Nghiên cứu ứng dụng của TCSC trong việc ngăn chặn mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - ĐÀM ANH TUỆ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA TCSC TRONG VIỆC NGĂN CHẶN MẤT ỔN ĐỊNH DO NHIỄU LOẠN NHỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Thái Nguyên - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn công trình tổng hợp nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng tài liệu tham khảo nhƣ nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Đàm Anh Tuệ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, nỗ lực thân, tác giả nhận đƣợc nhiều quan tâm giúp đỡ bảo tận tình Thày, Cô suốt trình giảng dạy khoa Đào tạo sau đại học trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt hƣớng dẫn tận tình, chu đáo thày TS Nguyễn Đăng Toản trƣờng Đại học Điện lực Hà Nội Thái Nguyên, ngày 24 tháng năm 2010 Đàm Anh Tuệ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÓM TẮT LUẬN VĂN Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng phát triển kinh tế quốc gia sở hạ tầng quan trọng kinh tế quốc dân Do phát triển kinh tế áp lực môi trƣờng, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, nhƣ tăng nhanh nhu cầu phụ tải, thay đổi theo hƣớng thị trƣờng hóa ngành điện làm cho HTĐ ngày trở lên rộng lớn quy mô, phức tạp tính toán thiết kế, vận hành mà HTĐ đƣợc vận hành gần với giới hạn ổn định Và đặc biệt HTĐ “nhạy cảm” với cố xảy Theo kết nghiên cứu, HTĐ bị cố nhiễu loạn nhỏ (hay dao động công suất) Một số cố tan rã HTĐ gần giới với hậu to lớn ví dụ sinh động cho luận điểm Chính mà đề tài tập trung nghiên cứu ổn định với nhiễu loạn nhỏ, phƣơng pháp nghiên cứu đặc biệt ứng dụng loại FACTS điển hình TCSC việc nâng cao ổn định nhiễu loạn nhỏ Trong luận văn này, dùng phƣơng pháp hệ số phần dƣ để lựa chọn tối ƣu điểm đặt thiết bị TCSC với mục tiêu nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ Kết đƣợc thực với HTĐ Việt Nam chứng minh hiệu việc đặt thiết bị bù TCSC Các nội dung luận văn: Tính cấp thiết đề tài đƣợc trình bày chƣơng I luận văn Chƣơng II luận văn tóm tắt số cố tan rã HTĐ điển hình giới số năm gần Trong đó, ổn định nhiễu loạn nhỏ nguyên nhân Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến cố này, định nghĩa, nhƣ phƣơng pháp nghiên cứu ổn định nhiễu với loạn nhỏ đƣợc trình bày cụ thể chƣơng Chƣơng III, giới thiệu thiết bị TCSC dùng để nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ Các kết mô với HTĐ Việt Nam đƣợc trình bày chƣơng IV luận văn Chƣơng V kết luận chủ yếu kiến nghị Các từ khoá: Tan rã hệ thống điện, ổn định với nhiễu loạn nhỏ, hệ số phần dư, TCSC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chương I GIỚI THIỆU CHUNG 10 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 10 1.2 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN 12 1.2.1 Nghiên cứu cố tan rã hệ thống điện liên quan đến vấn đề ổn định nhiễu loạn nhỏ……………………………………………………………………… 12 1.2.2 Tìm hiểu phƣơng pháp nghiên cứu biện pháp nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ thiết bị FACTS…………………………………………………………… 13 1.3 CẤU TRÖC CỦA LUẬN VĂN 14 1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN 14 Chương II ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ 15 2.1 PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY 15 2.1.1 Những cố tan rã hệ thống điện gần giới……………………… 15 2.1.2 Các nguyên nhân cố tan rã hệ thống điện……………………………….27 2.1.3 Cơ chế xảy tan rã hệ thống điện………………………………………… 30 2.1.4 Các dạng ổn định hệ thống điện……………………………………………… 33 2.2 ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ 33 2.2.1 Định nghĩa………………………………………………………………………33 2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ổn định góc rôto với nhiễu loạn nhỏ……………… 35 2.2.3 Phƣơng pháp nâng cao ổn định góc với nhiễu loạn nhỏ……………………… 42 2.3 CÁC ĐỀ XUẤT NHẰm NGĂN CHẶN CÁC SỰ CỐ TAN RÃ hỆ THỐNG ĐIỆN 43 2.4 KẾT LUẬN 46 Chương III ỨNG DỤNG TCSC TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN DO NHIỄU LOẠN NHỎ 47 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.1 THIẾT BỊ TCSC 47 3.1.1 Giới thiệu chung……………………………………………………………… 47 3.1.2 Các lợi ích việc dùng TCSC……………………………………………… 47 3.1.3 Mô hình TCSC………………………………………………………………….49 3.1.4 Phạm vi ứng dụng TCSC thực tế…………………………………….54 3.2 TÌM HIỂU PHẦN MỀM PSS/E 56 3.2.1 Giới thiệu chung……………………………………………………………… 56 3.2.2 Giới thiệu tổng quan chƣơng trình PSS/E………………………………… 57 3.2.3 Các thủ tục tính toán trào lƣu công suất…………………………….59 3.2.4 Tính toán tối ƣu trào lƣu công suất…………………………………………… 62 3.2.5 Tính toán mô trình độ, cố PSS/E…………………… 73 3.3 KẾT LUẬN 77 Chương IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG 78 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 78 4.1.1 Tình trạng vận hành hệ thống điện Việt Nam…………………… 78 4.1.2 Quy hoạch phát triển lƣợng giai đoạn 2006-2010-2015……………88 4.2 CÁC TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG KHI CHƢA CÓ TCSC 102 4.3 DÙNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN DƢ ĐỂ LỰA CHỌN ĐIỂM ĐẶT TCSC 105 4.4 CÁC MÔ PHỎNG KHI CÓ TCSC 108 4.4.1 Các giá trị riêng……………………………………………………………… 108 4.4.2 Dao động điện với tín hiệu đầu vào khác nhau……………………………… 109 4.5 KẾT LUẬN 113 Chương V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115 5.1 KẾT LUẬN 115 5.1.1 Nghiên cứu cố………………………………………………………….115 5.1.2 Nghiên cứu TCSC việc nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ……………115 5.2 KIẾN NGHỊ 116 Tài liệu tham khảo 117 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ II-1: Sụp đổ điện áp HTĐ pháp ngày 12/1/1987 17 Hình vẽ II-2: Quá trình sụp đổ điện áp hệ thống 500kV- WSCC -USA- 1996 20 Hình vẽ II-3: Sơ đồ trình tự cố dẫn đến tan rã HTĐ WSCC -USA-10/8/1996 20 Hình vẽ II-4: Tổng công suất truyền tải đƣờng dây California-Oregon [20] 21 Hình vẽ II-5: Công suất tác dụng HTĐ Đan Mạch (vùng Zealand) 24 Hình vẽ II-6: Tần số điện áp HTĐ Đức Hungary trƣớc sau 3h 25 phút 33 giây HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ châu Âu- UCTE 25 Hình vẽ II-7: Tần số HTĐ châu Âu trƣớc sau tan rã [17] 27 Hình vẽ II-8: Tóm tắt nguyên nhân cố tan rã HTĐ 30 Hình vẽ II-9: Cơ chế xảy cố tan rã HTĐ 32 Hình vẽ II-10: Sự phân loại dạng ổn định HTĐ 33 Hình vẽ II-11: Công suất đƣờng dây liên lạc California-Oregon trình sảy cố tan rã lƣới điện ngày 10/8 /1996 [20] 34 Hình vẽ II-12: Hàm truyền đạt 40 Hình vẽ III-1: Mô hình TCSC 49 Hình vẽ III-2: Sự thay đổi điện kháng TCSC với góc mở  51 Hình vẽ III-3: Một TCSC điển hình 52 Hình vẽ III-4: Các nguyên lý vận hành TCSC 53 Hình vẽ III-5: TCSC lắp đặt HTĐ Brazil 56 Hình vẽ III-6: Sơ đồ khối PSS/E 59 Hình vẽ IV-1: Dự báo nhu cầu phụ tải đến năm 2015 79 Hình vẽ IV-2: Giá trị riêng biến trạng thái mùa mƣa 103 Hình vẽ IV-3: Giá trị riêng biến trạng thái mùa khô 104 Hình vẽ IV-4: Điểm đặt TCSC đƣờng dây 500kV lộ đơn EVN2010 107 Hình vẽ IV-5: Các giá trị riêng hệ thống đặt TCSC đƣờng dây Hà Tĩnh - Đà Nẵng 108 Hình vẽ IV-6: Dòng công suất với tín hiệu đầu vào P 110 Hình vẽ IV-7: Dòng công suất với tín hiệu đầu vào I 111 Hình vẽ IV-8: Dòng công suất đƣờng dây Hà Tĩnh - Đà Nẵng với tín hiệu đầu vào P, I 111 Hình vẽ IV-9: Công suất phát nhà máy HÕA BÌNH HÀM THUẬN 112 Hình vẽ IV-10: Góc rotor nhà máy điện Hoà Bình, Hàm Thuận, Phú Mỹ 113 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng III-1: Danh sách TCSC đƣợc lắp đặt 54 Bảng IV-1: Điện tiêu thụ Việt Nam từ 1995 - 2005 78 Bảng IV-2: Gia tăng nhu cầu phụ tải hàng năm từ 1995 - 2005 78 Bảng IV-3: Dự báo nhu cầu phụ tải đến năm 2015 79 Bảng IV-4: Các nhà máy điện có 80 Bảng IV-5: Tổng điện sản xuất giai đoạn 2000 - 2005 82 Bảng IV-6: Tổng nhu cầu điện 83 Bảng IV-7: Tóm tắt đƣờng dây trạm biến áp 84 Bảng IV-8: Điện công suất trạm biến áp 500kV 85 Bảng IV-9: Các cố đƣờng dây 500kV 86 Bảng IV-10: Nhu cầu điện giai đoạn 2006-2010-2020 88 Bảng IV-11: Tổng hợp nhu cầu điện miền 89 Bảng IV-12: Các nhà máy điện đƣợc đƣa vào vận hành đến năm 2015 90 Bảng IV-13: Danh sách đƣờng dây 500kV có đƣợc quy hoạch 98 Bảng IV-14: Danh sách trạm biến áp 500kV có 100 Bảng IV-15: Hệ số phần dƣ HTĐ mùa mƣa 105 Bảng IV-16: Hệ số phần dƣ HTĐ mùa khô 106 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Conseil International des Grands Réseaux Électriques CIGRE or : International Council on Large Electric systems (Hiệp hội hệ thống điện lớn) E.ON Netz EPRI ESM FACTS HTĐ HVDC IEEE MAM MPĐ PMU PSS PSS/E A Transmission System Operator in Germany (Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức) Electric Power Research Institute (Viện nghiên cứu điện lực Mỹ) Energy System Management (Hệ thống quản lý lƣợng) Flexible AC Transmission System (Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) Hệ thống điện High Voltage Direct Current (Đƣờng dây tải điện chiều) Institute of Electrical and Electronics Engineers (Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ) Modifier Arnoldi method (Phƣơng pháp Arnoldi hiệu chỉnh) Máy phát điện Phasor Measurement Unit (Hệ thống đo góc pha) Power System Stabilizer (Bộ ổn định công suất) Power System Simulation Engineering (Mô hệ thống điện) Power Technology Inc PTI (Công ty phần mềm Inc - Mỹ) data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... Chính mà đề tài tập trung nghiên cứu ổn định với nhiễu loạn nhỏ, phƣơng pháp nghiên cứu đặc biệt ứng dụng loại FACTS điển hình TCSC việc nâng cao ổn định nhiễu loạn nhỏ Trong luận văn này, dùng... điển hình giới số năm gần Trong đó, ổn định nhiễu loạn nhỏ nguyên nhân Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến cố này, định nghĩa, nhƣ phƣơng pháp nghiên cứu ổn định nhiễu với loạn nhỏ đƣợc trình bày cụ... dạng ổn định hệ thống điện……………………………………………… 33 2.2 ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ 33 2.2.1 Định nghĩa………………………………………………………………………33 2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ổn định góc rôto với nhiễu loạn