Nghiên cứu sử dụng thiết bị TCPAR để điều khiển trào lưu công suất trên đường dây truyền tải thuộc hệ thống điện Việt Nam

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ MINH THẢO NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ TCPAR ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI THUỘC HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Mã số: 60.52.50 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGÔ VĂN DƯỠNG Phản biện 1: TS TRẦN TẤN VINH Phản biện 2: TS NGUYỄN BÊ Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 10 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, với trình công nghiệp hóa - ñại hóa ñất nước ñể thực mục tiêu lớn dân tộc ngành ñiện phải ñi trước bước Cùng với ñó, hệ thống ñiện Việt Nam liên tục phát triển mở rộng nhằm ñáp ứng nhu cầu tiêu thụ ñiện ngày gia tăng Năm 1994, ñường dây 500 kV ñược ñưa vào vận hành liên kết hệ thống ñiện ba miền Bắc - Trung - Nam nước ta thành hệ thống ñiện hợp Việt Nam Hiện nay, hệ thống ñiện phát triển rộng lớn phạm vi toàn quốc, hình thành nên nhiều mạch vòng lưới truyền tải mạch vòng Phú Mỹ - Nhà Bè - Ô Môn - Phú Lâm - Tân Định - Sông Mây Ngoài ra, nhà máy thủy ñiện lớn phân bố miền có chênh lệch lớn khả phát ñiện, mùa khô với mùa mưa, năm nhiều nước năm nước, có lệch pha mùa miền nên biểu ñồ phát công suất nhà máy ñiện khu vực khác Thêm vào ñó, biểu ñồ phụ tải khu vực khác ngày Đặc biệt, năm gần ñây chịu ảnh hưởng ñiều kiện khí hậu, nước ta ñã phải trải qua ñợt giá rét nắng nóng liên tục khiến phụ tải hệ thống ñiện tăng cao phạm vi rộng Do ñó, trào lưu công suất hệ thống thường xuyên thay ñổi, chiều công suất công suất truyền tải ñường dây liên kết liên tục thay ñổi Vì nên thông số chế ñộ hệ thống thay ñổi theo làm cho ñiện áp rơi vào vùng cho phép Ngoài ra, dòng công suất thay ñổi làm số ñường dây bị tải số khác lại non tải Để khắc phục tình trạng ñó, phải tiến hành thay ñường dây Tuy nhiên, việc khó thực Footer Page of 126 Header Page of 126 chi phí ñầu tư tăng cao, mặt khác việc giải hành lang tuyến khó khăn Vì vậy, người ta sử dụng thiết bị bù dọc kháng bù ngang ñể nâng cao khả truyền tải ñường dây Nhược ñiểm thiết bị loại sử dụng thiết bị ñóng cắt khí, thao tác chậm, khó thay ñổi ñể ñáp ứng với thay ñổi hệ thống Khi phạm vi thay ñổi công suất truyền tải lớn phương pháp bị hạn chế Vào cuối thập niên 80 kỷ trước, ñời phát triển thiết bị ñiện tử công suất lớn, ñiện áp cao, công nghệ FACTS, ñã giúp cho trình ñiều khiển dòng công suất ñường dây truyền tải cách linh hoạt nhanh chóng Hệ thống truyền tải ñiện xoay chiều linh hoạt FACTS kể ñến TCPAR, QBT, UPFC Những thiết bị có cấu tạo ñặc ñiểm ứng dụng khác Trong luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu sử dụng TCPAR ñể ñiều khiển trào lưu công suất ñường dây truyền tải thuộc hệ thống ñiện Việt Nam MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu nguyên lý làm việc, cấu tạo mô hình tính toán thiết bị TCPAR, xây dựng chương trình mô hoạt ñộng TCPAR ñược sử dụng ñể ñiều khiển trào lưu công suất ñường dây Tính toán, lựa chọn vị trí lắp ñặt thiết bị TCPAR ñể ñiều khiển trào lưu công suất ñường dây truyền tải thuộc HTĐ Việt Nam ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU − Cấu tạo công dụng thiết bị FACTS Footer Page of 126 Header Page of 126 − Sự thay ñổi trào lưu công suất ñường dây truyền tải 500 kV thuộc hệ thống ñiện Việt Nam − Cấu tạo, nguyên lý làm việc ứng dụng thiết bị TCPAR vào hệ thống ñiện Việt Nam PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU − Thu thập số liệu hệ thống ñiện Việt Nam quy hoạch phát triển hệ thống ñiện Tổng sơ ñồ − Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc thiết bị TCPAR mô hình tính toán Xây dựng mô hình mô hoạt ñộng TCPAR − Nghiên cứu phần mềm ñể tính toán phân tích trào lưu công suất hệ thống theo chế ñộ vận hành − Tính toán lựa chọn ví trí công suất lắp ñặt TCPAR ñể ñiều khiển trào lưu công suất ñường dây truyền tải thuộc hệ thống ñiện Việt Nam CHỌN TÊN ĐỀ TÀI Căn vào mục ñích, ñối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Đề tài ñược ñặt tên: “Nghiên cứu sử dụng thiết bị TCPAR ñể ñiều khiển trào lưu công suất ñường dây truyền tải thuộc hệ thống ñiện Việt Nam” BỐ CỤC LUẬN VĂN Mở ñầu Chương 1: Tổng quan hệ thống ñiện Việt Nam thiết bị hệ thống truyền tải ñiện xoay chiều linh hoạt FACTS Chương 2: Cơ sở tính toán chế ñộ xác lập hệ thống ñiện phần mềm ứng dụng Chương 3: Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc TCPAR xây dựng chương trình mô hoạt ñộng TCPAR Footer Page of 126 Header Page of 126 Chương 4: Tính toán lựa chọn vị trí lắp ñặt thiết bị TCPAR ñể ñiều khiển trào lưu công suất ñường dây truyền tải thuộc hệ thống ñiện Việt Nam Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU LINH HOẠT FACTS 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1.1 Quá trình hình thành phát triển 1.1.2 Hiện trạng ñịnh hướng phát triển nguồn ñiện Nguồn ñiện HTĐ Việt Nam có cấu ña dạng như: Thủy ñiện (TĐ), nhiệt ñiện (NĐ), tuabin khí (TBK), ñuôi hơi, diesel ñáp ứng nhu cầu ngày tăng cao phụ tải Tính ñến hết năm 2010, tổng công suất lắp ñặt hệ thống ñạt 19.788MW, ñó TĐ chiếm tỷ lệ lớn với 36,36% (6.441MW) Năm 2009 sản lượng ñiện ñạt 87.109 tỷ kWh, ñó: TĐ chiếm 34,4%, NĐ than 14,4% , NĐ chạy khí 0,6%, NĐ dầu 0,3%, TBK chạy khí & dầu diesel chiếm 43%, nhập 4,7% Điện sản xuất tăng từ 31,138 tỷ kWh (năm 2001) lên ñến 87,109 tỷ kWh năm 2009, tốc ñộ tăng bình quân 13,7% Về cấu ñiện sản xuất, tỷ trọng sản lượng TĐ giảm dần từ 58,4 % năm 2001 34,4% năm 2009 Sản lượng tua bin khí, ñặc biệt tua bin khí chạy khí ngày tăng, sản lượng ñiện sản xuất từ khí ñốt tăng từ 8,029 tỷ kWh năm 2001 lên ñến 37,1 tỷ kWh năm 2009 ứng với tỷ trọng tăng từ 25,8% lên 42,7% Sản lượng ñiện mua tăng lên ñáng kể từ 2,7 tỷ kWh năm 2001 lên 26,3 tỷ kWh năm 2009 Theo dự báo Tổng sơ ñồ 7, nhu cầu ñiện năm 2015 theo phương án sở cao 194,3 - 210,8 tỷ kWh Bảng 1.1 khối lượng xây dựng công trình nguồn giai ñoạn 2011 - 2015: Footer Page of 126 Header Page of 126 Bảng 1.1: Công suất nguồn dự kiến vào giai ñoạn 2011 - 2015 Tổng 2011 Năm 2011 2012 2013 2014 2015 4.212 3.228 1.619 6.165 7.666 2015 Công suất (MW) 22.890 Nguồn: Tổng sơ ñồ 1.1.3 Hiện trạng ñịnh hướng phát triển lưới ñiện truyền tải siêu cao áp Tổng chiều dài ñường dây dung lượng MBA cấp 500kV HTĐ Việt Nam ñến năm 2030 theo Tổng sơ ñồ ñưa bảng 1.2 Bảng 1.2: Khối lượng lưới ñiện cấp ñiện áp 500kV Lưới truyền tải Đường dây tải ñiện, km Trạm biến áp, MVA Các giai ñoạn Tổng Hiện có 2011 2015 2016 2020 2021 - 2021 - 2011 - 2021 2025 2030 2020 2030 438 846 499 453 480 12 000 16 200 26 850 27 450 22 800 43 050 50 250 345 933 Nguồn: Tổng sơ ñồ 1.2 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU LINH HOẠT FACTS 1.2.1 Mở ñầu 1.2.2 Các giải pháp kỹ thuật thiết bị ñiều khiển công suất 1.2.3 Nguyên lý làm việc thiết bị ñiều khiển công suất 1.2.4 Tính chất hiệu việc sử dụng thiết bị FACTS Tính chất việc sử dụng thiết bị FACTS hệ thống truyền tải ñiện: Footer Page of 126 Header Page of 126 − Thiết bị bù nối tiếp có khả ñiều khiển dòng công suất dập tắt dao ñộng tốt so với thiết bị bù song song − Thiết bị bù nối tiếp ñiều khiển ñiện áp ∆Unt ñường dây, thiết bị bù song song ñiều khiển ñiện áp nút ñấu nối ñiện áp nút lân cận theo yêu cầu − Thiết bị ñiều khiển kết hợp nối tiếp song song phối hợp tối ưu cho việc ñiều khiển dòng công suất truyền tải ñiều chỉnh ñiện áp ñường dây − Thiết bị bù nối tiếp ñường dây có công suất nhỏ nhiều so với thiết bị khác nên cần có thiết bị bảo vệ Hiệu việc sử dụng thiết bị FACTS hệ thống truyền tải ñiện: − Điều khiển công suất theo yêu cầu tăng khả tải ñường dây ñến gần giới hạn nhiệt − Tạo linh hoạt việc lựa chọn ñịa ñiểm ñể xây dựng nhà máy ñiện giảm chi phí giải phóng mặt bằng, xây dựng ñường dây − Tăng ñộ an toàn tin cậy cho hệ thống, giảm tổn thất ñường dây truyền tải 1.4 KẾT LUẬN: Hệ thống tải ñiện 500kV liên tục phát triển mở rộng ñể ñảm bảo phát triển hài hoà HTĐ, ñảm bảo tính ñồng phát triển nguồn khả truyền tải ñiện tới trung tâm phụ tải cách tin cậy, hiệu Ngày nay, có nhiều thiết bị FACTS ñời với nhiều chủng loại ñược sử dụng phổ biển giới Việc lựa chọn thiết bị phụ thuộc vào mục ñích ñiều khiển, trạng liên kết lưới ñiện Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 10 chi phí ñầu tư xây dựng, lắp ñặt lợi ích kinh tế mà thiết bị FACTS mang lại Vì vậy, cần nghiên cứu hiệu việc sử dụng thiết bị FACTS từ ñó ứng dụng vào hệ thống truyền tải ñiện nhằm ñảm bảm cung cấp ñiện cách tin cậy Trong khuôn khổ luận văn cao học tác giả nghiên cứu sử dụng thiết bị ñiều khiển góc pha Thyristor TCPAR ñể ñiều khiển trào lưu công suất ñường dây truyền tải ñiện thuộc HTĐ Việt Nam Tổng sơ ñồ CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 2.1 MỞ ĐẦU 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIẢI TÍCH MẠNG ĐIỆN 2.2.1 Phương pháp lặp Gauss - Seidel 2.2.2 Phương pháp lặp Newton - Raphson 2.3 GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 2.3.1 Phần mềm PSS/E (Power system simulation/engineer) 2.3.2 Phần mềm POWERWORLD SIMULATOR 2.3.3 Phần mềm CONUS 2.3.4 Phần mềm PSS/ADEPT 2.3.5 Phân tích lựa chọn chương trình tính toán Phần mềm PSS/E phần mềm mô HTĐ máy tính nhằm mục ñích tính toán, nghiên cứu phục vụ vận hành quy hoạch HTĐ Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 12 Mỗi phần mềm ñều có ưu nhược ñiểm phạm vi ứng dụng khác PSS/E có nhiều chức mô hệ thống, tính toán trào lưu công suất, tính toán ngắn mạch phần mềm mạnh CONUS dùng ñể tính toán trào lưu công suất ñánh giá ổn ñịnh hệ thống POWERWORLD SIMULATOR phù hợp cho việc xây dựng hệ thống mô vận hành HTĐ thích hợp cho công tác ñào tạo PSS/ADEPT thích hợp cho việc sử dụng tính toán cho lưới phân phối Trong ñề tài này, tác giả lựa chọn sử dụng phần mềm PSS/E làm chương tình tính toán trào lưu công suất hệ thống ưu ñiểm Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 13 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC TCPAR VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA TCPAR 3.1 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC THIẾT BỊ TCPAR 3.1.1 Cấu tạo TCPAR ET BT + Vdc AC AC Control Hình 3.1: Mô hình TCPAR Gồm nhánh: − Nhánh song song thông qua MBA ET (MBA ñiều chỉnh) − Nhánh nối tiếp ñường dây thông qua MBA BT (MBA bổ trợ) Hai nhánh ñược nối với thông qua chuyển ñổi gồm nghịch lưu áp ñối lưng (back to back) 3.1.2 Nguyên lý hoạt ñộng MBA ET lấy lượng từ hệ thống cung cấp cho chuyển ñổi thông qua MBA BT ñể áp ñặt lên ñường dây ñiện áp nối tiếp ñường dây Hệ thống ñiều khiển chuyển ñổi ñể thiết lập ñiện áp pha Footer Page 13 of 126 cho thay ñổi góc Header Page 14 of 126 14 3.1.3 Mô hình tính toán TCPAR [9] Giả thiết thiết bị TCPAR lắp ñặt hai nút i j, sơ ñồ thay TCPAR hình 3.3 bus j bus i Pitcpar + jQitcpar Pjtcpar + jQjtcpar Hình 3.3: Mô hình tính toán thiết bị TCPAR Với ñiện kháng của cuộn dây MBA BT Trong ñó: Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 15 3.2 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VẬN HÀNH THIẾT BỊ TCPAR 3.2.1 Sơ ñồ HTĐ nghiên cứu Trên sở nghiên cứu nguyên lý làm việc mô hình tính toán mục 3.1, tác giả xây dựng chương trình mô hoạt ñộng thiết bị TCPAR HTĐ ñơn giản Thông số hệ thống sau: Thông số ñường dây: X0= 0,282 Ω/Km; R0= 0,028 Ω/Km; B0= 4,175 µS/Km NMĐ1 làm việc chế ñộ ñiều tần (nút cân bằng) NMĐ2 phát công suất cố ñịnh P = 300 MW (nút PV) Giả thiết công suất NMĐ1 vô lớn, NMĐ2 có: P2max = 900 MW; Q2min = – 400 MVar, Q2max = 640 MVAr Tại góp có ñặt kháng bù ngang có công suất Q3 = 200 MVAr Chiều dài ñường dây là: l13 = 300 km, l14 = 250 km, l23 = 200 km, l34 = 350 km MVA Công suất phụ tải nút U1 = 500 kV U3 = kV U2 = 500 kV NMÐ2 NMÐ1 P2 = 300 MW Q3 = 200 MVAr U4 = TCPAR kV 700 + 250i Hình 3.4: Sơ ñồ HTĐ có lắp ñặt thiết bị TCPAR Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 16 3.2.2 Các bước xây dựng chương trình mô HTĐ 3.2.3 Sơ ñồ thuật toán chương trình mô HTĐ 3.2.4 Sơ ñồ thuật toán mô hoạt ñộng thiết bị TCPAR lắp ñặt HTĐ Bắt ñầu Vẽ sơ ñồ HTĐ Nhập số liệu hệ thống V4=500kV;V5=500kV, δ4=0; δ5=0 Chọn giá trị φ Tính cập nhật Pitcpar , Qitcpar, Pjtcpar, Qjtcpar vào file số liệu Tính chế ñộ xác lập CĐXL.exe S |δ’ - δ|