Nghiên cứu ứng dụng STATCOM cho lưới điện 500KV việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN VŨ THUẬN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM CHO LƯỚI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HCM, tháng 01 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN VŨ THUẬN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM CHO LƯỚI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN TP HCM, tháng 01 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Trương Đình Nhơn Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 12 tháng năm 2016 Thành phần đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm: PGS.TS Ngô Cao Cường Chủ tịch Hội đồng PGS.TS Quyền Huy Ánh Phản biện TS Võ Công Phương Phản biện PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ Ủy viên TS Phạm Đình Anh Khơi Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VŨ THUẬN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/5/1983 Nơi sinh: TP HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830024 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM CHO LƯỚI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM II- Nhiệm vụ nội dung: - Tìm hiểu thực tế trạng sơ đồ phát triển quy hoạch VII hệ thống điện Việt Nam - Nghiên cứu công nghệ STATCOM, cấu tạo, nguyên lý làm việc vai trò STATCOM - Phân tích tối ưu hóa việc lựa chọn STATCOM để sử dụng cho hệ thống điện 500kV Việt Nam III- Ngày giao nhiệm vụ: 09/8/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/01/2016 V- Cán hướng dẫn: Tiến sĩ Trương Đình Nhơn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ trường Đại học Công nghệ Tp Hồ Chí Minh, phòng Quản lý khoa học đào tạo sau đại học, quý thầy cô, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa học luận văn vày Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, tận tình giảng dạy suốt thời gian qua, đặc biệt tiến sỹ Trương Đình Nhơn trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn bạn khóa hỗ trợ cho kinh nghiệm quý giá, tài liệu liên quan Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 11/01/2016 Nguyễn Vũ Thuận ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam doan dây cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn đuợc cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn đuợc rõ nguồn gốc NGƯỜI THỰC HIỆN LUẬN VĂN Nguyễn Vũ Thuận TÓM TẮT Để nâng cao chất lượng điện áp ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam có nhiều cơng trình nghiên cứu việc ứng dụng thiết bị bù công suất phản kháng Tuy nhiên thiết bị bù chưa đáp ứng đủ yêu cầu phản ứng nhanh nhạy hệ thống có thay đổi đột ngột nhu cầu công suất phản kháng Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS đáp ứng yêu cầu độ phản ứng nhanh nhạy dung lượng bù tối ưu cho hệ thống điện chế độ làm việc Luận văn nghiên cứu vấn đề nhằm đưa vị trí lắp đặt thiết bị STATCOM thích hợp cho lưới 500kV Việt Nam Trong q trình phân tích bỏ qua yếu tố kinh tế trọng vào yếu tố kỹ thuật Quá trình nghiên cứu tính tốn sử dụng sơ đồ hệ thống điện Việt Nam tháng 05 năm 2014 việc tính tốn bù công suất phản kháng tập trung chủ yếu vào khu vực có mật độ tải dày đặc gia tăng đột biến chế độ làm việc khác Các kết tính tốn trào lưu cơng suất hệ thống, phân tích đặc tính P-V, Q-V khảo sát qua phần mềm PSAT ABSTRACT In order to improve the voltage quality and voltage stability in VietNam’s power system, lots of research into the application of reactive voltage compensator have been conducted However, they have not met the requirements for fast reactions when an abrupt change of reactive power demand takes place in the system The FACTS devices can satisfy these requirements as well as the optimal compensating capacity for a power system in any working condition mode The purpose of this dissertation it to study the issues mentioned above and show the appropriate location to install STATCOM in the many 500kV Transmision The analysis is based on technical specifications without taking into account of economic facts In this paper, the graph of VietNam’s power system dated December 2010 is used Also the calculation of reactive voltage compensation mainly focuses on areas with heavy load and probable sudden increase in voltage in different working conditions MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 3.1Đối tượng nghiên cứu .2 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học – ý nghĩa thực tiễn đề tài: 4.1 Ý nghĩa khoa học: 4.2 Ý nghĩa thực tiễn: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Quá trình hình thành phát triển hệ thống điện Việt Nam: .4 1.1.1 Giai đoạn 1954 – 1975: Từ chiến tranh dến thống Ðất nuớc .4 1.1.2 Giai đoạn 1976 – 1994: Khôi phục xây dựng tảng 1.1.3 Giai đoạn 1995 – 2002: Hoàn thiện phát triển 1.1.4 Giai đoạn 2003 – nay: Tái cấu 1.2 Chuỗi giá trị phát điện: 1.2.1 Vùng nhiên liệu .6 1.2.1.1 Nguồn than 1.2.1.2 Nguồn khí thiên nhiên 1.2.1.3 Nguồn thủy điện .8 1.2.2 Quy trình sản xuất Hình 1.1: Tình hình cung cấp điện Hình 1.2: Tổn thất điện qua năm .11 Từ kết trên, ta đề xuất lắp đặt thiết bị STATCOM vị trí nút 14 để khảo sát tính ổn định hệ thống Xây dựng mơ hình 14 nút với thiết bị STATCOM đặt vị trí nhạy cảm vị trí nút 14 Hình 3.2: Mơ sau lắp STATCOM nút 14 Bảng kết sau chạy chương trình phần chương trình PSAT lắp đặt thiết bị STATCOM nút 14 (vị trí có điện áp thấp nhất): Bảng 3.2: Kết mô sau lắp đặt thiết bị STATCOM N ú Kh i Sa chu 0.971 1.002 1.012 1 1 1.012 1.035 1.046 1.036 Từ kết sau mô cho thấy lắp đặt thiết bị STATCOM vị trí yếu hệ thống IEEE-14 bus, cải thiện điện áp hệ thống, giúp cho hệ thống cân khơng vị trí nguy hiểm hệ thống CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ STATCOM CHO LƯỚI ĐIỆN 500 KV TRONG PHẦN MỀM PSAT CHẠY TRÊN MATLAB 4.1 Đặt vấn đề: Trong năm qua để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện ngày gia tăng, Hệ thống diện Việt Nam (HTÐVN) liên tục đuợc mở rộng phát triển qui mô lẫn công nghệ Hệ thống truyền tải điện siêu cao áp 500kV đuợc mở rộng tạo liên kết vững hệ thống điện khu vực Bắc - Trung - Nam Cùng với phát triển nguồn toàn hệ thống, khu vực phía Nam đuợc xây dựng cụm nguồn phát công suất lớn nhu trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ, nhà máy điện Cà Mau Những nguồn phát có ý nghia quan trọng việc đảm bảo cung cấp công suất cho phụ tải khu vực, huy dộng cơng suất cho tồn hệ thống Ðối với hệ thống điện phức tạp, có cụm nguồn phát công suất lớn (như HTÐ Việt Nam nay), vấn đề đảm bảo ổn định sau cố đuợc đặc biệt quan tâm Trong HTÐ này, xảy ổn định động dẫn đến tách cụm nguồn khỏi hệ thống, dễ dàng gây nên tuợng tan rã hệ thống Do để đảm bảo độ tin cậy vận hành cho toàn hệ thống, cần thiết phải có tính tốn, phân tích, đề xuất phuong án vận hành giải pháp xử lý hợp lý nhằm nâng cao khả ổn định động cho tồn hệ thống Luận văn trình bày kết nghiên cứu, tính tốn ảnh huởng cụm nguồn phát cơng suất lớn phía Nam đề xuất giải pháp vận hành cải tạo luới để nâng cao khả ổn định động (ƠÐÐ) cho Hệ thống Việt Nam Qua tìm hiểu q trình hình thành phát triển hệ thống lưới 500kV Việt Nam giúp nắm thông tin nguồn, đường dây, phụ tải, máy biến áp sơ đồ hệ thống điện 500kV giúp hình thành nên số liệu, góp phần quan trọng việc nghiên cứu đề tài Bảng 4.1: Số liệu thông tin nguồn nút lưới 500 KV N TênCô ú nút M ng ôSơ L Quả nNh Qua Hò Bình P 21 31 41 82 02 22 42 52 73 03 13 23 33 53 73 84 24 34 Th Vũn g Than h C Bôn IALY Hiệ pSơ L Đă Nôn Tâ Định Sôn gVĩn Tân 4.2 Tính tốn phân tích chế độ vận hành lưới 500 KV Việt Nam: Ðể đơn giản tính tốn đánh giá ảnh huởng cụm nguồn phát công suất tác giả khảo sát luới truyền tải 500kV luới 220kV Cấu trúc hệ thống đuợc mơ tả sơ đồ sợi như: Hình 4.1 Mơ hình hệ thống lưới 500kV So với cấu trúc thực tế, mơ hình đuợc đơn giản hố, loại bỏ yếu tố không ảnh huởng đến đặc trưng chung QTQÐ 4.2.1 Xây dựng mơ hình hệ thống lưới 500kV Việt Nam: Như đề cập chương việc khảo sát độ nhạy hệ thống điện chương trình PSAT chạy phần mềm MATLAB Trong chương này, tiếp tục xây dựng mô hình cho lưới 500kV Việt Nam để mơ chương trình PSAT để xác định vị trí nguye hiểm hệ thống 500kV, từ đề xuất lắp đặt thiết bị STATCOM góp phần nâng cao khả truyền tải ổn định cho hệ thống điện Việt Nam Mơ phần mềm PSAT để tìm nút yếu hệ thống lưới 500 KV Việt Nam: bước tiến hành sau Bước 1: Xây dựng mơ hình lưới 500kV Bắc – Nam, chương trình PSAT với cơng cụ có sẵn Bước 2: Mơ phần mềm PSAT để tìm nút yếu hệ thống 500KV , việc tăng dãy công suất từ 10% 50 % nút chứa tải 2, 4, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 19, 21, 26, 27, 29, 28, 34, 36, 39, 40, 41, 44 55 để khảo sát độ nhạy hệ thống 54 nút tiêu chuẩn, kết sau mô ghi nhận tải bảng 4.2 đây: so DO Kl:T DAY ca BAN � -H_l:_T_H_O_N_G�U'OI 500 KV vieT�NA_M � HlfpHOII 2xgoQMVA NMNfl Quln11 N1rll 311300MW Thi)yOlfn Son LA 8x400MW ThOy dlltn Hl!wl Blnh 1920MW NhoQu.n 2x�t.NA "" " '" 2x 50 M VA VC11QAng MVA " "" " 3x � W A """ " 4x 11 0M W "" ' " " 2x l !O O W TtnflJnh 311451JMVA A Bảng 4.2: Kết mơ lưới 500 kV chương trình PSAT P P P P P N ú 05 05 05 05 05 05 05 05 05 05 50 50 50 50 50 51 51 51 51 51 50 50 40 40 04 04 94 94 94 95 95 95 85 75 21 05 05 05 05 05 31 51 41 41 41 41 50 94 94 94 84 82 50 94 47 54 34 02 05 95 95 85 75 50 40 40 40 40 42 40 94 94 84 84 52 49 49 94 49 48 73 95 95 95 95 03 05 05 05 05 05 13 50 50 40 40 40 23 04 40 49 49 48 49 94 48 47 46 53 94 49 94 84 74 73 94 94 94 84 48 84 49 49 48 74 46 24 94 49 94 48 48 34 59 94 49 48 84 kết 9sau mô8phỏng ta nhận thấy hệ thống 54 nút xuất vị Từ trí yếu nút 18 (Vũng Áng), 33( Đak Nông) 38 (Vĩnh Tân) với kết ta dễ dàng nhận thấy cần lắp đặt thiết bị STATCOM để ngăn chặn sụp đỗ điện áp giúp cho hệ thống ổn định Trong vị trí nút 18 có điện áp thấp điểm yếu hệ thống lưới 500 KV 4.2.2 Đề xuất sử dụng thiết bị STATCOM lắp đặt cho hệ thống Một tiêu để đánh giá độ tin cậy làm việc hệ thống điện siêu cao áp độ ổn định Chức STATCOM tương tự tụ bù đồng thời gian phản ứng nhanh chóng hiệu Tóm lại, STATCOM cung cấp bù cơng suất phản kháng để giải loạt yêu cầu hệ thống điện điện áp, tần số hệ thống lưới điện 500kV có biến động lớn nguy ổn định Do đó, việc phân tích, nghiên cứu, tối ưu vị trí lắp đặt thiết bị STATCOM góp phần việc nâng cao độ tin cậy làm việc hệ thống điện siêu cao áp Từ kết mô bảng 4.2, ta dễ dàng nhận thấy vị trí 18, 33 38 nút có nguy tiềm ẩn hệ thống lưới 500kV, với công nghệ STATCOM nghiên cứu ứng dụng thực tiễn số nước giới để có sở đánh giá, phân tích vị trí lắp đặt thiết bị STATCOM hệ thống 500KV, luận văn chọn vị trí nguy hiểm để khảo sát phản ứng hệ thống 500 KV sau lắp STATCOM Xây dựng mơ hình hệ thống 500 KV với thiết bị STATCOM đặt vị trí yếu hệ thống vị trí nút 18, 33 38 Bảng kết sau chạy chương trình phần chương PSAT lắp đặt thiết bị STATCOM nút 18 (Vũng Áng), 33( Đak Nông) 38 (Vĩnh Tân): Bảng 4.3: Kết sau mô lắp STATCOM S S S K a a a N h u u u ú i t1 50 4.5 503 512 50 44.5 5 94 94 05 05 750 0 12 51 2.5 13 42.5 5 41 84 94 04 04 82 34 94 75 75 20 050 050 4 5 42 84 94 05 05 52 84 95 05 05 37 050 50 50 050 050 30 13 4 5 23 84 94 14 04 46 59 49 49 35 47 50 59 49 73 84 04 04 94 84 64 95 95 95 42 48 50 50 40 43 48 50 50 49 kết 0sau 9mô cho thấy lắp đặt thiết bị STATCOM Từ vị trí nguy hiểm hệ thống lưới 500kV Việt Nam, cải thiện điện áp hệ thống, giúp cho hệ thống cân khơng vị trí nguy hiểm hệ thống KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 -2020 mở rộng quy mô nguồn, luới phụ tải tiêu thụ số thông số chế độ thay đổi nhiều trình vận hành có khả vuợt khỏi phạm vi cho phép u cầu tính tốn chế độ vận hành giai đoạn 2015 -2020 đề xuất thiết bị công nghệ cao để điều khiển thông số hệ thống đảm bảo cho hệ thống vận hành tốt mục tiêu mà đề tài quan tâm giải Áp dụng kết nghiên cứu, đề tài tính tốn phân tích chế độ làm việc lựa chọn vị trí lắp đặt STATCOM cho hệ thống điện Việt Nam Lắp đặt thiết bị STATCOM nút Vũng Áng góp phần đáng kể việc nâng cao điện áp vận hành hệ thống đồng thời phân bố hợp lý trào lưu công suất đuờng dây yếu hệ thống, giảm tổn thất cơng suất qua góp phần giảm gánh nặng đầu tu xây dựng đuờng dây truyền tải Do số liệu thu thập theo quy hoạch phát triển hệ thống ñiện cho sơ đồ hệ thống điện 2015 -2020 có thay đổi định, kết tính tốn luận văn mang tính chất tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Ganesan A/L Kalianan (2007) Power Flow Analysis for Unbalanced Power System Using MATLAB Bachelor of Electrical Engineering Universiti Teknologi Malaysia, Skudai [2].M A PAI (1980) Computer Technique in Power System Analysis (1 ed.) New Delhi, McGraw-Hill [3] J Grainger and W Stevenson, Power System Analysis, McGraw-Hill, New York, 1994 [4] Hadi Saadat (2004) Power System Analysis (2nd ed.) Singapore, McGrawHill [5].W Hubbi (1991) Effects of Neglecting Resistances in XB and BX LoadFlow Methods IEEE Proceedings-C, Vol.138, N0.5, September 1991 [6] M Moghavemi: “Real-time contingency evaluation and ranking technique”, in IEEE Procedure on Generation, Transmission and Distribution, Vol 145, No 5, September 1998, p 517-524 [7] Musirin, T.K.Abdul Rahman, 2002, “Estimating Maximum Loadability for Weak Bus Identification using FVSI”, IEEE Power Engineering Review, pp 50-52 [8] Ferdrico Milano, “Power system Analysis Toolbox: Quick Reference Manual for PSAT”, version 2.1.6 2008 [9] IEEE/CIGRE Joint Task Force Report “Definition andClassification of Power System Stability”, IEEE Trans On Power Systems, Vol.19, No.2, pp 13871401, May 2004 [10] Jia Hongjie, Yu Xiaodan, Yu Yixin 2005 “An Improved Voltage Stability Index & its Application” Elsevier Ltd [11] Claudia Reis, Antonio Andrade, and F P Maciel Barbosa “Methods for Preventing Voltage Collapse” [12] Lã Văn Út (2001), Phân tích diều khiển ổn dịnh hệ thống diện, Nhà xuất bảnKhoa học Kỹ thuật, Hà Nội [13] Trung tâm Ðiều dộ Quốc gia, Tổng công ty Ðiện lực Việt Nam (2010), Báo cáo tổng hợp vận hành hệ thống diện quốc gia ngày 20/5/2015 [14] Prabha Kundur (1993), Power System Stability and Control, McGrawHill, Inc., New York [15] Static Synchronous Compensator (STATCOM) Courseware Sample by Lab-Volt Ltd [16] Adepoju G A Komolafe O A.” Analysis and Modelling of STATCOM: A Comparison of PowerInjection and Current Injection Models in Power Flow Study” International Journal of Advanced TechnologyVol 36 Nov 2011 [17] Prabha Shankar Kundur, Power System Stability and control, Power System Engineering Series R.R Donnelly and Sons Company ISBN 0-70035958-X [18] MATLAB software- www.mathworks.com/matlabcentral [19] Quyết định 1208/QĐ-TTg ngày 21 tháng năm 2011 Thủ Tướng Chính phủ việt phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 20112020 có xét đến 2030 ... thuật điện MSHV: 1441830024 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM CHO LƯỚI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM II- Nhiệm vụ nội dung: - Tìm hiểu thực tế trạng sơ đồ phát triển quy hoạch VII hệ thống điện Việt. .. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu công nghệ STATCOM, cấu tạo, nguyên lý làm việc vai trò thiết bị STATCOM - Phân tích tối ưu hóa việc lựa chọn STATCOM để sử dụng cho hệ thống điện 500kV Việt Nam Ý... thống điện Việt Nam - Nghiên cứu công nghệ STATCOM, cấu tạo, nguyên lý làm việc vai trò STATCOM - Phân tích tối ưu hóa việc lựa chọn STATCOM để sử dụng cho hệ thống điện 500kV Việt Nam III- Ngày