Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM TRẦN THẾ HOÀNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG CỦA TCSC ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHUYÊN TẢI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS Trƣơng Việt Anh (Họ tên, học hàm, học vị và chữ ký) TS. Trƣơng Việt Anh Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. TS. Huỳnh Châu Duy Chủ tịch hội đồng 2. PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình Phản biện 1 3. TS. Ngô Cao Cƣờng Phản Biện 2 4. PGS.TS. Lê Kim Hùng Uỷ viên 5. TS. Trần Văn Tịnh Uỷ viên, thƣ ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có): ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. Chủ tịch hội đồng đánh giá LV BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM TRẦN THẾ HOÀNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG CỦA TCSC ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHUYÊN TẢI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƢƠNG VIỆT ANH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013 TRƢỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày 21 Tháng 12 năm 2012. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Thế Hoàng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/03/1973 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1181031017 I-TÊN ĐỀ TÀI: Xác định vị trí và dung lương của TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện. II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu các giải pháp chống nghẽn mạch hệ thống điện - Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC. - Giải quyết bài toán nâng cao khả năng truyền tải bằng cách đặt TCSC (vị trí đặt và dung lƣợng)  Giảm thiểu không gian tìm kiếm vị trí đặt TCSC bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu  Xác định dung lƣợng TCSC phù hợp để nâng cao khả năng tải của HTĐ - Ứng dụng thực tế và so sánh với các ví dụ mẫu III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/12/2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trƣơng Việt Anh CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Trần Thế Hoàng 2 LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đối với TS Trƣơng Việt Anh, ngƣời thầy đã hết lòng, tận tâm, nhiệt tình hƣớng dẫn và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt tri thức giúp tôi học tập và nghiên cứu trong quá trình học cao học tại trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM. Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại học và khoa Điện – Điện tử Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại trƣờng. Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học lớp 11SMĐ1 đã đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 NGƢỜI THỰC HIỆN Trần Thế Hoàng 3 TÓM TẮT Những hệ thống điện hiện hữu luôn tồn tại các nhánh xung yếu nhất có khả năng dẫn đến quá tải thƣờng xuyên. Khi mạng lƣới truyền tải điện bị nghẽn mạch đó là một trong những nguyên nhân đẩy giá thành sản xuất và bán điện tăng cao. Bằng nhiều giải pháp, các nhà cung cấp điện luôn tìm cách giảm chi phí sản xuất điện năng khi bị sự cố quá tải về gần với chi phí lúc bình thƣờng. Một trong những giải pháp đƣợc đề cập trong nội dung nghiên cứu “ Xác định vị trí và dung lƣợng TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện” là ứng dụng tính hiệu quả của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lƣới để chống quá tải. Để giải quyết bài toán đặt ra, nội dung nghiên cứu đƣợc trình bày trong sáu chƣơng. Nghiên cứu lý thuyết mặt cắt tối thiểu, ứng dụng giải thuật max-flow và Powerworld để xác định tập hợp những nhánh yếu nhất của hệ thống điện mở ra nhiều hƣớng nghiên cứu mới cho bài toán chống quá tải. Nội dung nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: vấn đề trọng tâm của bài toán chống quá tải là làm sao xác định đƣợc điểm thƣờng xuyên bị quá tải và xác định vị trí, dung lƣợng hợp lý đặt TCSC để chống nghẽn mạch hiệu quả trên hệ thống điện. Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp đã đề xuất đƣợc kiểm chứng trên các hệ thống điện ba nút, bảy nút của IEEE và lƣới điện đồng bằng Sông Cửu Long 9 nút. Những kết quả rút ra từ các lƣới điện trên cho thấy khả năng khoanh vùng, tìm kiếm tập hợp nhánh xung yếu nhất, xác định vị trí và dung lƣợng của TCSC trong hệ thống điện nhanh chóng, chính xác, hiệu quả đem lại lợi ích kinh tế cao trong truyền tải hệ thống điện. 4 ABSTRACT The existing electrical systems always existing the weakest branches which can lead to congestion of the power transmission system. Congestion of the power transmission system is one of most reasons of price of electricity production and of selling electricity to rise. In many solutions, the power suppliers always look for ways to reduce production costs at power problems same to at normal. One of the solutions mentioned in the contents of this research is: to specify the location and capacity of TCSC (Thyristor Controlled Seriers Capacitor) and apply effective of TCSC in controling of power flow on the grid to against overload. To solve this problem, content of the research is presented in six chapters. Research of minimun cut-set theory, Powerworld and max-flow algorithms application to determine the set of the electrical system's weakest branches opens many new ways of research against overload. The content of the research also indicates that: the key matter of againsting overload problem is how to discover the frequently congestion points and to specify the suitable location and capacity to put TCSC. The effectiveness and applibility of the solutions proposed were verified on the power system with three buses, seven ones of IEEE and the electricity network with nine ones of Mekong River Delta. The results drawn from the above networks are that the ability to localize, to search the set of the weakest branches of power system, and to specify the suitable location and capacity of TCSC in the power system quickly, exactly and effectively brings high economic profic in the transmission of the electricity system. 5 MỤC LỤC Lời cam đoan…… .i Lời cảm ơn .ii Tóm tắt……. iii Abstract .iv Mục lục ……………………………………………………………………………v Chƣơng 1: Giới thiệu 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ 3 1.3 Phƣơng pháp giải quyết 3 1.4 Giới hạn đề tài 3 1.5 Điểm mới của luận văn 3 1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn 3 1.7 Bố cục của luận văn 4 Chƣơng 2: Tổng quan 5 2.1 Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện 5 2.2 Các công trình nghiên cứu trƣớc đây 7 2.2.1 Điều độ kế hoạch nguồn phát điện 7 2.2.2 Điều độ tải 8 2.2.3 Mở rộng đƣờng dây truyền tải 9 2.3 Các loại thiết bị Facts 11 2.3.1 SVC (Static Var Compensator) 11 2.3.2 STATCOM (Static Synchronous Compensator) 13 2.3.3 UPFC (Unified Power Flow Controlled) 14 2.3.4 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) 15 2.4 Đề xuất phƣơng án sử dụng TCSC 17 2.4.1 Giải quyết để hết quá tải khi tăng tải 17 6 2.4.2 Nhận xét 19 2.5 Nhận xét và đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu 20 2.5.1 Nhận xét 20 2.5.2 Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu 22 2.5.2.1 Giới thiệu 22 2.5.2.2 Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu dòng công suất cực đại 23 2.6 Ứng dụng trong hệ thống điện 25 2.7 Nhận xét chung 29 Chƣơng 3: Phƣơng pháp tiếp cận 30 3.1 Bài toán nâng cao khả năng tải dùng TCSC 30 3.2 Sử dụng thuật toán Min-cut để xác định những nhánh ứng viên đặt TCSC . 31 3.3 Xác định nhánh đặt TCSC 33 3.4 Xác định dung lƣợng TCSC 34 3.5 Phát biểu luật đặt TCSC 35 3.6 Lƣu đồ xác định vị trí và dung lƣợng TCSC 36 Chƣơng 4: Khảo sát ví dụ mẫu 39 4.1 Sơ đồ lƣới điện 3 thanh cái 39 4.2 Sơ đồ lƣới điện 7 thanh cái …………….48 Chƣơng 5: Khảo sát trên hệ thống điện Việt Nam 62 Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển đề tài .76 6.1 Kết luận ……….…………………………………………………….……76 6.2 Hƣớng phát triển đề tài 77 7 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System): hệ thống truyền tải điện xoay chiều. TCSC : Thyristor Controlled Series Capacitor OPF : Open Packaging Format ISO : International Organization for Standardization: IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers STATCOM (Static Synchronous Compensator) : bộ bù đồng bộ tĩnh SVC (Static Var Compensator) : bộ bù công suất phản kháng UPFC (Unified Power Flow Controller): bộ điều khiển dòng chảy công suất. HTĐ : Hệ Thống điện MAX FLOW: Dòng công suất cực đại Min-cut: Lát cắt cực tiểu ĐBSCL: Đồng bằng Sông Cửu Long [...]... xuất tên Xác định vị trí và dung lượng TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện nhằm xây dựng giải thuật tìm kiếm vị trí tối ƣu của thiết bị TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) với mục đích xây dựng giải thuật xác định vị trí tối ƣu của TCSC bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu để nâng cao khả năng truyền tải từ đó giảm đƣợc chi phí sản xuất điện năng và hạn chế nhƣợc điểm của các... Mục tiêu và nhiệm vụ - Tìm hiểu các giải pháp chống nghẽn mạch hệ thống điện - Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC - Giải quyết bài toán nâng cao khả năng truyền tải bằng cách đặt TCSC (vị trí đặt và dung lƣợng)  Giảm thiểu không gian tìm kiếm vị trí đặt TCSC bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu  Xác định dung lƣợng TCSC phù hợp để nâng cao khả năng tải của HTĐ - Ứng dụng thực tế và so sánh... tích và mô phỏng toán học - Ứng dụng phần mềm Powerworld 1.4 Giới hạn đề tài - Không xét đến ổn định động của hệ thống điện 1.5 Điểm mới của luận văn - Xây dựng thuật toán xác định vị trí và dung lƣợng của TCSC nâng cao khả năng tải của hệ thống điện 1.6 Phạm vi ứng dụng - Ứng dụng cho các mô hình hay lƣới điện bất kỳ - Ứng dụng cho các lƣới điện IEEE mẫu - Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lƣới điện. .. nghẽn mạch, xác định vị trí và dung lƣợng bù của thiết bị TCSC trên hệ thống nhằm điều khiển tối ƣu dòng công suất để giảm sản xuất điện năng dẫn đến cực tiểu chi phí Đó chính là những vấn đề cần giải quyết trong nội dung nghiên cứu này 2.5.2 Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu 2.5.2.1 Giới thiệu Thông thƣờng, nhà quản lý, nhà vận hành hay nhà quy hoạch đều xác định đƣợc hệ thống điện quá tải ở vị trí nào... gia tăng thêm phụ tải và nâng cấp máy phát hay tăng thêm máy phát điện vào lƣới điện Do đó, việc truyền tải của đƣờng dây thì không đƣợc nâng cấp phù hợp với nguồn và tải trong hệ thống điện cho nên quá tải ở trạng thái tĩnh và các vấn đề ổn định quá độ, nhƣ giới hạn ổn định không cao Từ đó, các giới hạn trạng thái tĩnh và trạng thái động ta có nhƣ: - Sự ổn định góc pha - Độ lớn điện áp - Các giới... UPFC vào từng nhánh của hệ 21 thống cho phân bố lại công suất để tìm ra vị trí và dung lƣợng thích hợp cho thiết bị FACTS trong hệ thống điện Phƣơng pháp này còn đƣợc biết đến với tên gọi “Phƣơng pháp thử sai” (trial and error method) để tìm vị trí tối ƣu của thiết bị FACTS trong mạng điện 2.3 Các loại thiết bị Facts 2.3.1 SVC (Static Var Compensator) SVC gọi là máy bù tĩnh gồm bộ tụ điện và bộ kháng điện. .. khiển từ dung tính đến cảm tính thông qua việc điều khiển các van Thyristor Bộ SVC mắc song song với đƣờng dây hay phụ tải cho phép điều chỉnh và giữ vững điện áp tại nút đó, hạn chế đƣợc dao động điện áp nâng cao khả năng ổn định hệ thống điện Bộ bù công suất phản kháng tĩnh SVC là một thiết bị điện tử công suất nâng cao dùng để cung cấp nhanh và liên tục phát công suất phản kháng tính dung và tính... phần tải nào đó Trong Hình 2.1b, tải đƣợc cắt giảm từ 100MW xuống 90MW và nghẽn mạch đƣợc loại bỏ Hình 2.1b: Ví dụ 2 nút sau khi đƣợc loại bỏ nghẽn mạch 19 Điều độ tải là phƣơng pháp điều khiển nghẽn mạch hiệu quả Tuy nhiên phƣơng pháp này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ: khả năng chuyển tải, tăng và giảm tải của các phụ tải, mức độ sự cố, khả năng mang tải của hệ thống điện Biện pháp cắt tải sẽ... cấp điện và hạn chế khả năng phát triển tải trong tƣơng lai Biện pháp này chỉ nên sử dụng khi sự cố trong hệ thống là bất khả kháng, quá nghiêm trọng cần phải điều khiển nhanh để đảm bảo an ninh hệ thống điện 2.2.3 Mở rộng đƣờng dây truyền tải Mở rộng đƣờng dây truyền tải giải quyết bài toán mở rộng và củng cố sự phát điện và mạng truyền tải hiện tại để phục vụ tối ƣu sự phát triển thị trƣờng điện. .. liệu tham khảo cho bài giảng môn học cung cấp điện 1.7 Bố cục của luận văn Chƣơng 1: Giới thiệu luận văn Chƣơng 2: Tổng quan Chƣơng 3: Phƣơng pháp tiếp cận Chƣơng 4: Khảo sát các ví dụ mẫu Chƣơng 5: Ứng dụng lƣới điện Việt Nam Chƣơng 6: Kết luận 15 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện Trong quá trình vận hành hệ thống điện trong thị trƣờng điện, chi phí của tổ máy . sinh: TPHCM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1181031017 I-TÊN ĐỀ TÀI: Xác định vị trí và dung lương của TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện. II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: -. đƣợc, đề tài đề xuất tên Xác định vị trí và dung lượng TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện nhằm xây dựng giải thuật tìm kiếm vị trí tối ƣu của thiết bị TCSC (Thyristor Controller. nội dung nghiên cứu “ Xác định vị trí và dung lƣợng TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện là ứng dụng tính hiệu quả của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lƣới để chống