giới thiệu chung về ổn định hệ thống điện

ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Pe Trứoc cố d Pm Sau cố A2 a e A1 Khi cố b δo c δc δmax δ TS Nguyễn Đăng Toản KHOA HTĐ-ĐHĐL Email: toannd@epu.edu.vn MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG  Lịch sử phát triển htđ  Định nghĩa phân loại ổn định htđ  Một số ví dụ ổn định HTĐ MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NGHIÊN CỨU ÔN ĐỊNH HTĐ Mô hình máy phát điện đồng Các thiết bị khác ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ Phương pháp tuyến tính ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ Phương pháp diện tích Phương pháp số ỔN ĐỊNH ĐiỆN ÁP 10/29/15 Các ý     đơn vị học trình =60 tiết Không dùng tài liệu thi cử Không dùng điện thoại lớp học Không nói chuyện riêng, 10/29/15 Các nguồn tham khảo  Tài liệu tham khảo:       Điều khiển ổn định HTĐ – Lã Văn Út Ổn định HTĐ – Trần Bách Power System Stability and Control – Praha KundurMcGraw Hill 1994 Power System Voltage Stability – Carson W TaylorMcGraw Hill 1994 Các báo khoa học IEEE Các phần mềm:   PSS/E, Powerworld EMTP-RV/EMTP-ATP 10/29/15 Các đề tài khoa học đồ án tốt nghiệp     Nghiên cứu dạng ổn định HTĐ, biện pháp nâng cao ổn định Nghiên cứu khả nâng cao giới hạn truyền tải, nâng cao ổn định HVDC, FACTS Nghiên cứu luật điều khiển cho FACTS, HVDC, HVDC-VSC Năng lượng 10/29/15 MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU CHUNG  Lịch sử phát triển hệ thống điện  Một số ví dụ tan rã hệ thống điện  Nguyên nhân cố tan rã hệ thống điện  Phân loại ổn định hệ thống điện  Các chế độ làm việc hệ thống điện  Mục tiêu khảo sát ổn định 10/29/15 NGUYEN DANG TOAN Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử phát triển HTĐ    Năm 1882, Thomas Alva Edison lần đầu thiết lập nhà máy điện Mỹ, với tải 400 bóng đèn, bóng có công suất 83 W Điện áp lúc 110 V chiều (DC=direct current) Đồng thời châu ÂU, HTĐ truyền tải, phân phối điện đến phụ tải cho mục đích sử dụng chung, Bóng đèn Edison http://www.wikipedia.com/  Năm 1885, Ferranti thiết kết htđ, nhà máy điện Deptford bên bờ sông Thames để cung cấp điện cho thủ đô London:   Sử dụng dòng điện xoay chiều, Dùng hệ thống cáp ngầm Điện áp 10kV 10/29/15 Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử phát triển HTĐ (tiếp)  Hai yếu tố định đến phát triển HTĐ là:    Sự phát minh MBA (chỉ làm việc với dòng điện xoay chiều) Sự phát minh Từ trường quay: =>động máy phát điện nhiều pha Cuối cùng, người ủng hộ htdAC chiến thắng “Cuộc chiến hệ thống điện” Ngày nay, HTĐ chủ yếu dùng hệ thống dòng điện pha xoay chiều  Phát minh Tesla (US390721): máy phát điện Dynamo http://www.wikipedia.com/ 10/29/15 Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử phát triển HTĐ -Ví dụ htđ đại   IPP Phụ tải tăng PHÁT ĐIỆN Đốt than Cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên Thủy điện Hạt nhân  Cạn kiệt tài nguyên Áp lực tối đa hóa lợi ích kinh tế   Thị trường điện DG HTĐ khác đ/dây liên lạc TRUYỀN TẢI IPP HTĐ Phi điều tiết Các HTĐ vận hành gần giới hạn ổn định, an toàn => ổn định HTĐ 10/29/15 HV/MV Tải Công nghiệp Điện phân tán HV/MV Công nghiệp MV/LV MV/LV Tòa nhà Gia đình PHÂN PHỐI Giới thiệu chung 1.2 Một số ví dụ tan rã htđ ổn định (blackout)  Một số cố tan rã HTĐ giới ổn định HTĐ            10/29/15 Pháp, 1978, 1987 Bỉ, 1982 Thụy Điển, 1983 Mỹ: Florida 1985, WSCC 1996, NERC 2003 Tokyo-Nhật Bản, 1987 Phần Lan, 1992 Thụy Điển/Đan Mạch, 2003 Ý, 2003 Hi Lạp, 2004 Các quốc gia Tây Âu, 4/11/2006 Nhật 2011/ Thảm họa hạt nhân  Những hậu nghiêm trọng  Ý - 2003:    Mỹ - 2003:    Phụ tải bị cắt: 27GW Thiệt hại ước tính: $50 tỷ Phụ tải bị căt: 65GW Thời gian điện: 30 h Các quốc gia tây âu -2006:  Nguyễn Đăng Toản 15 triệu người bị ảnh hưởng HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆTNAM THÌ SAO? 10 Giới thiệu chung 1.3 Nguyên nhân cố tan rã HTĐ Bảo dưỡng Không update tiêu chuẩn Thiết kế, chỉnh định sai Thiết bị cũ Bảo dưỡng bất thường Không tuân thủ tiêu chuẩn Thiếu khóa đào tạo nâng cao Nuclear Plant Dự báo phụ tải sai HTĐ Hydro Plant Coal fired Qui hoạch thiết kế Hư hỏng ẩn Biện pháp cứu vãn Biện pháp phòng ngừa Không hiểu kỹ hệ thống điện quản lý vận hành Hư hỏng bảo vệ Phối hợp Tự nhiên Điều kiện bất thường Khẩn cấp Vận hành 10/29/15 N/nhân khách quan 11 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại ổn định HTĐ  Khái niệm đồng hóa  Trạng thái đồng pha δ 100km/h 100km/h Rotor 6m  Trạng thái đồng ổn định 10/29/15 12 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại ổn định HTĐ P (MW) Định nghĩa IEEE/CIGRÉ 2004 3000 Institute of Electrical and Electronics Engineers (US) International Council on Large Electric Systems (EU) 2800 2900 2700 2600 2500 2400 Ổn định HTĐ 2300 Góc roto δ Ổn định điện áp δ Quá độ Ngắn hạn Ngắn hạn 12 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 t (s) Mất ổn định nhiễu loạn nhỏ(USA1996) Ồn định góc roto Ổn định tần số Nhiễu loạn nhỏ Nhiễu loạn nhỏ Dài hạn Ngắn hạn t/h t/h V(kV) Nhiễu loạn lớn t/h t(s) Ổn định độ Dài hạn t(s) Sụp đổ điện áp khoảng dài hạn (USA 1996) 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 13 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại ổn định HTĐ (tiếp) Định nghĩa ổn định góc rotor với nhiễu loạn nhỏ  Là khả HTĐ (với nhiều MPĐ đồng nối với nhau) giữ đồng sau trải qua kích động nhỏ xảy HTĐ Các kích động nhỏ phải thoả mãn: hệ phương trình mô tả HTĐ tuyến tính hóa quanh điểm làm việc   Ví cố WSCC 10 tháng 1996  Mất ổn định kích động nhỏ  3000 Malin - Round Mountain MW Flow 2900 2800 2700 2600 2500 2400 2300 10/29/15 12 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 Thời gian s 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 Nguyễn Đăng Toản 14 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại ổn định HTĐ 3000 2900 2800 2700 2600 2500 2400 2300 10/29/15 12 16 19 22 25 28 31 34 37 Nguyễn Đăng Toản 40 43 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 15 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại ổn định HTĐ (tiếp)  Định nghĩa: ổn định độ (ổn định góc rotor với kích động lớn- ổn định động)   Ví dụ : ổn định độ T/H Góc roto δ  Là khả HTĐ trì đồng sau trải qua kích động lớn ( MPĐ lớn, đ/d tt quan trọng, tải lớn) Phương trình mô tả HTĐ hệ pt vi phân phi tuyến δ T/H T/H t(s) Ổn định độ 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 16 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại ổn định HTĐ (tiếp)  Định nghĩa ổn định điện áp:   10/29/15 Là khả HTĐ trì modul điện áp nút khoảng cho phép sau sảy cố thời điểm vận hành Ví dụ tan rã hệ thống điện sụp đổ điện áp Nguyễn Đăng Toản 17 Giới thiệu chung 4.1 Khái niệm ổn định tần số 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 18 Giới thiệu chung 1.4 Ví dụ sụp đổ tần số: Sự cố 4/ 11/ 2006 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 19 Giới thiệu chung 1.5 Các chế độ làm việc HTĐ  Chế độ xác lập:  Các thông số htđ không đổi dao động bé xung quanh giá trị HTĐ Có loại    Các yêu cầu  Đảm bảo chất lượng điện    Đảm bảo tiêu chuẩn tần số, điện áp, sóng hài… Đảm bảo độ tin cậy  Các phụ tải phải đc cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo Đảm bảo hiệu kinh tế  10/29/15 Xác lập bình thường Xác lập sau cố Chi phí, sản xuất, truyền tải phân phối nhỏ Nguyễn Đăng Toản 20 Giới thiệu chung 1.5 Các chế độ làm việc HTĐ  Đối với chế độ xác lập sau cố    Chế độ độ  Thông số biến đối nhanh, mô tả hệ phương trình vi phân  Có hai loại:    10/29/15 Cần đảm bảo yêu cầu trên, tiêu chuẩn sau cố (N-1) Sau cần có biện pháp điều khiển, phương thức vận hành để đưa htđ chế độ vận hành bình thường Quá độ cố, NM, MPĐ… Quá độ thao tác vận hành Các yêu cầu  Nhanh chóng loại trừ cố  Trong thời gian độ, thông số ht thay đổi giới hạn cho phép (của chế độ cố) Nguyễn Đăng Toản 21 Giới thiệu chung 1.6 Mục tiêu khảo sát ổn định  Khảo sát đặc tính ổn định chế độ xác lập: nhằm đảm bảo cân công suất   Phương pháp nghiên cứu  Pphát=Ptải+∆P  Qphát=Qtải+∆Q  S = P +Q 2   Xét với đặc tính chế độ xác lập dao động công suất   Khảo sát dạng ổn định ổn định khác  10/29/15  Ổn định độ (ổn định động) Ổn định với nhiễu loạn nhỏ Ổn định điện áp Ổn định độ (ổn định động)    Tuyến tính hóa Phương pháp cân diện tích Phương pháp số giải phương trình vi phân Một số phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp ĐỂ ĐẢM BẢO HTĐ ĐƯỢC VẬN HÀNH TIN CẬY, KINH TẾ, AN TOÀN 22 Nguyễn Đăng Toản [...]... 68 71 74 Nguyễn Đăng Toản 14 1 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại về ổn định HTĐ 3000 2900 2800 2700 2600 2500 2400 2300 0 10/29/15 3 6 9 12 16 19 22 25 28 31 34 37 Nguyễn Đăng Toản 40 43 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 15 1 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại về ổn định HTĐ (tiếp)  Định nghĩa: ổn định quá độ (ổn định góc rotor với kích động lớn- ổn định động)   Ví dụ về : ổn định quá độ T/H 3 Góc roto δ ... mô tả HTĐ là hệ pt vi phân phi tuyến δ T/H 2 T/H 1 0 t(s) Ổn định quá độ 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 16 1 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại về ổn định HTĐ (tiếp)  Định nghĩa về ổn định điện áp:   10/29/15 Là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì được modul điện áp tại các nút trong khoảng cho phép sau khi sảy ra sự cố tại một thời điểm vận hành nào đó Ví dụ về tan rã hệ thống điện do sụp đổ điện áp Nguyễn... 1 Giới thiệu chung 1.6 Mục tiêu của khảo sát ổn định  Khảo sát đặc tính ổn định ở chế độ xác lập: nhằm đảm bảo cân bằng công suất   Phương pháp nghiên cứu  Pphát=Ptải+∆P  Qphát=Qtải+∆Q  S = P +Q 2 2   Xét với đặc tính ở chế độ xác lập và dao động công suất   2 Khảo sát các dạng ổn định và mất ổn định khác nhau  10/29/15  Ổn định quá độ (ổn định động) Ổn định với nhiễu loạn nhỏ Ổn định điện. .. hợp kém Tự nhiên Điều kiện bất thường Khẩn cấp Vận hành 10/29/15 N/nhân khách quan 11 1 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại về ổn định HTĐ  Khái niệm về sự đồng bộ hóa  Trạng thái đồng bộ và pha δ 100km/h 100km/h Rotor 6m  Trạng thái đồng bộ và ổn định 10/29/15 12 1 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại về ổn định HTĐ P (MW) Định nghĩa của IEEE/CIGRÉ 2004 3000 Institute of Electrical and Electronics Engineers... Toản 17 1 Giới thiệu chung 4.1 Khái niệm về ổn định tần số 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 18 1 Giới thiệu chung 1.4 Ví dụ về sự sụp đổ tần số: Sự cố 4/ 11/ 2006 10/29/15 Nguyễn Đăng Toản 19 1 Giới thiệu chung 1.5 Các chế độ làm việc của HTĐ  Chế độ xác lập:  Các thông số htđ không đổi hoặc dao động rất bé xung quanh một giá trị nào đó của HTĐ Có 2 loại    Các yêu cầu  Đảm bảo chất lượng điện năng... 2800 2900 2700 2600 2500 2400 Ổn định HTĐ 2300 Góc roto δ Ổn định điện áp δ Quá độ Ngắn hạn Ngắn hạn 3 6 9 12 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 t (s) Mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ(USA1996) Ồn định góc roto Ổn định tần số Nhiễu loạn nhỏ 0 Nhiễu loạn nhỏ Dài hạn Ngắn hạn t/h 3 t/h 1 0 V(kV) Nhiễu loạn lớn t/h 2 t(s) Ổn định quá độ Dài hạn t(s) Sụp đổ điện áp trong khoảng dài hạn... Toản 13 1 Giới thiệu chung 1.4 Phân loại về ổn định HTĐ (tiếp) Định nghĩa ổn định góc rotor với nhiễu loạn nhỏ  Là khả năng của một HTĐ (với nhiều MPĐ đồng bộ nối với nhau) vẫn còn giữ được sự đồng bộ sau khi trải qua các kích động nhỏ xảy ra trong HTĐ Các kích động nhỏ phải thoả mãn: hệ phương trình mô tả HTĐ có thể tuyến tính hóa quanh điểm làm việc   Ví sự cố WSCC 10 tháng 8 1996  Mất ổn định do...1 Giới thiệu chung 1.3 Nguyên nhân của các sự cố tan rã HTĐ Bảo dưỡng Không update các tiêu chuẩn mới Thiết kế, chỉnh định sai Thiết bị quá cũ Bảo dưỡng bất thường Không tuân thủ các tiêu chuẩn Thiếu các khóa đào tạo nâng cao Nuclear Plant Dự báo phụ tải sai HTĐ Hydro Plant Coal fired Qui hoạch và thiết kế Hư hỏng ẩn Biện pháp cứu vãn Biện pháp phòng ngừa Không hiểu kỹ hệ thống điện đang quản... ổn định và mất ổn định khác nhau  10/29/15  Ổn định quá độ (ổn định động) Ổn định với nhiễu loạn nhỏ Ổn định điện áp Ổn định quá độ (ổn định động)    Tuyến tính hóa Phương pháp cân bằng diện tích Phương pháp số giải các phương trình vi phân Một số phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp ĐỂ ĐẢM BẢO HTĐ ĐƯỢC VẬN HÀNH TIN CẬY, KINH TẾ, AN TOÀN 22 Nguyễn Đăng Toản ... cầu  Đảm bảo chất lượng điện năng    Đảm bảo các tiêu chuẩn về tần số, điện áp, sóng hài… Đảm bảo độ tin cậy  Các phụ tải phải đc cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo Đảm bảo hiệu quả kinh tế  10/29/15 Xác lập bình thường Xác lập sau sự cố Chi phí, sản xuất, truyền tải và phân phối là nhỏ nhất Nguyễn Đăng Toản 20 1 Giới thiệu chung 1.5 Các chế độ làm việc của HTĐ  Đối với chế độ xác lập ... Toản 17 Giới thiệu chung 4 .1 Khái niệm ổn định tần số 10 /29 /15 Nguyễn Đăng Toản 18 Giới thiệu chung 1. 4 Ví dụ sụp đổ tần số: Sự cố 4/ 11 / 2006 10 /29 /15 Nguyễn Đăng Toản 19 Giới thiệu chung 1. 5... Vận hành 10 /29 /15 N/nhân khách quan 11 Giới thiệu chung 1. 4 Phân loại ổn định HTĐ  Khái niệm đồng hóa  Trạng thái đồng pha δ 10 0km/h 10 0km/h Rotor 6m  Trạng thái đồng ổn định 10 /29 /15 12 Giới... s 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 Nguyễn Đăng Toản 14 Giới thiệu chung 1. 4 Phân loại ổn định HTĐ 3000 2900 2800 2700 2600 2500 2400 2300 10 /29 /15 12 16 19 22 25 28 31 34 37 Nguyễn Đăng Toản 40