Nội dung luận văn Là đề tài mang tính chấ ứt ng dụng, b n lu n văn đả ậ ã áp d ng phương ụpháp dao động bé của Lyapunov đánh giá ổn định t nh hệ thống đ ệĩ i n ph c ứtạp nói chung có xé
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN THEO CÁC CHỈ TIÊU TỔNG HỢP NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ: ĐÀO QUANG NGỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS LÃ VĂN ÚT Hà Nội 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131807421000000 -1Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Mục lục Trang bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng .4 Mở đầu Chương .9 Tổng quan phương pháp nghiên cứu ổn định hệ thống điện 1.1 Các chế độ làm việc hệ thống điện Định nghĩa ổn định 1.2 Các phương pháp tiêu chuẩn khảo sát ổn định tĩnh hệ thống điện .12 1.2.1 Định nghĩa ổn định theo Lyapunov 13 1.2.2 Phương pháp xấp xỉ bậc Lyapunov 17 1.2.3 Đánh giá ổn định hệ thống theo nghiệm phương trình đặc trưng 19 1.2.4 Xác định nghiệm phương trình đặc trưng theo giá trị riêng ma trận trạng thái A .22 Chương .27 Cơ sở phương pháp tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện 27 2.1 Đặt vấn đề 27 2.2 Phương pháp lặp Gauss - Seidel 30 2.2.1 Cơ sở toán học 30 2.2.2 Sử dụng phương pháp lặp Gauss - Seidel tính tốn chế độ xác lập 30 2.3 Phương pháp lặp Newton - Raphson 32 2.3.1 Cơ sở toán học 32 2.3.2 Sử dụng phương pháp Newton - Raphson tính tốn chế độ xác lập .32 Chương .35 Phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện trực phương pháp xấp xỉ bậc Lyapunov 35 3.1 Đặt vấn đề 35 3.1.1 Ưu nhược điểm phương pháp phân tích ổn định theo tiêu chuẩn Lyapunov 35 3.1.2 Thuật toán chung phương pháp 35 3.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân trình độ 36 3.2.1 Hệ phương trình chuyển động quay rôto máy phát 36 3.2.2 Đặc tính cơng suất máy phát điện 38 3.2.3 Tuyến tính hóa hệ phương trình vi phân chuyển động 42 3.3 Hệ phương trình vi phân q trình q độ xét đến đặc tính tĩnh phụ tải 46 3.3.1 Đặc tính tĩnh phụ tải hệ thống điện 46 3.3.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân trình độ xét đến đặc tính tĩnh phụ tải .48 3.4 Phân tích ổn định theo nghiệm phương trình đặc trưng .54 Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005 -2Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 3.5 Phần mềm Matlab khả áp dụng phân tích ổn định hệ thống điện 56 3.6 Tính tốn áp dụng 59 3.7 Kết luận chương .72 Chương .73 Đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện theo số hạng tự phương trình đặc trưng .73 4.1 Mở đầu 73 4.2 Thiết lập biểu thức góc α 77 4.3 Đánh giá ổn định trị số tương đối số hạng tự phương trình đặc trưng 79 4.4 Tính tốn áp dụng 81 4.5 Kết luận chương .88 Kết luận chung 89 Tài liệu tham khảo 90 Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005 -3Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt STT Chữ viết tắt HTĐ CĐXL GS NR Tên đầy đủ Hệ Thống Điện Chế độ xác lập Gauss – Seidel Newton – Raphson Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005 -4Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Danh mục bảng Bảng 3.1: Các hệ số ap, bp, cp Bảng 3.2: Các hệ số aq, bq, cq Bảng 3.3: Dữ liệu nhánh Bảng 3.4: Dữ liệu máy phát Bảng 3.5: Dữ liệu nút hệ số a p , b p , c p , a q , b q , cq nút phụ tải Bảng 3.6: Lời giải chế độ xác lập Bảng 3.7: Kết toán ổn định thay phụ tải tổng trở cố định Bảng 3.8: Kết toán ổn định xét đến đặc tính tĩnh phụ tải Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005 -5Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Mở đầu Đặt vấn đề Trong năm gần đây, hệ thống điện Việt Nam có bước phát triển vượt bậc, đóng vai trò đặc biệt quan trọng kinh tế quốc dân công đổi mới, đại hóa đất nước Năm 1995, đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc - Trung - Nam đưa vào vận hành đánh dấu thay đổi lớn lượng chất hệ thống điện Việt Nam Đường dây tạo thành trục xương sống đưa hệ thống điện Việt Nam thành hệ thống điện hợp Không mở rộng quy mô lãnh thổ, hệ thống điện Việt Nam cịn có nhảy vọt cơng suất Dự báo nhu cầu điện thương phẩm tăng bình quân 16,3%/năm giai đoạn 2006 – 2010; tổng quy mơ cơng suất nguồn tồn quốc đạt khoảng 19500 MW vào năm 2010 đến năm 2015 đạt khoảng 32000 MW Lưới điện Việt Nam không ngừng đổi mới: phát triển tự động hóa, trang thiết bị, hệ thống giám sát, điều khiển phục vụ cho việc vận hành ổn định, tin cậy, linh hoạt tối ưu Mang đầy đủ đặc trưng hệ thống điện lớn, hệ thống điện Việt Nam nâng cao độ tin cậy, cho phép khai thác tối đa khả vận hành kinh tế (vận hành phối hợp nguồn thuỷ nhiệt điện, tối ưu hóa cơng suất nguồn, giảm tổn thất truyền tải…), trục đường dây siêu cao áp 500 kV nối liền trung tâm phụ tải với nhà máy điện có tổ máy cơng suất lớn tiền đề thuận lợi cho việc mở rộng phạm vi lưới, phát triển nhiều loại nguồn điện để đáp ứng nhu cầu điện khí hóa đất nước Tuy nhiên hệ thống điện lớn phức tạp việc nghiên cứu, quy hoạch xây dựng vận hành Ngồi kích động nhỏ thường xun có tính chất ngẫu nhiên, hệ thống điện cịn có kích động lớn diễn đột ngột khiến cân công suất, ảnh hưởng đến ổn định tồn hệ thống, gây hậu nặng nề Việc tính tốn chế độ hệ thống bắt Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005 -6Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội buộc không đơn giản, đặc biệt chế độ cố với trình độ điện từ, điện phức tạp Với phát triển nhảy vọt, hệ thống điện Việt Nam tương lai có liên kết với nước khu vực, điều địi hỏi phải nghiên cứu sâu sắc tỉ mỉ phương diện ổn định Vì vậy, cần thiết phải tính tốn kiểm tra điều kiện kỹ thuật vận hành ổn định hệ thống theo điều kiện ổn định tĩnh đánh giá mức độ ổn định tĩnh hệ thống nội dung quan trọng cần phải đề cập đến từ xem xét chuẩn bị đầu tư giai đoạn thiết kế xây dựng đưa vào vận hành Khi phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện, toán thường gồm nội dung: Xác định hệ thống có ổn định hay khơng ứng với chế độ cho hệ thống ổn định cần đánh giá xem mức độ ổn định Do thông số chế độ hệ thống ln biến động, hệ thống có mức ổn định cao thơng số biến thiên cách xa giới hạn (hệ thống có độ dự trữ ổn định lớn), ngược lại hệ thống có độ dự trữ ổn định thấp Trị số dự trữ ổn định tĩnh có ý nghĩa thực tế quan trọng Khi hệ thống thay đổi chế độ làm việc, tiến tới chế độ giới hạn ổn định theo điều kiện ổn định tĩnh Quá trình tiến đến chế độ giới hạn gọi tiến dần đến ổn định Dự trữ ổn định tĩnh trình xác định khả tiến dần tới ổn định tĩnh hệ thống Tuy nhiên việc đánh giá độ dự trữ ổn định lại nội dung phức tạp lúc thực Các khó khăn chủ yếu là: - Chưa có phương pháp hiệu xác định giới hạn thông số chế độ theo điều kiện ổn định tĩnh - Đối với hệ thống điện phức tạp, có nhiều thông số biến thiên tự - Diễn biễn thay đổi trị số thông số phức tạp, mang đặc trưng ngẫu nhiên Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005 -7Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Do việc xây dựng phương pháp tính tốn chương trình tính tốn dựa việc đơn giản hố hệ thống điện phức tạp cần thiết Lý chọn đề tài mục đích nghiên cứu Mức độ ổn định hệ thống điện đánh giá qua loạt tiêu có tiêu tổng hợp độ dự trữ ổn định, độ lớn phần thực nghiệm phương trình đặc trưng, hệ số độ nhậy thơng số chế độ… Như vậy, sử dụng tiêu tổng hợp cho phép đánh giá hiệu biện pháp nâng cao ổn định tĩnh hệ thống điện Hiện tồn nhiều phương pháp nghiên cứu ổn định tĩnh hệ thống điện, đặc biệt phải kể đến định nghĩa ổn định Lyapunov phương pháp xấp xỉ bậc ông áp dụng phổ biến, để phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện có điều chỉnh Từ phương pháp dao động bé Lyapunov, xuất nhiều tiêu chuẩn khác cho phép xét dấu nghiệm phương trình đặc trưng mà khơng cần giải trực tiếp phương trình Trong tiêu biểu tiêu chuẩn đại số Hurwitz, Routh,…, tiêu chuẩn tần số Mikhailov, Nyquist… Bên cạnh tiêu chuẩn thực dụng - phân tích khơng hồn tồn đầy đủ tính ổn định hay không ổn định hệ thống - nhiều trường hợp, theo tiêu chuẩn thực dụng tính tốn đơn giản kết luận đặc trưng quan trọng, phải kể đến khả đánh giá sơ độ dự trữ ổn định Có hai tiêu chuẩn thực dụng sử dụng phổ biến tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ (tiêu chuẩn Gidanov) tiêu chuẩn Markovits Tiêu chuẩn Gidanov sử dụng thuận tiện có hạn chế lớn khơng áp dụng xét đến hiệu thiết bị tự động điều chỉnh, điều khiển Tổng quát phải xét hệ phương trình đủ trình độ (hệ phương trình Gorev - Park) có xét đến ảnh hưởng thiết bị tự độ ng điều chỉnh, điều khiển Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005 -8Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Cụ thể, q trình phân tích đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện, luận văn sử dụng phương pháp xấp xỉ bậc Lyapunov phương pháp đánh giá ổn định tĩnh theo số hạng tự phương trình đặc trưng sở tận dụng khả tính tốn mạnh đại số ma trận chương trình Matlab Nội dung luận văn Là đề tài mang tính chất ứng dụng, luận văn áp dụng phương pháp dao động bé Lyapunov đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện phức tạp nói chung có xét đến cơng suất khơng đồng tác dụng cuộn cản, ảnh hưởng thiết bị điều chỉnh kích từ cách sơ lược gần Đồng thời đánh giá mức độ ổn định hệ thống trị số tương đối số hạng tự phương trình đặc trưng Như vậy, luận văn gồm bốn chương Nội dung chương trình bày tổng quan phương pháp nghiên cứu ổn định tĩnh hệ thống điện, tập trung vào nội dung đánh giá ổn định tĩnh hệ thống theo nghiệm phương trình đặc trưng Chương trình bày sở phương pháp tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện Nội dung thiết lập ma trận Jacobian hệ phương trình chế độ xác lập phục vụ cho nội dung chương Nội dung chương phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện trực phương pháp xấp xỉ bậc Lyapunov Dựa thông số chế độ xác lập thiết lập hệ phương trình q trình q độ tuyến tính hóa, thiết lập ma trận trạng thái cho trường hợp phụ tải thay tổng trở cố định đặc tính tĩnh Đánh giá ổn định thông qua giá trị riêng ma trận trạng thái Chương trình bày khả đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện thông qua trị số tương đối số hạng tự phương trình đặc trưng Các chương trình tính tốn thiết lập MATLAB Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005 -9Tổng quan phương pháp nghiên cứu ổn định hệ thống điện Chương Tổng quan phương pháp nghiên cứu ổn định hệ thống điện 1.1 Các chế độ làm việc hệ thống điện Định nghĩa ổn định Chế độ hệ thống điện tập hợp trình xảy hệ thống điện xác định trạng thái làm việc hệ thống điện thời điểm hay khoảng thời gian Các q trình đặc trưng thông số: U, I, P, Q, f, … thời điểm hệ thống điện Ta gọi chúng thông số chế độ, thông số khác thơng số hệ thống chỗ tồn hệ thống điện làm việc Các thông số chế độ xác định hoàn toàn trạng thái làm việc hệ thống điện Các thông số biến đổi theo thời gian, hàm số thời gian Tuỳ theo biến đổi thông số chế độ theo thời gian, ta chia chế độ hệ thống điện thành loại chế độ sau: Chế độ xác lập chế độ thơng số chế độ biến thiên nhỏ quanh giá trị trung bình, xem số Có chế độ xác lập bình thường, chế độ xác lập sau cố chế độ cố xác lập Chế độ xác lập bình thường chế độ làm việc bình thường hệ thống điện Hệ thống điện thiết kế để làm việc với chế độ xác lập Chế độ xác lập sau cố, hệ thống phục hồi làm việc tạm thời Ở CĐXL sau cố thơng số biến thiên lệch khỏi trị số định mức tương đối nhiều, cần phải nhanh chóng khắc phục Ngồi chế độ xác lập diễn chế độ độ hệ thống điện Đó chế độ trung gian chuyển từ chế độ xác lập sang chế độ xác lập khác Chế độ độ thường diễn sau cố thao tác Học viên: Đào Quang Ngọc - Cao học Hệ Thống Điện Khóa 2005