp điện đợc an toàn ổn định vận hành riêng rẽ hệ thống, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Việc hợp hệ thống tiền đề thuận lợi cho phát triển loại nguồn điện công suất lớn (ở vị trí nào, quy mô công suất) mở rộng nhanh chóng phạm vi lới điện phân phối, điện khí hoá đất nớc Từ quy mô công suất dới 5000 MW vào năm 90, năm 2004 tổng quy mô công suất nguồn toàn quốc đà lên 10.000 MW Dự kiến đến năm 2010 lên tới 20.000 MW đến năm 2020 vào khoảng 40.000 MW Nh tốc độ tăng trởng có kích cỡ dới 15% năm tính đến năm 2010 Lới điện Việt Nam không ngừng đổi mới: phát triển tự động hoá, trang thiết bị, hệ thống giám sát, điều khiển phục vụ cho việc vận hành ổn định, tin cậy, linh hoạt tối u Học viên: Đặng Quốc Khánh - Cao học 2003 - 2005 Mở đầu M.1 HTĐ Việt Nam yêu cầu tính toán phân tích ổn định động Mang đầy đủ đặc trng hệ thống lớn, HTĐ Việt Nam đợc nâng cao độ tin cậy, cho phép khai thác tối đa khả vận hành kinh tế Trục đờng dây siêu cao áp 500 kV nối liền trung tâm phụ tải với nhà máy có tổ máy công suất lớn tiền đề thuận lợi cho việc mở rộng phạm vi lới, phát triển nhiều loại nguồn điện để đáp ứng đợc nhu cầu điện khí hóa đất nớc Tuy nhiên, HTĐ lớn phức tạp việc nghiên cứu, quy hoạch xây dựng vận hành Ngoài kích ®éng nhá th−êng xuyªn cã tÝnh chÊt ngÉu nhiªn, hệ thống điện có kích động lớn diễn đột ngột nh cố ngắn mạch, sét đánh làm cắt đột ngột đờng dây khiến cân công suất, ảnh hởng đến ổn định toàn hệ thống, gây hậu nặng nề Việc tính toán chế độ hệ thống bắt buộc nhng không đơn giản, đặc biệt chế độ cố với trình độ điện từ, điện phức tạp Với bớc phát triển nhảy vọt, HTĐ Việt Nam tơng lai có liên kết với nớc khu vực, điều đòi hỏi phải nghiên cứu sâu sắc tỉ mỉ phơng diện ổn định Để nghiên cứu có hiệu đáp ứng đợc yêu cầu mong muốn cần phải sử dụng phơng pháp thích hợp Vấn đề đánh giá hệ thống có ổn định hay không ổn định trạng thái vận hành định mà vấn đề việc xác định giới hạn chế độ vận hành khác nhau, xét khả chịu kích động hệ thống tìm biện pháp hiệu cải thiện tiêu ổn định HTĐ M.2 Lý chọn đề tài mục đích nghiên cứu Phân tích ổn định động HTĐ thực chất nghiên cứu đặc trng diễn biến trình độ điện diễn sau kích động lớn (sự cố) Phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống độ nặng nề kích động (làm cân công suất) mà sau thời gian diễn biến QTQĐ hệ thống tiến đến CĐXL - hệ thống ổn định động, hay rơi vào trạng thái làm việc đồng bộ, máy phát điện quay với tần số khác - hệ thống ổn định Có nhiều phơng pháp khác để nghiên cứu ổn định động Tuy nhiên, phơng pháp đợc áp dụng chủ yếu phơng pháp tích phân số hệ thống phơng trình vi phân mô QTQĐ Sự phù hợp đầy đủ hệ phơng trình (còn gọi mô hình QTQĐ) có ý nghĩa định kết nghiên cứu Mô hình phải phản ảnh đợc trình động diễn bên Học viên: Đặng Quốc Khánh - Cao học 2003 - 2005 Mở đầu phần tử HTĐ (máy phát điện, MBA, đờng dây tải điện ) mà phải phản ảnh đợc tác động điều chỉnh điều khiển phơng tiện tự động hoá khác (tự động điều chỉnh kích từ, tự động điều tốc tua-bin ), thiết bị bù công suất phản kháng, phần tử hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt mà ngày đợc ứng dụng phổ biến HTĐ lớn Nh vậy, phát triển HTĐ đại liên quan chặt chẽ với thay đổi phơng pháp nghiên cứu ổn định Các phơng pháp dựa sở phân tích đơn giản hoá, đẳng trị hoá QTQĐ không phù hợp với hầu hết HTĐ ngày Nói riêng, phát triển HTĐ Việt Nam đặt nhu cầu cấp bách phải áp dụng phơng pháp tính toán phân tích đầy đủ đặc trng động hệ thống Thiết bị làm linh hoạt hệ thống truyền tải linh hoạt điện xoay chiều (FACTS Devices - Flexible AC Transmission System Devices) ®êi đà đánh dấu bớc ngoặt việc nâng cao tính ổn định, khả truyền tải điều khiển hệ thống điện Các thiết bị thờng đợc dùng nhằm tận dụng triệt để thiết bị hệ thống có Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điện tử, công nghệ chế tạo thyristor công suất lớn kỹ thuật đo lờng điều khiển HTĐ (SCADA, DCS), nên thiết bị bù dùng thyristor sử dụng nhiều thông tin toàn HTĐ đợc nghiên cứu áp dụng số nớc có trình độ công nghệ tiên tiến giới, thiết bị bù dọc bù ngang điều chỉnh nhanh thyristor đà đợc ứng dụng mang lại hiệu cao việc nâng cao ổn định chất lợng điện áp HTĐ Các thiết bị đợc dùng thờng là: thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển thyristor (TCSC), Các thiết bị cho phép vận hành HTĐ cách linh hoạt, hiệu chế độ bình thờng hay cố nhờ khả điều chỉnh nhanh công suất phản kháng thông số khác (trở kháng, góc pha) chúng Đề tài luận văn đợc đặt không mục đích nêu Hớng nghiên cứu luận văn áp dụng khai thác tối đa phần mềm PSS/E để phân tích ổn định động hệ thống điện phức tạp, qua đánh giá hiệu phơng tiện, thiết bị nâng cao ổn định động hệ thống Kết nghiên cứu hớng tới áp dụng tính toán phân tích đặc trng ổn định động HTĐ Việt Nam tơng ứng với giai đoạn phát triển đến năm 2010, đồng thời cho biết hiệu sử dụng phơng tiện, thiết bị điều khiển nhằm nâng cao tính ổn định, độ tin cậy, khả vận hành kinh tế đại hóa HTĐ Việt Nam Học viên: Đặng Quốc Khánh - Cao học 2003 - 2005 Mở đầu M.3 Nội dung luận văn Với mục tiêu trên, luận văn thực theo bố cục nội dung sau: ã Chơng 1: Tìm hiểu thiết bị điều khiển nhanh phân bố công suất hệ thống điện ã Chơng 2: Vấn đề ổn định động mô hình động phần tử hệ thống điện tính toán phân tích trình độ ã Chơng 3: Khai thác sử dụng phần mềm PSS/E để tính toán phân tích ổn định động ã Chơng 4: Quy hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam đến năm 2010 phân tích đánh giá ổn định động hệ thống ã Chơng 5: Hiệu TCSC nghiên cứu nâng cao ổn định động hệ thống điện Việt Nam Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo cô giáo Bộ môn Hệ thống điện Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt, tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến với thầy giáo GS.TS Là Văn út ngời đà quan tâm, tận tình hớng dẫn giúp tác giả xây dựng hoàn thành luận văn Đồng thời xin gửi lời cảm ơn anh chị, bạn bè đồng nghiệp đà giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian tác giả thực luận văn Vì thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu mẻ nên luận văn không khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận đợc nhiều góp ý đồng nghiệp bạn bè Xin trân trọng cảm ơn! Học viên: Đặng Quốc Khánh - Cao học 2003 - 2005