Xác định vị trí lắp đặt TCSC trên lưới điện truyền tải khu vực phía nam việt nam

LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang iv TịM TT Những hệ thống điện hiện hữu luôn tồn tại các nhánh xung yếu nhất có khả năng dn đến quá tải thường xuyên. Khi mạng lưới truyền tải điện bị quá sẽ là mt trong những nguyên nhân dn đến hệ thống bị sụp đ. Bằng nhiều giải pháp, các nhà cung cấp điện luôn tìm cách giảm suất sự cố để hệ thống điện về gần với trạng thái ổn định. Mt trong những giải pháp đưc đề cập trong ni dung nghiên cứu này là ứng dụng tính hiệu quả của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lưới để chống quá tải . Để giải quyết bài toán đặt ra, ni dung nghiên cứu đưc trình bày như sau. Nghiên cứu lý thuyết mặt cắt tối thiểu, ứng dụng giải thuật của chương trình max-flow xác định tập hp những nhánh yếu nhất của hệ thống điện, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho bài toán chống quá tải. Ni dung nghiên cứu cũng chỉ ra rằng; vấn đề cốt lõi của bài toán chống quá tải là làm sao xác định đưc điểm quá tải thường xuyên. Giải thuật đã đề xuất giải quyết đưc vấn đề này. Hướng tiếp cận mới trong ni dung nghiên cứu này chính là sự kết hp giữa giải thuật đề xuất và phần mềm giải bài toán phân bố công suất Powerworld cùng với tính năng ưu việt của TCSC để chống quá tải hệ thống điện. Kết quả của sự kết hp là lưu đồ xác định vị trí và dung lưng bù tối ưu của TCSC trên lưới điện truyền tải. Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp đã đề xuất đưc kiểm chứng trên hệ thống điện truyền tải miền Nam Việt Nam. LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang v SUMMARY The existing electrical system there is always the most critical branch is likely to lead to frequent overload. When the transmission network will be one of the causes leading to system collapse. By many measures, the power supply always looking for ways to reduce the problem to the system capacity close to the steady state. One of the solutions mentioned in the content of this research is the effective application of TCSC control power flows on the grid to overload. To solve the problem posed, research contents are as follows. Research minimun cut-set theoretically, suggested max-flow algorithms application to determine collect electrical system's most weak branchs open up many new research problems against overload. Content research also indicates that; matter of anti-overload problem is how to define such overload often. Algorithm proposed solving this problem. Approaches in the contents of this research is the combination of proposed algorithms and software power distribution calculation Powerworld with premium features of TCSC to fight overload the electrical system. The result of the combination is to locate and map the optimal compensation of TCSC capacity on the transmission grid. The effectiveness and the applicability of the proposed solution has been tested on the electricity transmission system in South Vietnam. LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang vi MC LC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Tóm tắt lý lịch trích ngang i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các từ viết tắt viii Danh sách các hình và các hình ix PHN A: GII THIỆU LUN VĔN 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 2 2.1 Mục tiêu của đề tài 2 2.2 Nhiệm vụ của đề tài 2 3. Điểm mới của luận văn 2 4. Giá trị thực tiễn của đề tài 2 PHN B: NI DUNG CHNG 1: TNG QUAN V THIT B FACTS 1.1 Tính cần thiết của việc xác định vị trí FACTS 3 1.1.1 Giá điện thị trường 3 1.1.2 Những ứng dụng và li ích của FACTS 4 1.1.3 Vấn đề trọng tâm 5 1.2 Mô hình toán học của TCSC 6 1.2.1 Nguyên lý cấu tạo TCSC 6 1.2.2 Mô hình toán học của TCSC 8 1.2.3 ng dụng TCSC vào điều khiển dòng công suất 9 1.3 Các nghiên cứu s dụng FACTS trong chống nghẽn mạch 11 LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang vii 1.3.1 Tổng quan về các công trình thí nghiệm trước đây 12 1.3.2 Nhận xét 12 1.4 Các vấn đề cần cải tiến 12 1.5 Mặt cắt cực tiểu và dòng công suất cực đại 14 1.5.1 Cơ sở lý thuyết về mặt cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại 14 1.5.2 ng dụng trong hệ thống điện 16 CHNG 2: MỌ HỊNH TOỄN HC 2.1 Phương pháp xác định mặt cắt tối thiểu 20 2.2 Lưu đồ xác định mặt cắt tối thiểu-luồng công suất cực đại 22 2.3 Bài toán phân bố công suất 30 2.4 Xác định vị trí của TCSC 33 2.5 Dung lưng bù TCSC 35 2.6 Lưu đồ xác định vị trí và dung lưng TCSC 36 CHNG 3: NG DNG PHN MM POERWORD Đ MỌ PHNG LI ĐIỆN 3.1 Sơ đồ lưới điện 500kV 39 3.2 Sơ đồ lưới điện 220kV 52 PHN C: KT LUN VÀ HNG PHỄT TRIN Đ TÀI 1. Kết luận 59 2. Hướng phát triển đề tài 59 TĨI LIU THAM KHO 60 PH LC 65 LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang viii DANH SỄCH CỄC CH VIT TT AC Alternating Current DC Direct Current FACTS Flexible AC Transmission Systems SSSC Static Synchronous Series Compensator STATCOM Static Synchronous Compensator SVC Static Var Compensator TCPST Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer TCR Thyristor Controlled Reactor TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor TCVR Thyristor Controlled Voltage Regulator UPFC Unified Power Flow Controller VSC Voltage Source Converter LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang ix DANH SỄCH CỄC HỊNH VÀ CỄC BẢNG Trang Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo của TCSC 6 Hình 1.2: Mô hình toán của TCSC 8 Hình 1.3: Mô hình đường dây truyền tải có lắp đặt TCSC 9 Hình 1.4: Đơn giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j 10 Hình 1.5: Chi phí đầu tư vận hành theo công suất bù 13 Hình 1.6: Sơ đồ mạng với nguồn phát s, tải thu t và hai nút trung gian 15 Hình 1.7: Mô hình hoá mạng với một số lát cắt tiêu biểu 15 Hình 1.8: Mô hình hệ thống điện đơn giản 16 Hình 1.9: Mô hình hoá sơ đồ mạng điện truyền tải 2 nút 17 Hình 1.10: Vị trí và thông lượng các lát cắt trên sơ đồ mô hình hóa 17 Hình 1.11: Vị trí của lát cắt cực tiểu trên mạng mô hình hoá 18 Hình 2.1: Đồ thị vô hướng với các trọng số G = (V, E) 20 Hình 2.2: Sau khi cắt nút 1 cộng giá trị w(1,2) và w(1,5) 20 Hình 2.3: Sau khi cắt nút số 8 cộng giá trị w(4,7) và w(4,8) 20 Hình 2.4: Sau khi cắt nút 7,8 cộng giá trị w(3,4) và w(3,7) 20 Hình 2.5: Sau khi cắt nút 4, 7, 8 22 Hình 2.6: a) Sau khi cắt nút 3 cộng giá trị w(2,3) và w(2,6) 22 b) Sau khi cắt đồ thị cách ly nút 2 V\{2} và {2} 22 Hình 2.7: a. Mô hình hoá hệ thống điện; b. Mô hình hoá thông số trên các nhánh 23 Hình 2.8: Lưu đồ giải thuật xác định luồng công suất cực đại 24 Hình 2.9: Dữ liệu nhập vào cho sơ đồ mô hình hoá 30 Hình 2.10: Danh sách các lát cắt sau khi chạy chương trình 30 Hình 2.11: Nút đại diện của một hệ thống điện 31 Hình 2.12: a) Điều chỉnh công suất máy phát 1. 32 b) Điều chỉnh công suất máy phát 2. 32 Hình 2.13: Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng TCSC 38 Hình 3.1: Sơ đồ lưới điện 7 nút 39 Hình 3.2: Dữ liệu nhập vào chương trình tính max-flow cho sơ đồ mô hình hoá 40 LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang x Hình 3.3: Danh sách các đường cắt khi sau khi chạy chương trình 41 Hình 3.4: Mô phỏng phân bố công suất bằng Powerworld 42 Hình 3.5: Mô phỏng vị trí lắp đặt TCSC trên lưới bằng Powerworld 42 Hình 3.6: Mô phỏng vị trí lắp đặt TCSC trên lưới bằng Powerworld 43 Hình 3.7: Thông số đầu vào khi tải tại nút 3 tăng 20% 45 Hình 3.8: Danh sách lát cắt khi tăng tải tại nút 3 45 Hình 3.9: Mô phỏng luồng công suất khi tăng tải tại nút 3 46 Hình 3.10: Thông số nhập vào khi tăng tải 20% tại nút 4 46 Hình 3.11: Danh sách lát cắt khi tăng tải tại nút 4 47 Hình 3.12: Mô phỏng luồng công suất khi tăng tải tại nút 4 47 Hình 3.13: Thông số nhập vào khi tăng tải 20% tại nút 2 48 Hình 3.14: Danh sách lát cắt khi tăng tải tại nút 2 48 Hình 3.15: Mô phỏng luồng công suất khi tăng tải tại nút 2. 49 Hình 3.16: Thông số đầu vào khi tăng tải toàn bộ hệ thống 49 Hình 3.17: Danh sách các lát cắt khi tăng tải toàn bộ hệ thống 50 Hình 3.18: Mô phỏng luồng công suất khi tăng tải tại nút 2,3,4 50 Hình 3.19: Sơ đồ lưới điện truyền tải 15 nút 52 Hình 3.20: Dữ liệu nhập vào chương trình max-flow đối với lưới điện 15 nút 53 Hình 3.21: Mô hình hoá lưới điện 15 nút chạy bằng giải thuật max-flow 53 Hình 3.22: Mô phỏng phân bố công suất bằng powerworld 54 Hình 3.23: Mô phỏng phân bố công suất sau khi bù TCSC 55 Hình 3.24: Mô hình hoá lưới điện 15 nút bằng Max-flow 56 Hình 3.25: Mô phỏng lưới điện bằng powerworld khi tăng tải tại Thủ Đức 56 Hình 3.26: Mô hình hoá lưới điện 15 nút bằng Max-Flow 57 Hình 3.27: Mô phỏng lưới điện bằng powerworld khi tăng tải toàn hệ thống ……57 Bảng 1.1: Chi phí đầu tư trên 1kVar của các thiết bị FACTS 13 Bảng 1.2: Vị trí và thông lượng của các lát cắt 17 Bảng 1.3: Các trường hợp xảy ra vị trí lát cắt 18 Bảng 2.1: Danh sách lát cát và thông lượng của các lát cắt 29 Bảng 3.1: Hiển thị thông số công suất trước và sau khi bù 43 LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang xi Bảng 3.2: Hiển thị thông số trước công suất và sau khi bù 44 Bảng 3.3: Giá trị XTCSC bù và tỷ lệ giảm công suất quá tải trên lưới điện 7 nút 51 Bảng 3.4: Giá trị XTCSC , công suất trên lưới điện 15 nút trước và sau khi bù 58 LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang 1 PHN A: GII THIỆU LUN VĔN 1. ĐT VN Đ Ngày nay, khi mà các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẵn có không đủ đáp ứng nhu cầu về năng lưng ngày càng tăng của con người; bên cạnh việc tìm kiếm những nguồn tài nguyên và nhiên liệu mới thay thế thì việc quy hoạch, s dụng hp lý nguồn tài nguyên sẵn có cũng là vấn đề quan tâm hàng đầu của ngành công nghiệp điện năng. Mt trong những khía cạnh đó là việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quản lý và vận hành lưới điện sao cho tổng chi phí sản xuất vận hành lưới điện là nhỏ nhất để giá thành tới người s dụng là thấp nhất. Điều này là hp lý khi hình thành mt thị trường mới mẻ - thị trường điện. Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vận hành tối ưu hệ thống điện. Mt trong các bài toán đặt ra là phân bố luồng công suất tối ưu còn đưc biết đến như phương pháp điều khiển dòng công suất trên lưới điện truyền tải nhằm: Hạn chế quá tải trên đường dây ở thời điểm hiện tại cũng như khi mở rng phụ tải trong tương lai. Đây là nguyên nhân chính gây nên giá sản xuất điện năng tăng cao. Có nhiều phương pháp để giải quyết bài toán quá tải như: Điều chỉnh công suất phát của nhà máy, xây dựng các đường dây song song s dụng các thiết bị bù công suất phản kháng tại ch… nhưng các giải pháp này không đảm bảo đưc chi phí là thấp nhất nên không thoả điều kiện giảm giá thành sản xuất điện năng. Việc s dụng các thiết bị FACTS điều khiển dòng công suất trên đường dây còn đưc biết đến như biện pháp chống nghẽn mạch, giảm rủi ro về mất điện, tăng đ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, đảm bảo li ích kinh tế, đồng thời tránh đưc tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch. Mt số công trình nghiên cứu cũng cho thấy rằng, việc s dụng các thiết bị FACTS để điều khiển dòng công suất sẽ hạn chế đưc quá tải trên đường dây từ đó làm giảm chi phí sản xuất điện năng, tăng giá trị phúc li xã hi. Vấn đề là chọn thiết bị FACTS nào là thoả mãn chi phí nhỏ nhất. Thực nghiệm cho thấy khả năng điều khiển điện áp, điều khiển trào lưu công suất và cải thiện ổn định điện áp tại các nút của TCSC là tốt hơn so với dùng tụ bù dọc SVC; chi phí đầu tư trên mt đơn vị công suất bù của TSCS cũng nhỏ hơn so với các loại thiết bị khác. LUN VĔN THC Sƾ GVHD: PGS.TS QUYN HUY ỄNH NGUYN H HU LC trang 2 Tuy nhiên, chi phí cho mt thiết bị bù TCSC không nhỏ. Do đó, không thể lắp đặt trên toàn b hệ thống truyền tải điện. Với mục tiêu tổng chi phí vận hành và điều khiển hệ thống điện bao gồm: chi phí phát điện, chi phí truyền tải phân phối, chi phí cho thiết bị bù TCSC phải nhỏ nhất. Do đó, cần xác định vị trí lắp đặt thiết bị bù TCSC trên mạng phân phối truyền tải điện để đồng thời giải quyết đưc cả hai vấn đề: kinh tế và kỹ thuật. Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt đưc, đề tài “Xác Đnh V Trí Lp Đt TCSC Trên Li Đin Truyn Ti Phía Nam Vit Nam” với mục đích xây dựng giải thuật tìm kiếm vị trí tối ưu của TCSC giải quyết những hạn chế của các công trình nghiên cứu trước đây. 2. MC TIểU VÀ NHIỆM V CA Đ TÀI 2.1 Mc tiêu ca đ tài  Tìm hiểu về thuật toán tìm luồng công suất cực đại;  Nguyên lý cấu tạo, hoạt đng và mô hình toán của TCSC;  Vị trí tối ưu của TCSC trên lưới điện truyền khu vực phía Nam Việt Nam. 2.2 Nhim v ca đ tƠi  Nghiên cứu về thuật toán luồng công suất cực đại;  S dụng TCSC để điều khiển phân bố dòng công suất trên lưới điện;  Xác định vị trí tối ưu của TCSC trên lưới điện truyền tải;  ng dụng thuật toán để giải bài toán cụ thể; 3. ĐIM MI CA LUN VĔN  ng dựng giải thuật lắt cắt xác định vị trí tối ưu của TCSC để áp dụng trên lưới điện truyền tải khu vực phía Nam Việt Nam và kiểm tra bằng phần mềm PowerWord. 4. GIỄ TR THC TIN CA Đ TÀI  Xác định vị trí lắp đặt TCSC trên lưới điện truyền tải Miền Nam Việt Nam để giải quyết bài toán chóng nghẽn mạch. [...]... với phương pháp này chọn lựa XTCSC=75%Xline cố định Giá trị bù này lần lư t đư c th trên tất cả các nhánh của mạng điện để tìm vị trí nào tối ưu nhất theo hàm mục tiêu ban đầu đề ra Có nhiều công trình nghiên cứu đặt mục tiêu vị trí tối ưu của TCSC là gia tăng tổng khả năng truyền tải của hệ thống (maximal total transfer capability) [32,33] Hoặc vị trí tối ưu của TCSC là vị trí có thể gia tăng tối đa... và công suất phản kháng truyền từ nút i đến nút j ij= i-j và gij, bij là điện d n, dung d n trên nhánh đường dây i-j gij  bij  rij (1.17) 2 rij  xij 2  xij (1.18) 2 rij2  xij Trong đó: rij, xij là điện trở và điện kháng trên nhánh đường dây i-j gij/2 jbij/2 gij/2 jbij/2 Hình 1.3: Mô hình đường dây truyền tải có lắp đặt TCSC Mô hình đường dây truyền tải có TCSC đư c lắp đặt giữa nút i và j như... (s), nút tải tiêu thụ (t), giữa nguồn và tải có các nút trung gian Khả năng truyền trên các nhánh nối giữa nút i và nút j bất kỳ đư c gọi là dung lư ng truyền tải của các cung Cij hay còn gọi là trọng số Khả năng truyền tải dòng công suất trong mạng tuỳ thu c vào dung lư ng truyền tải của các cung Do khả năng truyền tải của các cung Cij là khác nhau nên dung lư ng truyền tải từ nguồn s tới tải t có... thuật toán xác định dòng công suất truyền tải cực đại và nhánh nghẽn mạch - quá tải trên hệ thống mạng điện như sau: Xét m t mạng điện đơn giản như Hình 1.8 20MW 1 40MW 10MW 30MW 25MW 2 Hình 1.8: Mô hình hệ thống điện đơn giản Từ sơ đồ mạng điện 2 nút có thể mô hình hóa thành sơ đồ dạng số để xác định nhánh nghẽn mạch hay nói cách khác là xác định tập h p các nhánh có khả năng d n đến quá tải theo nguyên... mạng điện chống nghẽn mạch khi có sự cố; chi phí lắp đặt m t thiết bị TCSC nhỏ hơn nhiều so với chi phí lắp đặt các loại thiết bị khác NGUY N H H U L C trang 5 LU N VĔN TH C Sƾ GVHD: PGS.TS QUY N HUY ỄNH Bài toán đặt ra ở đây là tìm lắp đặt thiết bị bù TCSC h p lý trên hệ thống điện để có thể đảm bảo dung lư ng của thiết bị bù là nhỏ nhất, đồng thời thoả mãn điều kiện chống nghẽn mạch hệ thống điện. .. sản xuất điện sao cho tổng chi phí phát điện phải là nhỏ nhất: C1  Min Ci ( Pgi ) (1.3) Giá thành điện năng là tổng chi phí để sản xuất ra m t đơn vị điện năng Giá điện này khi đưa ra thị trường và tới nơi tiêu thụ, c ng các chi phí vận chuyển sẽ hình thành nên giá bán điện trên thị trường Do đó, giá bán điện đư c xác định tính từ giá thành sản xuất điện năng tối thiểu C1 Trong thị trường điện, sự... VĔN TH C Sƾ GVHD: PGS.TS QUY N HUY ỄNH Và trong trường h p có lắp đặt thiết bị bù TCSC trên nhánh i-j, dòng công suất truyền trên nhánh i-j đư c tính theo biểu thức: Pijc  VV j bij, sin  ij  Pij c  i VV j i xij  xc sin  ij (1.30) Biểu thức 1.30 cho thấy: khả năng truyền tải trên nhánh i-j của hệ thống điện khi lắp đặt thiết bị bù dọc TCSC đư c cải thiện đáng kể phụ thu c vào giá trị bù của thiết... thiểu nằm ở đâu thì cần cải tạo quy hoạch tại vị trí đó Do đó, vấn đề xác định điểm nghẽn mạch (nút cổ chai) trong vận hành lưới điện là NGUY N H H U L C trang 17 LU N VĔN TH C Sƾ GVHD: PGS.TS QUY N HUY ỄNH rất quan trọng Điều này tương đương với việc xác định vị trí lát cắt cực tiểu trong mạng điện Giả s sau khi mô hình hoá từ sơ đồ mạng sang sơ đồ số, vị trí lát cắt cực tiểu như Hình 1.11: Giải thuật... dụng tốt hơn hệ thống truyền tải hiện có m t số nơi, việc tăng dung lư ng chuyển giao năng lư ng và điều khiển luồng công suất truyền tải của các đường dây có tầm quan trọng thiết yếu, đặc biệt là những nơi có thị trường điện chưa đư c kiểm soát, hay những nơi mà các vị trí phát điện và tâm phụ tải có thể thay đổi Điều này cần bổ sung các đường dây truyền tải mới để đáp ứng nhu cầu điện gia tăng, nhưng... – quá tải trên m t số tuyến đường dây của mạng điện Nghĩa là khi phụ tải điện thay đổi tăng lên m t lư ng PL thì theo biểu thức (1.4), để giải quyết sự cố nghẽn mạch trên hệ thống truyền tải điện cần thay đổi công suất NGUY N H H U L C trang 3 LU N VĔN TH C Sƾ GVHD: PGS.TS QUY N HUY ỄNH phát của các tổ máy trong các nhà máy điện m t lư ng là Pgi Như vậy, chi phí cho sản xuất ra m t đơn vị điện năng . vị trí tối ưu của TCSC để áp dụng trên lưới điện truyền tải khu vực phía Nam Việt Nam và kiểm tra bằng phần mềm PowerWord. 4. GIỄ TR THC TIN CA Đ TÀI  Xác định vị trí lắp đặt TCSC trên. hình toán của TCSC;  Vị trí tối ưu của TCSC trên lưới điện truyền khu vực phía Nam Việt Nam. 2.2 Nhim v ca đ tƠi  Nghiên cứu về thuật toán luồng công suất cực đại;  S dụng TCSC để điều. suất trên lưới điện;  Xác định vị trí tối ưu của TCSC trên lưới điện truyền tải;  ng dụng thuật toán để giải bài toán cụ thể; 3. ĐIM MI CA LUN VĔN  ng dựng giải thuật lắt cắt xác định