Đánh giá ổn định điện áp lưới điện trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Thị Hải ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Bách Hà Nội – 2014 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA .1 LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 12 1.1 Đặt vấn đề 12 1.2 Tổng quan ổn định điện áp 14 1.2.1 Khái niệm 14 1.2.2 Phân loại ổn định điện áp .14 1.2.3 Hiện tượng ổn định điện áp & sụp đổ điện áp 15 1.2.4 Các biện pháp nâng cao ổn định điện áp hệ thống điện 18 1.2.5 Kết luận nhận xét 20 1.3 Tổng quan phương pháp phân tích ổn định điện áp hệ thống điện .20 1.3.1 Phương pháp phân tích đặc tuyến P-V, Q-V 20 1.3.2 Phương pháp xác định khoảng cách nhỏ dẫn đến ổn định điện áp mặt phẳng công suất .22 1.3.3 Phương pháp phân tích độ nhạy VQ (VQ sensitivity analysis) phân tích trạng thái QV (QV modal analysis) 24 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP QUA ĐẶC TUYẾN PV, QV 28 2.1 Đặc tuyến PV phân tích ổn định điện áp .28 2.1.1 Đường đặc tuyến PV .28 2.1.2 Phân tích ổn định điện áp qua đường đặc tuyến PV 29 2.2 Đặc tuyến QV phân tích ổn định điện áp .34 2.2.1 Đặc tuyến QV 34 2.2.2 Phân tích ổn định điện áp qua đường đặc tuyến QV 34 2.3 Phương pháp xác định giới hạn ổn định điện áp 37 2.3.1 Tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ 37 2.3.2 Ứng dụng tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ để xác định giới hạn ổn định điện áp hệ thống điện 42 2.3.3 Phương pháp trào lưu công suất lặp lại (Repeated power flow) 42 2.3.4 Phương pháp trào lưu công suất liên tục (Continuation power flow) 49 2.4 Các tiêu, hệ số đánh giá ổn định điện áp hệ thống điện 55 2.4.1 Hệ số dự trữ điện áp 55 2.4.2 Hệ số dự trữ công suất tác dụng hệ thống 56 2.4.3 Độ dự trữ công suất phản kháng nút tải .56 2.5 Kết luận nhận xét 58 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/E ĐỂ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV VIỆT NAM THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TUYẾN PV, QV 59 3.1 Giới thiệu chương trình PSS/E 59 3.2 Giới thiệu chức đường cong PV, QV phần mềm PSS/E 59 3.2.1 Ứng dụng đường cong PV, QV đánh giá ổn định điện áp tĩnh 59 3.2.2 Kỹ thuật vẽ đường cong PV, QV phần mềm PSS/E .60 3.3 Sơ đồ hệ thống điện Việt Nam đến năm 2015 60 3.4 Đánh giá ổn định điện áp lưới điện 500kV Việt Nam năm 2015 .64 3.4.1 Đặc tuyến PV nút 64 3.4.2 Đặc tuyến QV nút 68 3.4.3 Kết luận 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, vấn đề trình bày luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tôi, có tham khảo số tài liệu báo tác giả nước xuất Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm sử dụng kết người khác Tác giả Phạm Thị Hải LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực luận văn tốt nghiệp này, nhận giúp đỡ, động viên thầy cô, bạn bè Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành tới PGS.TS Trần Bách, người hướng dẫn nhiều trình thực luận văn Xin cảm ơn thầy cô Bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà nội giúp đỡ, góp ý để hoàn thiện luận văn Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp trao đổi giúp đỡ giải vướng mắc trình thực DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Nội dung HTĐ Hệ thống điện MBA Máy biến áp MF Máy phát CSPK Công suất phản kháng RBF Trào lưu công suất lặp lại CBF Trào lưu công suất liên tục MTTD Ma trận tổng dẫn CSTD Công suất tác dụng ĐD Đường dây NMĐ Nhà máy điện DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Độ dự trữ CSTD Pdt chế độ cắt ĐD 500kV 65 Bảng 3.2 Độ dự trữ CSTD Pdt chế độ cắt tổ máy phát 67 Bảng 3.3 Độ dự trữ công suất phản kháng nút tải 500kV 74 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1 Sự ổn định banh lăn 12 Hình 1.2 Mô hình mạng điện đơn giản .21 Hình1.3 Không gian (V, P, Q) biểu diễn quan hệ đại lượng 22 Hình 1.4 Kỹ thuật xác định khoảng cách nhỏ đến ổn định điện áp 24 Hình 2.1 Đặc tuyến PV 29 Hình 2.2 Đường đặc tuyến PV ứng với hệ cố công suất cos   30 Hình 2.3 Mạng điện đơn giản gồm nút, đường dây truyền tải 31 Hình 2.4 Đường đặc tuyến PV đường dây 0.8 pu 31 Hình 2.5 Đường đặc tuyến PV đường dây 1.2 .32 Hình 2.6 Các đường đặc tuyến PV với PR lớn lúc bình thường 32 Hình 2.7 Các họ đường đặc tuyến PV ứng với hệ số tải khác 33 Hình 2.8 Dạng đường đặc tuyến QV điển hình .34 Hình 2.9 Sơ đồ điện đơn giản vẽ đường cong QV 35 Hình 2.10 Đồ thị quan hệ QV 36 Hình 2.11 Sơ đồ thuật toán phương pháp Newton-Raphson 45 Hình 2.11 Sơ đồ thuật toán phương pháp Newton-Raphson 47 Hình 2.12 Sơ đồ thuật toán tính giới hạn ổn định phương pháp RBF .48 Hình 2.13.Kỹ thuật trào lưu công suất liên tục sử dụng phương pháp dự đoán theo phương tiếp tuyến hiệu chỉnh theo phương pháp tham số hóa cục 51 Hình 2.14 Thuật toán trào lưu công suất liên tục 54 Hình 2.15 Đường cong QV sử dụng biến Q phụ tải thay đổi 58 Hình 3.1 Phân vùng hệ thống điện Việt Nam 62 Hình 3.2 Sơ đồ lưới điện Việt Nam đến năm 2015 63 Bảng 3.1 Độ dự trữ CSTD Pdt chế độ cắt ĐD 500kV 65 Hình 3.3 Đặc tuyễn PV nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa chế độ 65 Hình 3.4 Đặc tuyến PV nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa – 66 chế độ cố ĐD Sơn La-Hiệp Hòa 66 Bảng 3.2 Độ dự trữ CSTD Pdt chế độ cắt tổ máy phát 67 Hình 3.5 Đặc tuyến PV nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa- chế độ cố tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân .67 Hình 3.6 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ sở 68 Hình 3.7 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ sở .69 Hình 3.8 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ sở 69 Hình 3.9 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ cố ĐD Sơn La-Hòa Bình 70 Hình 3.10 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ cố ĐD Sơn La-Hòa Bình 70 Hình 3.11 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ cố ĐD Sơn La-Hòa Bình 71 Hình 3.12 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ cố tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân .71 Hình 3.13 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ cố tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân .72 Hình 3.14 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ cố tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân 72 Bảng 3.3 Độ dự trữ công suất phản kháng nút tải 500kV 74 10 3.4 Đánh giá ổn định điện áp lưới điện 500kV Việt Nam năm 2015 Lưới điện 500kV Việt Nam mô theo phần số liệu lưới điện truyền tải Việt Nam đến năm 2015 Để xây dựng đường đặc tính PV, QV phân tích trào lưu công suất lưới điện 500kV chế độ: Chế độ làm việc (Có đầy đủ phần tử máy phát, đường dây nút thời điểm xét) chế độ cố N-1 Ta xây dựng đặc tính PV, QV lưới điện 500kV thông qua phương pháp phân tích, tính toán trào lưu công suất truyền tải theo kịch trì hệ số công suất tác dụng phản kháng phụ tải theo hệ số cho trước (Maintain the MW/MVAR ratio at each load) 3.4.1 Đặc tuyến PV nút 3.4.1.1 Đặc tuyến PV nút chế độ vận hành Khảo sát chế độ vận hành bản, tổng CSTD nguồn phát/ tổng CSTD phụ tải HTĐ Việt Nam năm 2015 29513MW/28927.3MW Phân tích đặc tuyến PV với chương trình PSS/E cách tăng dần công suất phụ tải đạt đến điểm tới hạn điện áp Ở chế độ Pdt = 2640MW tương ứng với hệ số dự trữ công suất tác dụng chế độ KtdP% = 9.12% Hình 3.3 thể đặc tuyến PV số nút chế độ 64 Hình 3.3 Đặc tuyễn PV nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa chế độ 3.4.1.2 Đặc tuyến PV nút chế độ cố đường dây Bảng 3.1 Độ dự trữ CSTD Pdt chế độ cắt ĐD 500kV Chế độ cắt Độ dự trữ Stt CSTD ĐD 500kV HTĐ Pdt (MW) Hệ số dự trữ CSTD KdtP% Cắt đường dây Sơn La-Hiệp Hòa 2390 8.26 Cắt đường dây Sơn La-Hòa Bình 2360 8.15 Cắt đường dây Hà Tĩnh-Vũng Áng 2530 8.74 Cắt đường dây Đà Nẵng-Dốc Sỏi 2580 8.91 Cắt đường dây Phú Lâm-Nhà Bè 2630 9.09 65 Khảo sát chế độ cố đường dây phương pháp đường cong PV phần mềm PSS/E cho kết độ dự trữ CSTD & hệ số dự trữ CSTD bảng 3.1 Trường hợp cắt đường dây Vũng Áng- Đà Nẵng hệ thống ổn định điện áp Đặc tuyến PV số nút chế độ cố ĐD Sơn La- Hiệp Hòa thể hình 3.4 Hình 3.4 Đặc tuyến PV nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa – chế độ cố ĐD Sơn La-Hiệp Hòa 3.4.1.3 Đặc tuyến PV nút chế độ cố tổ máy phát Độ dự trữ CSTD (Pdt) HTĐ Việt Nam trường hợp cắt tổ máy phát bảng 3.2 & đặc tuyến PV số nút thể hình 3.5 66 Trường hợp cắt tổ máy phát có công suất lớn nhà máy Long Phú, Ô Môn hệ thống điện ổn định điện áp Bảng 3.2 Độ dự trữ CSTD Pdt chế độ cắt tổ máy phát Stt Chế độ cắt tổ máy phát Độ dự trữ CSTD Hệ số dự trữ HTĐ Pdt (MW) CSTD Cắt máy phát H4 NMĐ Hòa Bình 2450 8.46 Cắt máy phát NMĐ Quảng Ninh 2400 8.29 Cắt máy phát NMĐ Vũng Áng 2010 6.94 Cắt máy phát Đồng Nai 2600 8.98 Cắt máy phát 3.1 NMĐ Vĩnh Tân 1612 5.56 Hình 3.5 Đặc tuyến PV nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa- chế độ cố tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân 67 3.4.2 Đặc tuyến QV nút Từ số liệu lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn đến năm 2015 với hỗ trợ phần mềm PSS/E ta vẽ đường đặc tuyến QV trường hợp chế độ vận hành & chế độ cố N-1 (Sự cố phần tử máy phát, cố đường dây) tính toán độ dự trữ CSPK nút bảng 3.3 3.4.2.1 Đặc tuyến QV nút chế độ vận hành Ta có đặc tuyến QV số nút chế độ vận hành thể hình vẽ 3.6, 3.7, 3.8 Hình 3.6 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ sở 68 Hình 3.7 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ sở Hình 3.8 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ sở 69 3.4.2.2 Đặc tuyến QV nút chế độ cố đường dây Xét chế đố cố đường dây Sơn La- Hòa Bình, ta có đặc tuyến QV số nút hình 3.9, 3.10, 3.11 Hình 3.9 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ cố ĐD Sơn La-Hòa Bình Hình 3.10 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ cố ĐD Sơn La-Hòa Bình 70 Hình 3.11 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ cố ĐD Sơn La-Hòa Bình 3.4.2.3 Đặc tuyến QV nút chế độ cố tổ máy phát nhà máy điện Hình 3.12 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ cố tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân 71 Hình 3.13 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ cố tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân Hình 3.14 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ cố tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân 72 3.4.2.4 Độ dự trữ công suất phản kháng nút tải 500kV Mức độ ổn định điện áp nút phụ tải xác định qua khả dự trữ công suất phản kháng mô tả Một nút có mức độ ổn định cao, khả cung cấp công suất phản kháng cho phụ tải lớn, nghĩa độ dự trữ CSPK Qdt lớn Như vậy, độ dự trữ công suất phản kháng tiêu để đánh giá ổn định điện áp nút tải Ta có bảng tổng hợp độ dự trữ công suất phản kháng nút cho chế độ xét bảng 3.3 Từ kết phân tích đặc tuyến QV nút tải 500kV kết tổng hợp bảng 3.1, ta nhận xét nút 500kV Thường Tín, Việt Trì, Sóc Sơn khu vực miền Bắc, nút 500kV Thốt Nốt khu vực miền Nam nút có điện áp thấp HTĐ 500kV Việt Nam chế độ vận hành năm 2015 73 Bảng 3.3 Độ dự trữ công suất phản kháng nút tải 500kV Tên nút Độ dự trữ CSPK Độ dự trữ CSPK Độ dự trữ CSPK cố tổ máy cố đường chế độ sở phát nhà máy dây Sơn La-Hòa Qdt (MVAR) điện Vĩnh Tân Bình Qdt Qdt ( MVar) (MVAR) Thường Tín 2131 1859 1944 Nho Quan 2135 1865 1955 Việt Trì Hà Tĩnh 2126 2747 1858 2368 2005 2641 Đà Nẵng 3136 2668 3115 Pleiku 3812 3334 3804 Phú Lâm 3138 2908 3137 Dốc Sỏi 3140 2915 3138 Di Linh 3222 2833 3215 Tân Định 3250 2863 3219 Thanh Mỹ 3142 2739 3127 Sông Mây 3145 2742 3124 Nhà Bè 3152 2919 3148 Tân Uyên 2869 2526 2825 Cầu Bông Phố Nối 3117 2150 2883 1905 3114 2055 Mỹ Tho 3155 2915 3105 Đức Hòa 3145 2909 3142 Thốt Nốt Sóc Sơn 2743 2259.6 2661 1969 2741 2100 74 3.4.3 Kết luận Trong chương phân tích đặc tuyến PV, QV phần mềm PSS/E lưới điện 500kV Việt Nam với số liệu đến năm 2015 có kết sau: - Lưới điện 500kV Việt Nam vận hành đảm bảo ổn định điện áp chế độ - Các nút có độ dự trữ công suất phản kháng thấp Việt Trì, Sóc Sơn, Thường Tín, Thốt Nốt - Ở chế độ cố độ dự trữ công suất tĩnh & độ dự trữ công suất phản kháng nút giảm so với chế độ Như chế độ cố máy phát điện Vĩnh Tân, Vũng Áng hệ số dự trữ công suất tác dụng giảm xuống thấp, nhiên hệ thống vận hành ổn định Đặc biệt số trường hợp có xảy cố cắt đường dây Vũng Áng - Đà Nẵng, cố cắt tổ máy phát lớn nhà máy điện Long Phú, Ô Môn hệ thống điện Việt Nam bị ổn định điện áp 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Ổn định điện áp vấn đề quan trọng cần quan tâm quy hoạch, thiết kế vận hành hệ thống điện Việt Nam Luận văn trình bày lý thuyết chung ổn định điện áp hệ thống điện, nghiên cứu phương pháp phân tích ổn định điện áp hệ thống điện Sau tìm hiểu thu thập thông số kỹ thuật , số liệu lưới điện Việt Nam, tác giả sử dụng phần mềm PSS/E lựa chọn phương pháp phân tích ổn định điện áp đường cong PV, QV để đánh giá ổn định điện áp lưới điện 500kV Việt Nam giai đoạn 2015 Từ xác định nút yếu ổn định điện áp hệ thống điện độ dự trữ ổn định điện áp chế độ vận hành bình thường cố N-1 Kết tính toán luận văn xem xét, áp dụng vận hành nghiên cứu biện pháp nâng cao ổn định điện áp cho lưới điện 500kV Việt Nam Đồng thời mở rộng đánh giá ổn định điện áp cho lưới điện Việt Nam để từ đưa giải pháp cần thiết khắc phục tình trạng áp, áp cho chế độ vận hành nhằm đảm bảo chất lượng tin cậy & an toàn thệ thống điện 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Công Thương (2010), Thông tư số 12/2010/TT-BCT quy định hệ thống điện truyền tải, Hà Nội [2] Đinh Thành Việt, Ngô Văn Dưỡng, Lê Hữu Hùng (2007), Khảo sát quan hệ công suất tác dụng nút phụ tải để đánh giá giới hạn ổn định điện áp, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng [3] Lã Văn Út (2001), Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, NXB Khoa học kỹ thuật [4] Lê Hữu Hùng, Nghiên cứu ổn định điện áp để ứng dụng hệ thống điện Việt Nam, Luận án tiến sĩ [5] Lê Hải An, Thị Trường Điện, Luận án tiến sĩ [6] Thủ tướng Chính Phủ Nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam (2011), Quyết định 1208/QĐ-TTG Phê duyệt quy hoạch điện 7, Hà Nội [7] Trần Bách, Ổn định hệ thống điện, NXB Khoa học kỹ thuật Tiếng Anh [8] C.W Taylor (1994), Power System Voltage Stability, McGraw-Hill, New York [9] Goran Andersson (2008), Modelling and Analysis of Electric Power Systems, Lecture 227-0526-00, ITET ETH Zurich [10] Hadi Saadat (2002), Power System Analysis, McGraw-Hill, New York [11] Minami, Shouichi and Kawamoto, Shunji, Voltage Stability Analysis by P-V & Q-V Curves Considering Dynamic Load of Power Systems, Japan [12] P Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw Hill, New York [13] Reactive Power Reserve Work Group Technical Studies Subcommittee Western Electricity Coordinating Council (1998), Voltage Stability Criteria, Undervoltage Load Shedding Strategy, And Reactive Power Reserve Monitoring Methodology, Final Report 77 [14] Simens Power Transmission & Distribution, Inc Power Technologies International (2005), User manual PSS/E 30.2 software, Online Documentation [15] Stefan Jonhannson & Fredrik Sjogren (1995), Voltage Collapse in power systems, Licentiate thesis Chalmers University of Technology [16] V.Ajjarapu and C.Christy, The Continutation power flow: A Tool For Steady State Voltage Stability Analysis, McGraw Hill, New York 78 ... rotor, ổn định tần số ổn định điện áp Trong luận văn này, tác giả tập trung trình bày ổn định điện áp hệ thống điện 13 1.2 Tổng quan ổn định điện áp 1.2.1 Khái niệm Có nhiều định nghĩa ổn định điện. .. khác, hệ thống ổn định độ nhạy dV  dương tất nút không ổn dQ định độ nhạy dV  âm nút hệ thống dQ 1.2.3 Hiện tượng ổn định điện áp & sụp đổ điện áp 1.2.3.1 Mất ổn định điện áp Mất ổn định điện áp. .. ổn định điện áp 1.2.5 Kết luận nhận xét Ổn định điện áp đề cập đến khả hệ thống điện giữ điện áp ổn định tất nút sau bị kích động Việc đánh giá tình trạng điện áp lưới điện cần thiết để xác định