Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh của hệ thống điện dựa trên phương pháp biến thiên thông số

Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .4 VẤN ĐỀ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .4 CẤU TRÚC LUẬN VĂN CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Các khái niệm ổn định tĩnh hệ thống điện 1.2 Hậu cố ổn định yêu cầu đảm bảo ổn định hệ thống điện .9 1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu ổn định tĩnh hệ thống điện 10 1.3.1 Khái niệm cổ điển ổn định tĩnh tiêu chuẩn lượng .10 1.3.2 Định nghĩa ổn định theo Lyapunov .12 1.3.3 Phương pháp đánh giá ổn định theo Lyapunov 15 1.3.3.1 Phương pháp trực tiếp 15 1.3.3.2 Phương pháp xấp xỉ bậc Lyapunov (phương pháp dao động bé) 17 1.4 Các tiêu chuẩn thực dụng đánh giá ổn định hệ thống điện 19 1.4.1 Tiêu chuẩn thực dụng Markovits 19 1.4.2 Một số tiêu chuẩn thực dụng đánh giá ổn định điện áp 20 CHƢƠNG 2: ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN DỰA VÀO PHƢƠNG PHÁP BIẾN THIÊN THÔNG SỐ 21 2.1 Định nghĩa ổn định điện áp 21 2.1.1 Định nghĩa .21 2.1.2 Phân loại .21 2.1.3 Sự ổn định điện áp 22 HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số 2.2 Các cố sụp đổ điện áp 23 2.3 Phƣơng pháp sử dụng đƣờng cong PV/ QV phân tích, đánh giá ổn định hệ thống điện 24 2.3.1 Phương pháp sử dụng đường cong quan hệ công suất tác dụng điện áp (đường cong P-V) 25 2.3.2 Phương pháp sử dụng đường cong quan hệ công suất phản kháng điện áp (đường cong Q-V) 30 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP BIẾN THIÊN THÔNG SỐ ĐỂ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CỦA LƢỚI MẪU 33 3.1 Hiện trạng lƣới New England .33 3.2 Giới thiệu phần mềm MATPOWER 33 3.3 Sử dụng đƣờng cong PV, Q-V đánh giá ổn định nút tải 34 3.3.1 Sử dụng đường cong PV 34 3.3.2 Phân tích đường cong quan hệ công suất phản kháng điện áp (đường cong QV) 37 3.4 Xét trƣờng hợp cố .41 3.4.1 Sự cố đứt nhánh (nút 2-5) 41 3.4.2 Sự cố đứt nhánh (nút 4-5) 42 3.4.3 Sự cố đứt nhánh (nút 4-14) 43 3.4.4 Sự cố đứt nhánh 10 (nút 5-6) 44 3.4.5 Sự cố đứt nhánh 23 (nút 13-14) .45 3.4.6 Sự cố đứt nhánh 29 (nút 16-24) .46 3.4.7 Sự cố đứt nhánh 31 (nút 17-27) .47 3.4.8 Sự cố đứt nhánh 35 (nút 21-22) .48 3.4.9 Sự cố đứt nhánh 38 (nút 23-24) .49 3.4.10 Sự cố máy phát số 50 3.4.11 Sự cố máy phát số 51 3.4.12 Sự cố máy phát số 52 HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số 3.4.13 Sự cố máy phát số 53 3.4.14 Sự cố máy phát số 54 3.4.15 Sự cố máy phát số 55 3.4.16 Sự cố máy phát số 56 3.4.17 Sự cố máy phát số 57 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN TỐI ƢU TÌM GIỚI HẠN TRUYỀN CÔNG SUẤT 60 4.1 Cơ sở toán học thuật toán .60 4.2 Ứng ụng thuật toán t I iền giới hạn c ng suất cho hệ thống điện n t 62 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 A Số liệu lƣới điện New England 69 B Số liệu lƣới điện IEEE nút 71 HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Như biết, điện đóng vai trò then chốt phát triển kinh tế quốc gia Do phát triển kinh tế, tài nguyên thiên nhiên ngày cạn kiệt nhu cầu phụ tải ngày tăng nhanh làm cho cấu trúc lưới hệ thống ngày trở nên rộng lớn phức tạp Do hệ thống điện vận hành cách gần với giới hạn ổn định dẫn đến khả hệ thống điện bị sụp đổ ổn định hệ thống ngày cao Chính vậy, vấn đề nghiên cứu phân tích đánh giá ổn định hệ thống điện vấn đề quan tâm nhà nghiên cứu công ty điện lực Trong luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu ổn định tĩnh hệ thống điện, đặc biệt sử dụng phương pháp đường cong PV/QV tính toán phân tích đánh giá ổn định điện áp nút phụ tải Từ áp dụng tính toán cho lưới IEEE 39 nút IEEE nút MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục tiêu tổng thể luận văn nghiên cứu phương pháp biến thiên thông số (sử dụng đường cong PV, đường cong QV) đánh giá ổn định hệ thống điện Bên cạnh đó, đề tài nghiên cứu cách tiếp cận xác định giới hạn truyền tải công suất nút tải phương pháp tối ưu hóa, sử dụng phần mềm MATPOWER VẤN ĐỀ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Về lý thuyết: Phân tích đánh giá ổn định tĩnh theo phương pháp biến thiên thông số, từ tính toán cho lưới IEEE 39 nút lưới IEEE nút Về thực tế: Xây dựng chương trình tính toán dựa phần mềm MATLAB để kiểm nghiệm minh chứng kết thực làm sở đánh giá khả ứng dụng thực tế hệ thống điện HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số CẤU TRÚC LUẬN VĂN Chƣơng I: Tổng quan ổn định tĩnh hệ thống điện Chƣơng II: Đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa vào phương pháp biến thiên thông số Chƣơng III: Ứng dụng phương pháp biến thiên thông số để đánh giá ổn định lưới mẫu Chƣơng IV: Ứng dụng thuật toán tối ưu tìm giới hạn truyền công suất HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Các khái niệm ổn định tĩnh hệ thống điện Hệ thống điện làm việc với hai chế độ chính, chế độ xác lập chế độ độ Chế độ xác lập chế độ mà thông số hệ thống không thay đổi, biến thiên nhỏ xung quanh giá trị định mức Còn chế độ độ chế độ trung gian chuyển từ chế độ xác lập sang chế độ xác lập khác Với hệ thống điện yêu cầu chế độ độ diễn bình thường, nhanh chóng chuyển sang chế độ xác lập mới, chế độ xác lập chế độ làm việc hệ thống điện Từ khái niệm chế độ hệ thống điện, thấy điều kiện tồn chế độ xác lập gắn liền với điểm cân công suất Bởi thông số hệ thống giữ không đổi Tuy nhiên trạng thái cân điều kiện cần chế độ xác lập Trong thực tế hệ thống điện làm việc phải chịu tác động kích động làm cho thông số lệch khỏi điểm cân Chính điều kiện hệ thống phải đảm bảo tồn chế độ xác lập Khả phụ thuộc vào tính ổn định tĩnh hệ thống Để có khái niệm rõ ổn định tĩnh, ta xét trạng thái cân công suất máy phát Hình 1.1a vẽ hệ thống điện đơn giản, hình 1.1b vẽ đặc tính công suất điện từ máy phát đặc tính công suất tuabin Công suất tuabin coi không đổi, công suất máy phát có dạng: P    Trong đó: EU sin   Pm sin  XH XH  XF  XB  (1-1) XD Tồn hai điểm cân a b ứng với trị số góc lệch  01  02 :  01 = acrsin(PT/Pm);  02 =1800-acrsin(PT/Pm) Tuy nhiên có điểm a điểm ổn định tạo nên chế độ xác lập Thật vây, giả thiết xuất kích động ngẫu nhiên làm lệch góc  khỏi giá trị  01 HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số lượng  >0, sau kích động triệt tiêu Khi theo đặc tính công suất, vị trí công suất hãm điện từ P(  ) lớn công suất PT, máy phát quay chậm lại, góc lệch  giảm trở giá trị  01 Khi  0, sau kích động PT > P(  ), làm góc  tiếp tục tăng lên, xa dần trị số  02 Nếu  Qt điện áp nút tăng lên, QF < Qt điện áp nút U giảm xuống Phân tích tương tự trường hợp công suất tác dụng máy phát, dễ thấy có điểm cân d ổn định Với điểm cân c sau kích động nhỏ ngẫu nhiên điện áp U xa dần trị số U01 nghĩa điểm cân c không ổn định E3 Q E2 Q2 Qt Q3 E1 Q1 U d c QF Qt a) U U01 U02 b) Hình 1.2 a) Sơ đồ hệ thống điện b) Đặc tính công suất phản kháng HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số Người ta thường sử dụng định nghĩa ổn định tĩnh sau hệ thống điện: ổn định tĩnh khả hệ thống, sau kích động nhỏ phục hồi trạng thái cân ban đầu gần với trạng thái ban đầu (trong trường hợp kích động thường xuyên, ngẫu nhiên) Như vậy, ổn định tĩnh điều kiện đủ để chế độ xác lập tồn thực tế 1.2 Hậu cố ổn định yêu cầu đảm bảo ổn định hệ thống điện Khi hệ thống rơi vào trạng thái ổn định kéo theo cố nghiêm trọng có tính chất hệ thống: - Các máy phát làm việc trạng thái không đồng bộ, cần phải cắt ra, lượng công suất lớn - Tần số hệ thống bị thay đổi lớn, ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ - Điện áp giảm thấp, gây tượng sụp đổ điện áp nút phụ tải Hậu kéo theo: - Bảo vệ rơle tác động nhầm cắt thêm nhiều phần tử làm việc - Cắt nối tiếp nguồn (máy phát), phụ tải khu vực lớn, dẫn đến trạng thái tan rã hệ thống Quá trình làm ngừng cung cấp điện thời gian dài cần khôi phục dần lại hoạt động máy phát Do hậu nghiêm trọng cố ổn định, nên thiết kế vận hành hệ thống điện cần phải đảm bảo yêu cầu cao tính ổn định: - Hệ thống cần có ổn định tĩnh tình vận hành bình thường sau cố - Cần có độ dự trữ ổn định tĩnh cần thiết để hệ thống điện làm việc bình thường với biến động thường xuyên thông số chế độ Các yêu cầu điều kiện tối thiểu để trì trình sản xuất truyền tải điện hệ thống điện Ngoài hệ thống cần đảm bảo ổn định động tình thao tác vận hành kích động cố, hàng loạt tiêu mang ý nghĩa chất lượng cần đảm bảo HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số 1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu ổn định tĩnh hệ thống điện Trong phần trên, ổn định tĩnh mô tả tính chất trạng thái cân Trạng thái cân ổn định tĩnh hệ thống có khả trì độ lệch nhỏ thông số tác động kích động ngẫu nhiên, trị số bé 1.3.1 Khái niệm cổ điển ổn định tĩnh tiêu chuẩn lượng Trước hết phải kể đến định nghĩa tiêu chuẩn đánh giá ổn định dựa lý thuyết ổn định cổ điển Hoạt động hệ thống vật lý mô tả trình trao đổi lượng nguồn phát nơi tiêu thụ Chế độ xác lập tương ứng với trình dừng, diễn lượng nguồn phát lượng tiêu thụ cân Thông số trạng thái hệ thống chế độ xác lập hoàn toàn xác định (nếu không xét đến kích động ngẫu nhiên), tương quan cân bị phá vỡ: lượng nguồn làm thay đổi thông số theo hướng lượng tiêu thụ (tải tổn thất) làm thông số thay đổi theo hướng ngược lại Khi có kích động ngẫu nhiên làm lệch thông số diễn biến động lượng nguồn lượng tiêu thụ Khái niệm ổn định cổ điển cho rằng, biến động làm cho lượng nguồn phát lớn lượng tiêu thụ hệ thống không ổn định Đó lượng nguồn lớn lên theo hướng làm lệch thông số, hỗ trợ kích động, làm thông số tiếp tục biến thiên hướng, làm thông số lệch xa dần khỏi trị số ban đầu Trường hợp ngược lại thiếu lượng để trì vị trí mới, hệ thống nhanh chóng trở vị trí cân ban đầu – hệ thống ổn định Về toán học , mô tả điều kiện ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn lượng sau Trạng thái cân hệ thống ổn định nếu: W /  < Trong đó: W  WF  Wt hiệu số gia lượng nguồn tải  số gia thông số trạng thái Xét với khoảng thời gian ngắn, tương quan ứng với số gia công suất, đồng thời biều thức viết dạng vi phân: HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 10 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN TỐI ƢU TÌM GIỚI HẠN TRUYỀN CÔNG SUẤT Trong chương trước ta sử dụng phương pháp biến thiên thông số để xác định giới hạn tăng công suất tác dụng P công suất phản kháng Q theo hướng định để phân tích ổn định điện áp hệ thống điện IEEE 39 nút Trong nội dung chương ta ứng dụng thuật toán tối ưu để tìm giới hạn truyền công suất để phân tích ổn định điện áp hệ thống điện 4.1 Cơ sở toán học thuật toán Bản chất phương pháp đường cong P-V phương pháp đường cong Q-V thay đổi liên tiếp công suất phụ tải nút tải, nhằm tìm điểm tới hạn, hệ phương trình xác lập không hội tụ Nhằm xác định xác giá trị công suất cực đại, công trình nghiên cứu đề xuất thay đổi bước tính tăng tải cách phù hợp [2] Giải thuật phương pháp xây dựng đường cong PV Q-V nói chung giảm bước tính xác định hướng tăng tải khả thi điểm gần hội tụ, nhằm tìm xác điểm mũi Một cách tiếp cận khác để xác định khả truyền tải công suất dựa toán tối ưu hóa trào lưu công suất Giải thuật dựa đề xuất Van Cutsem [6] Nội dung phương pháp sau: Hệ thống điện chế độ xác lập biểu diễn phương trình: ( ) (4.1) Trong đó: X thông số chế độ đặc trưng cho chế độ xác lập hệ thống điện ( ) hệ phương trình cân công suất nút Để áp dụng thuật toán tối ưu vào tìm miền giới hạn công suất để phân tích ổn định hệ thống điện, ta viết lại phương trình chế độ xác lập bao gồm tham số nặng tải λ Phương trình viết lại sau: ( ) (4.2) HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 60 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số Khi đó, (4.3) (4.4) Trong đó: P0, Q0 công suất tác dụng công suất phản kháng trường hợp sở Ở chế độ tới hạn ta cần tìm giá trị lớn f(λ): max f(λ) (4.5) cho: φ(X,λ)= Hàm Lagrange tương ứng với toán có dạng sau: ( ) ( ) (4.6) hay dạng chi tiết hơn: ( ) ∑ Trong đó: nút, theo phương trình (4.3-4.4) ( ) (4.7) biến đặc trưng cho tăng tải Tại điểm tối ưu thỏa mãn điều kiện Karush – Kuhn – Tucker (K-K-T) Lấy đạo hàm hàm Lagrange cho biến ta được: ( ( (  { { ( Từ phương trình (4.8) ⇒ ) ) ) ) (4.11) Kết hợp (4.9) (4.10), ta có: (4.12) Từ (4.12) ta thấy điểm tối ưu toán trùng với điểm giới hạn công suất chế độ xác lập Do (4.1), ( ) hệ phương trình cân công suất nút theo thực chất ma trận Jacobi toán chế độ xác lập Do đó, điểm tối ưu toán (4.5), ma trận Jacobian hệ phương trình phân bố công HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 61 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số suất bị suy biến Như vậy, mặt lý thuyết, phương pháp tìm điểm tới hạn công suất tải cho lời giải với phương pháp đường cong P-V Sự sai khác thực tế xuất bước tính trình giải toán tối ưu hóa trào lưu công suất OPF 4.2 Ứng ụng thuật toán t điểm giới hạn c ng suất cho hệ thống điện I n t Trên sở lý thuyết trình bày phần 4.1, chương trình MATPOWER sử dụng để thử nghiệm giải thuật Trong phần trình bày kết tính toán OPF dựa phần mềm MATPOWER để tìm điểm tới hạn công suất tải Hình 4.1 Sơ đồ lưới IEEE nút Kết so sánh điểm tới hạn khả tải nút số minh họa hình 4.2 4.3 Hình 4.2 thể kết tính toán tăng tải nút 4, phương pháp biến thiên thông số với bước tính 1MW Hình 4.3 thể kết tính toán phương pháp OPF Có thể thấy kết tính toán hai phương pháp tương đương Phương pháp OPF cho điểm cực đại lớn (762.77MW so với 762MW) Tuy nhiên khác biệt cách chọn bước tính phương pháp biến thiên thông số HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 62 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số ================================================================================ | Bus Data | ================================================================================ Bus Voltage Generation Load # Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) - - -1 1.000 0.000* 843.87 868.59 1.000 -34.179 163.00 118.08 1.000 -39.835 85.00 97.20 0.697 -44.208 762.00 108.58 0.754 -48.510 90.00 30.00 0.944 -42.858 0.921 -44.189 100.00 35.00 0.932 -40.456 0.728 -49.129 125.00 50.00 -Total: 1091.87 1083.88 1077.00 223.58 Hình 4.2 Điểm tới hạn công suất nút 4, tính phương pháp tăng trào lưu công suất ================================================================================ | Bus Data | ================================================================================ Bus Voltage Generation Load Lambda($/MVA-hr) # Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) P Q - - - 1.000 0.000* 845.57 904.22 0.100 1.000 -35.627 163.00 123.20 71.553 1.000 -41.322 85.00 102.14 74.274 0.683 -45.467 762.77* 108.69* 87.717 86.200 0.743 -49.989 90.00 30.00 97.321 60.924 0.941 -44.355 74.905 11.906 0.918 -45.688 100.00 35.00 76.120 13.938 0.929 -41.925 73.105 14.065 0.717 -50.636 125.00 50.00 101.559 67.798 -Total: 1093.57 1129.56 1077.77 223.69 Hình 4.3 Điểm tới hạn công suất nút 4, tính phương pháp OPF Tính toán tương tự, ta có kết việc đánh giá khả tải nút 8, thể hình 4.4 đến 4.7 Để so sánh xác hơn, bước HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 63 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số tính phương pháp trào lưu công suất liên tục tính cho hai nút giảm xuống 0.01 MW ================================================================================ | Bus Data | ================================================================================ Bus Voltage Generation Load # Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) - - -1 1.000 0.000* 526.98 405.52 1.000 -47.144 163.00 189.48 1.000 -76.837 85.00 282.89 0.824 -21.606 0.707 -47.270 90.00 30.00 0.836 -80.254 381.93 54.42 0.825 0.887 0.782 -67.722 -53.736 -38.962 Total: -774.98 -877.89 100.00 125.00 -696.93 35.00 50.00 -169.42 Hình 4.4 Điểm tới hạn công suất nút 6, tính phương pháp tăng trào lưu công suất ================================================================================ | Bus Data | ================================================================================ Bus Voltage Generation Load Lambda($/MVA-hr) # Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) P Q - - - 1.000 0.000* 527.83 410.17 0.100 1.000 -47.551 163.00 191.51 63.142 1.000 -77.396 85.00 285.39 97.316 0.822 -21.706 12.155 30.282 0.703 -47.584 90.00 30.00 55.105 51.936 0.834 -80.819 381.95* 54.42* 98.110 13.266 0.823 -68.208 100.00 35.00 81.140 17.955 0.886 -54.152 64.611 12.695 0.779 -39.220 125.00 50.00 41.103 36.028 -Total: 775.83 887.07 696.95 169.42 Hình 4.5 Điểm tới hạn công suất nút 6, tính phương pháp OPF HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 64 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số ================================================================================ | Bus Data | ================================================================================ Bus Voltage Generation Load # Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) - - -1 1.000 0.000* 533.60 417.60 1.000 -70.517 163.00 268.17 1.000 -54.985 85.00 166.36 0.819 -22.033 0.788 -39.933 90.00 30.00 0.904 -58.144 0.835 -72.377 100.00 35.00 0.839 -77.495 398.55 56.79 0.703 -48.020 125.00 50.00 -Total: 781.60 852.13 713.55 171.79 Hình 4.6 Điểm tới hạn công suất nút 6, tính phương pháp tăng trào lưu công suất ================================================================================ | Bus Data | ================================================================================ Bus Voltage Generation Load Lambda($/MVA-hr) # Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) P Q - - - 1.000 0.000* 534.50 423.05 0.100 1.000 -71.124 163.00 270.74 96.323 1.000 -55.486 85.00 168.55 73.017 0.817 -22.149 13.682 33.365 0.785 -40.239 90.00 30.00 46.219 37.583 0.903 -58.650 73.594 10.437 0.833 -72.958 100.00 35.00 90.218 15.548 0.837 -78.115 398.58* 56.79* 98.024 13.869 0.699 -48.389 125.00 50.00 59.185 55.865 -Total: 782.50 862.34 713.58 171.79 Hình 4.7 Điểm tới hạn công suất nút 6, tính phương pháp OPF Qua kết tính với nút cho thấy, phương pháp OPF cho độ xác cao phương pháp dựa việc tăng công suất liên tục Điều giải thích lý chương trình tính PV cần có cải tiến đặc biệt nhằm cải thiện độ HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 65 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số xác gần điểm tới hạn Tuy nhiên, ví dụ cho thấy phương pháp dựa OPF cho phép tìm nhanh xác điểm tới hạn khả tải Một ưu điểm khác phương pháp tìm điểm giới hạn phụ tải dựa OPF lời giải tối ưu, chương trình tính OPF cho biết nhân tử Lagrange ràng buộc (hệ số wi phương trình (4.7)) Ví dụ, hệ số nhân tử Lagrange với ràng buộc điện áp công suất phát trường hợp tăng tải nút thể hình 4.8 Kết hữu ích, cho biết việc thêm khả tải bị giới hạn ràng buộc (wi  0) ================================================================================ | Voltage Constraints | ================================================================================ Bus # Vmin mu Vmin |V| Vmax Vmax mu - - -1 0.600 1.000 1.000 51069.415 0.600 1.000 1.000 18712.789 0.600 1.000 1.000 16101.143 ================================================================================ | Generation Constraints | ================================================================================ Gen Bus Active Power Limits # # Pmin mu Pmin Pg Pmax Pmax mu - - 2 10.00 163.00 163.00 96.223 3 10.00 85.00 85.00 72.917 Hình 4.8 Nhân tử Lagrange điểm tối ưu, tính toán khả tải nút HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 66 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số KẾT LUẬN Luận văn trình bày phương pháp biến thiên thông số (sử dụng đường cong P-V, Q-V) việc đánh giá, phân tích ổn định điện áp Chương trình thực phần mềm MATPOWER để vẽ toàn đường cong P-V, Q-V nút tải, từ tìm nút yếu điện áp hệ thống điện Kết chương trình thực hệ thống điện IEEE 39 nút, thực chương trình vẽ đường cong quan hệ P-V, Q-V nút tải Từ xác định tăng lớn tải Trong khuôn khổ luận văn, phương pháp đường cong P-V xây dựng với giả thiết nút sở đáp ứng phụ tải tăng Để phân tích đường cong P-V có kết thực tế hơn, cần xét kỹ kịch tăng tải, bao gồm vị trí nút tải tỉ lệ máy phát tham gia đáp ứng nhu cầu công suất tác dụng Một cách tiếp cận khác để tìm khả tải nút tải sử dụng công cụ OPF, với mô trình bày chương Kết tính toán cho thấy phương pháp dựa OPF cho phép tìm kết xác tương đương với phương pháp trào lưu công suất liên tục Đồng thời phương pháp cho phép rút ngắn thời gian khối lượng tính toán HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 67 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số TÀI LIỆU THAM KHẢO Venkataramana Ajjarapu, (2007), Computational Techniques for Voltage Stability Assessment and Control P Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw Hill, New York Lã Văn Út, (2001), Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, NXB khoa học kỹ thuật PGS.TS Đinh Thành Việt, PGS.TS Ngô Văn Dưỡng, Lê Hữu Hùng, “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( 2007) R D Zimmerman, C E Murillo-Sanchez, , and R J Thomas, “MATPOWER: Steadystate operations, planning and analysis tools for power systems research and education,” IEEE Transactions on Power Systems, vol 26, no 1, 2011 T Van Cutsem and Costas Vournas (1998) Voltage Stability of Electric Power Systems Springer Link HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 68 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số PHỤ LỤC A Số liệu lƣới điện New England Số liệu lưới điện New England thể qua thông số nút nhánh qua bảng sau: Nút 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Điện áp Độ lớn (pu) Góc (deg) 1,039 -13,537 1,048 -9,785 1,031 -12,276 1,004 -12,627 1,006 -11,192 1,008 -10,408 0,998 -12,756 0,998 -13,336 1,038 -14,178 1,018 -8,171 1,013 -8,937 1,001 -8,999 1,015 -8,930 1,012 -10,715 1,016 -11,345 1,033 -10,033 1,034 -11,116 1,032 -11,986 1,05 -5,410 0,991 -6,821 1,032 -7,629 1,050 -3,183 1,045 -3,381 1,038 -9,914 1,058 -8,369 1,053 -9,439 1,038 -11,362 1,050 -5,928 1,050 -3,170 1,050 -7,370 0,982 0,000 0,984 -0,188 0,997 -0,193 1,012 -1,631 1,049 1,777 1,064 4,468 Máy phát P(MW) Q(MVAr) 250,00 161,76 677,87 221,57 650,00 206,96 632,00 108,29 508,00 166,69 650,00 210,66 560,00 100,16 HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ P(MW) 97,60 322,00 500,00 233,80 522,00 6,50 8,53 320,00 329,00 158,00 680,00 274,00 247,50 308,60 224,00 139,00 281,00 206,00 283,5 9,20 - Tải Q(MVAr) 44,20 2,40 184,00 84,00 176,60 -66,60 88,00 153,00 32,30 30,00 103,00 115,00 84,60 -92,20 47,20 17,00 75,50 27,60 26,90 4,60 - 69 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số 37 38 39 1,028 1,027 1,030 -1,583 3,893 -14,535 Tổng 540,00 830,00 1000,00 6297,87 -1,37 21,73 78,47 1274,94 1104,00 6254,23 Nhánh N t đầu N t cuối R X B 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 1 2 3 4 5 6 10 10 10 12 12 13 14 15 16 16 16 16 17 17 19 19 20 39 25 30 18 14 11 31 39 11 13 32 11 13 14 15 16 17 19 21 24 18 27 20 33 34 0.0035 0.001 0.0013 0.007 0.0013 0.0011 0.0008 0.0008 0.0002 0.0008 0.0006 0.0007 0.0004 0.0023 0.001 0.0004 0.0004 0.0016 0.0016 0.0009 0.0018 0.0009 0.0007 0.0016 0.0008 0.0003 0.0007 0.0013 0.0007 0.0007 0.0009 0.0411 0.025 0.0151 0.0086 0.0181 0.0213 0.0133 0.0128 0.0129 0.0026 0.0112 0.0092 0.0082 0.025 0.0046 0.0363 0.025 0.0043 0.0043 0.02 0.0435 0.0435 0.0101 0.0217 0.0094 0.0089 0.0195 0.0135 0.0059 0.0082 0.0173 0.0138 0.0142 0.018 0.6987 0.75 0.2572 0.146 0.2214 0.2138 0.1342 0.1382 0.0434 0.1476 0.113 0.1389 0.078 0.3804 1.2 0.0729 0.0729 0 0.1723 0.366 0.171 0.1342 0.304 0.2548 0.068 0.1319 0.3216 0 HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 250,00 1387,10 70 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 21 22 22 23 23 25 25 26 26 26 28 29 22 23 35 24 36 26 37 27 28 29 29 38 0.0008 0.0006 0.0022 0.0005 0.0032 0.0006 0.0014 0.0043 0.0057 0.0014 0.0008 0.014 0.0096 0.0143 0.035 0.0272 0.0323 0.0232 0.0147 0.0474 0.0625 0.0151 0.0156 0.2565 0.1846 0.361 0.531 0.2396 0.7802 1.029 0.249 B Số liệu lƣới điện IEEE nút Nút Điện áp Độ lớn (pu) Góc (deg) 1 9,668741 4,771073 0,987007 -2,40664 0,975472 -4,01726 1,003375 1,925602 0,985645 0,621545 0,996185 3,79912 0,957621 -4,34993 Máy phát P(MW) Q(MVAr) 71,9547 24,06896 163 14,46012 85 -3,64903 - Nhánh Nút đầu N t cuối Tải P(MW) Q(MVAr) 90 30 0 100 35 0 125 50 R X B 1 0,0576 0,017 0,092 0,158 0,039 0,17 0,358 0,0586 0,0119 0,1008 0,209 0,0085 0,072 0,149 0,0625 8 0,032 0,161 0,306 9 0,01 0,085 0,176 HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 71 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số C Chƣơng tr nh vẽ đƣờng cong P-V, dựa MATPOWER close all clear all [baseMVA, bus, gen, branch, success, et] = runpf('case39'); [J, Ybus, Yf, Yt] = makeJac(baseMVA, bus, branch, gen); det(J) if det(J)==0 fprintf('he thong khong ton tai CDXL\n') else fprintf('he thong on dinh\n') end %% vong lap P nut clear all mpc = runpf('case39'); PVBUS = 6; swingbus = find(mpc.bus(:,2) == 3); swinggen = find(mpc.gen(:,1) == swingbus); genbus = mpc.gen(:,1); mpc.bus(genbus,12) = mpc.gen(:,6); mpc.gen(:,9) = mpc.gen(:,2); % only swing bus supplies the load mpc.gen(swinggen,9) = 10 * mpc.gen(2,9); mpc.gen(swinggen,4) = 10 * mpc.gen(swinggen,4); cosfi = 0.99; PPVBUS = []; VPVBUS = []; Enforce_Q = 2; % allow enforce Q, set to to ignore % Cho mot may phat nghi % mpc.gen(1,8) = 0; % Cho mot nhanh ngung % mpc.branch(2,11) = 0; pbmin = 100; pbmax = 500; for k=pbmin:1:pbmax % Tang MW % P mpc.bus(PVBUS,3) = k + 0*mpc.bus(PVBUS,3); % Q mpc.bus(PVBUS,4) = k*tan(acos(cosfi)) + 0*mpc.bus(PVBUS,4); % mpc = runpf(mpc); OPT = mpoption('ENFORCE_Q_LIMS',Enforce_Q,'OUT_ALL',1); [baseMVA, bus, gen, branch, success, limited] = runpf(mpc,OPT); [J, Ybus, Yf, Yt] = makeJac(baseMVA, bus, branch, gen); if success==0 disp(['not converge at ' num2str(k)]); break end PPVBUS = [PPVBUS,mpc.bus(PVBUS,3)]; VPVBUS =[VPVBUS,mpc.bus(PVBUS,8)]; end plot(PPVBUS ,VPVBUS,'m-','linewidth',2); HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 72 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số P1max = max(PPVBUS) xlabel('P(MW)') ylabel('V(pu)') grid on hold on D Chƣơng trình tìm giới hạn công suất tải dựa công cụ OPF MATPOWER %% Tim cong suat tai toi da co the cap cho mot nut clear all; close all %% color strings color_str = {'b-o','r-*','m-+','k-o'}; %% Chon luoi dien mpc = loadcase(case9); loadbuses = [8]; % 4071 4072 % mpc = loadcase(case9); mpc = ext2int(mpc); org_order = mpc.order; bn_org = org_order.ext.bus(:,1); mpc = rmfield(mpc,'order'); %% Scale of Q and V set point QFACTOR = 1.05; VSETPOINT = 1.1; %% Nut khao sat busvec = [loadbuses] ; busvec_new = busvec; for ii = 1:numel(busvec) idx = find(bn_org == busvec(ii)); busvec_new(ii) = idx; end; busvec = busvec_new; %% So huong khao sat, theo cos phi FIMAX = 0.99; FIMIN = FIMAX; NP = 1; % So diem do, chia deu tu FIMIN den FIMAX %% fi = linspace(FIMIN,FIMAX,NP); pf PMAX = tan(acos(fi)); % = 200 / pf; % %% Gioi han cong suat cac may phat, chi rieng may slack dap ung tai swingbus = find(mpc.bus(:,2) == 3); swinggen = find(mpc.gen(:,1) == swingbus); mpc.gen(:,9) = mpc.gen(:,2); % mpc.gen(swinggen,9) = 10 * mpc.gen(2,9); mpc.gen(swinggen,4) = 10 * mpc.gen(swinggen,4); mpc.branch(:,6:8) = mpc.branch(:,6:8)*100; % mpc.bus(:,12) = VSETPOINT; % Max voltage HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 73 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số %% Gioi han cong suat phan khang cua may phat % mpc.gen(:,4) = abs(mpc.gen(:,3))*QFACTOR; % QGMAX limit % mpc.gen(:,4) = 60 * QFACTOR; % QGMAX limit %% Gioi han dien ap tai nut may phat khong thay doi genbus = mpc.gen(:,1); mpc.bus(genbus,12) = mpc.bus(genbus,8); %% mopt = mpoption; mopt([6 31 32]) = [1 -1]; % [1 -1] for relatively good info; [1 0] for no info % mopt(11) = 540; vmin = 0.6; relax_pgmax = 0; dat = {}; mpc_org = mpc; %% Npoint = numel(pf); Pres = zeros(Npoint,numel(busvec)); Qres = Pres; Vres = zeros(Npoint,numel(busvec)); opt_ok = zeros(Npoint,1); Ngen = size(mpc_org.gen,1); %% Begin calculation loop idx = 0; tic; kk = 1; for kk = 1:numel(loadbuses) busvec = busvec_new(kk); lcoef = 1; for ii = 1:Npoint mpc = setup_opf_load_v3(mpc_org,busvec,lcoef,pf(ii),PMAX(ii),vmin,relax_pgmax); % mpc.bus(:,12) = VSETPOINT; mpc = runopf(mpc,mopt); % A quick check on mu of Qmax can reveal if the calculation is ok % mpc.gen(:,24) Pres(ii,:) = -mpc.gen(Ngen+1:end,2)'; Qres(ii,:) = -mpc.gen(Ngen+1:end,3)'; Vres(ii,:) = mpc.bus(busvec,8)'; opt_ok(ii) = mpc.success; if opt_ok(ii) idx = idx + 1; dat{idx} = mpc.var; end; end; end; % toc; Pres(find(~opt_ok),:) = []; Qres(find(~opt_ok),:) = []; Vres(find(~opt_ok),:) = []; HVTH: Nguyễn Thị Thắm – Lớp 13BKTĐHTĐ 74 ... 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Các khái niệm ổn định tĩnh hệ thống điện Hệ thống. .. 13BKTĐHTĐ Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số 1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu ổn định tĩnh hệ thống điện Trong phần trên, ổn định tĩnh mô tả tính... 13BKTĐHTĐ 24 Nghiên cứu đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện dựa phương pháp biến thiên thông số Ổn định điện áp hệ thống điện bị tác động P Q, đánh giá ổn định điện áp cách xem xét quan hệ gia tăng