Nghiên cứu giám sát ổn định hệ thống điện trong thời gian thực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ PHẠM VĂN KIÊN NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG THỜI GIAN THỰC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 62.52.02.02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2019 Đà Nẵng – năm 2016 Cơng trình hồn thành tại: Đại học Đà Nẵng Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Văn Dưỡng GS TS Lê Kim Hùng Phản biện 1: GS TS Lã Văn Út Phản biện 2: PGS TS Võ Ngọc Điều Phản biện 3: PGS TS Quyền Huy Ánh Luận án bảo vệ Hội đồng bảo vệ cấp Đại học Đà Nẵng họp tại: Đại học Đà Nẵng Vào lúc: 14 00, ngày 12 tháng 01 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Việt Nam Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Sự gia tăng liên tục nhu cầu phụ tải điện để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế khiến cho các hệ thống điện (HTĐ) vận hành gần với giới hạn công suất cực đại mất ổn điện áp xảy nhiều Để đảm bảo cho HTĐ vận hành an toàn, quá trình vận hành cần phải tính toán đánh giá mức độ ổn định HTĐ tương ứng với các trạng thái vận hành khác nhằm có giải pháp xử lý kịp thời Đề tài luận án nghiên cứu đề xuất phương pháp đánh giá mức độ ổn định HTĐ theo các yếu tố bất định cho phép giám sát mức độ an toàn HTĐ theo điều kiện ổn định thời gian thực Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu đề xuất phương pháp đơn giản hóa sơ đồ HTĐ từ dạng phức tạp dạng đơn giản phục vụ cho toán đánh giá ổn định HTĐ - Xây dựng thuật toán chương trình tính toán xác định nhanh miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định (GHÔĐ) điện áp mặt phẳng công suất (MPCS) nút phụ tải - Phân tích lựa chọn phương pháp xác định các hàm ngẫu nhiên các thông số vận hành sở số liệu thu thập từ thực tế vận hành thời gian quá khứ - Trên sở xây dựng chương trình giám sát ổn định điện áp mặt phẳng công nút phụ tải theo các yếu tố bất định nguồn, tải cấu trúc lưới - Chương trình lấy liệu từ hệ thống SCADA để tiếp nhận thông tin thông số vận hành HTĐ tạo công cụ cho phép giám sát ổn định điện áp HTĐ theo công suất nút phụ tải thời gian thực Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu - Các phương pháp tính toán phân tích đánh giá ổn định HTĐ - Các yếu tố bất định các nguồn phát phụ tải, xác suất cố các đường dây truyền tải, máy biến áp - Phương pháp đẳng trị sơ đồ theo thuật toán loại trừ Gauss, các phương pháp biến đổi ma trận - Tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU để đánh giá khả ổn định điện áp theo thay đổi công suất nút phụ tải b Phạm vi nghiên cứu Sử dụng tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU phương pháp đẳng trị sơ đồ để tính toán, xây dựng thuật toán xác định đặc tính GHƠĐ nút phụ tải theo điều kiện GHƠĐ điện áp Trên sở tính toán xây dựng chương trình xác định vùng làm việc nguy hiểm cơng suất nút phụ tải theo điều kiện GHÔĐ điện áp Áp dụng xây dựng chương trình giám sát ổn định (GSÔĐ) điện áp các nút phụ tải HTĐ Việt Nam giai đoạn đến năm 2025, có xét đến các yếu tố ngẫu nhiên công suất nút phụ tải Phương pháp nghiên cứu Kết đạt luận văn nằm các nội dung sau đây: - Qua phân tích các phương pháp đánh giá ổn định HTĐ, đề tài lựa chọn sử dụng tiêu chuẩn thực dụng Markovit để tính toán Phương pháp cho phép tính toán xác định nhanh kết phù hợp cho mục đích giám sát HTĐ thời gian thực (Real-time) - Kết hợp thuật toán loại trừ Gauss với phép biến đổi ma trận để xây dựng thuật toán chương trình tính toán đẳng trị sơ đồ HTĐ dạng hình tia gồm các nút nguồn nút phụ tải quan tâm - Sử dụng sơ đồ đẳng trị hình tia tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU để xây dựng thuật toán chương trình vẽ đường đặc tính giới hạn cơng śt nút phụ tải theo điều kiện GHÔĐ điện áp MPCS So sánh kết tính toán với các phần mềm sử dụng để đánh giá độ tin cậy chương trình - Dựa sở số liệu thống kế các thông số vận hành HTĐ thời gian quá khứ, xây dựng các hàm phân bố ngẫu nhiên cho thơng số, từ sử dụng phần mềm SPSS để xây dựng số ngẫu nhiên cho các thông số vận hành HTĐ [1]–[3] - Từ số liệu ngẫu nhiên các thông số vận hành HTĐ, sử dụng thuật toán vẽ đặc tính GHƠĐ nút phụ tải để xây dựng chương trình xác định vùng làm việc nguy hiểm công suất nút phụ tải MPCS - Áp dụng xây dựng chương trình giám sát ổn định điện áp cho HTĐ Việt Nam giai đoạn đến năm 2025 theo các yếu tố bất định công suất các nút phụ tải Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học: Kết đạt luận án mang lại các đóng góp mặt khoa học sau: - Đề xuất phương pháp đẳng trị sơ đồ HTĐ phức tạp dạng hình tia gồm các nút nguồn nút phụ tải quan tâm Phương pháp cho phép áp dụng để tính toán xây dựng các chương trình tính toán ngắn mạch, phân tích ổn định - Đề xuất phương pháp xác định nhanh đặc tính giới hạn công suất nút phụ tải MPCS theo điều kiện GHÔĐ điện áp Phương pháp cho phép xây dựng chương trình giám sát ổn định theo các thơng tin đo lường thời gian thực - Xét đến các yếu tố bất định các thông số vận hành HTĐ, đề xuất phương pháp xác định vùng làm việc nguy hiểm MPCS nút phụ tải theo điều kiện GHÔĐ điện áp Ứng với trạng thái vận hành công suất nút phụ tải vùng làm việc nguy hiểm cho phép đánh giá mức độ an tồn HTĐ Trên sở dễ dàng tìm giải pháp điều chỉnh để nâng cao độ an toàn vận hành cho HTĐ Ý nghĩa thực tiễn: Kết đạt luận án mang lại các đóng góp mặt thực tiễn sau: - Trên sở các phương pháp đề xuất luận án, kết hợp với các thông tin đo lường các thông số vận hành HTĐ từ hệ thống SCADA xây dựng các chương trình giám sát mức độ ổn định HTĐ thực tế Chương trình cho phép đánh giá mức độ ổn định HTĐ theo các chế độ vận hành thời gian thực - Kết hợp chương trình giám sát mức độ ổn định HTĐ với mơ hình mơ phỏng, cách điều khiển các thơng số vận hành cho phép tìm giải pháp điều khiển thông số HTĐ thực tế để nâng cao khả ổn định CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CỦA HTĐ 1.1 Mở đầu 1.2 Các phương pháp tính tốn, phân tích đánh giá ổn định HTĐ 1.2.1 Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn lượng 1.2.2 Đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn Lyapunov 1.2.3 Phương pháp phân tích đường cong PV QV 1.2.4 Phương pháp phân tích độ nhạy VQ (VQ Sensitivity Analysis) phân tích trạng thái QV (QV Modal Analysis) 1.2.5 Phương pháp đánh giá theo số ổn định (Statbility index) a Chỉ số ổn định đường dây Lmn (Line statbility index) b Chỉ số đánh giá nhanh ổn định điện áp FVSI (Fast Voltage Stability Index) c Chỉ số tiệm cận điện áp sụp đổ VCPI (Voltage Collapse Point Indicators) d Chỉ số ổn định đường dây truyền tải LQP (Line Stability Index) e Biên độ ổn định điện áp theo công suất PVSM (Power based Voltage Stability Margin 1.2.6 Các tiêu chuẩn thực dụng Markovits 1.3 Lựa chọn phương pháp sử dụng Mỗi phương pháp tính toán đánh giá ổn định HTĐ có đặc trưng riêng ứng dụng cho trường hợp cụ thể, thích hợp Việc lựa chọn phương pháp tối ưu cho toán phân tích ổn định phụ thuộc chủ yếu vào khả đáp ứng các mục đích nghiên cứu Qua phân tích các phương pháp nhận thấy phương pháp sử dụng tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU Markovits để đánh giá ổn định điện áp nút phụ tải cho phép tính toán, xác định nhanh kết phù hợp cho việc xây dựng các chương trình giám sát ổn định HTĐ thời gian thực, luận án chọn phương pháp để sử dụng 1.4 Kết luận chương Qua phân tích cho thấy phương pháp có ưu, nhược điểm phạm vị sử dụng nhất định Với mục đích xây dựng cơng cụ cho phép đánh giá mức độ ổn định HTĐ thời gian thực (realtime) Luận án sử dụng các tiêu chuẩn thực dụng Markovits để xây dựng miền làm việc cho phép theo điều kiện GHÔĐ điện áp công suất nút phụ tải MPCS (phương pháp MLVOĐ) Trong quá trình vận hành, các thơng số vận hành cấu trúc HTĐ thường thay đổi cách ngẫu nhiên theo chế độ vận hành Để đánh giá mức độ ổn định các HTĐ đúng với điều kiện thực tế vận hành, đề tài kết hợp phương pháp MLVOĐ với các yếu tố bất định các thông tin đầu vào các thông số vận hành cấu trúc HTĐ để xác định vùng làm việc nguy hiểm MPCS Khi cài đặt “Chương trình tính toán xác định vùng làm việc nguy hiểm MPCS” máy tính có kết nối với các thiết bị ngoại vi để cung cấp thông tin các thông số vận hành HTĐ cho phép giám sát ổn định HTĐ thời gian thực Các nội dung trình bày các chương luận án CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MIỀN LÀM VIỆC CHO PHÉP THEO ĐIỀU KIỆN GHÔĐ TRONG MPCS 2.1 Mở đầu Để xác định độ dự trữ ổn định tĩnh, trước tiên phải tìm phương pháp thích hợp để đẳng trị sơ đồ HTĐ có cấu trúc bất kỳ dạng sơ đồ thay hình tia gồm các nút nguồn nút phụ tải cần quan tâm [4] hình 2.1a Trên sở sơ đồ đẳng trị hình tia sử dụng tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU 0.92) hệ thống bị mất ổn định (Bảng 4.5) 4.6 Kết luận chương Kết nghiên cứu chương áp dụng để xây dựng chương trình GSƠĐ cho Hệ thống điện 500kV Việt Nam giai đoạn đến năm 2025 có xét đến các yếu tố bất định Qua phân tích các số liệu quá khứ thu thập công suất phụ tải các TBA 500kV, tìm quy luật phân bố ngẫu nhiên đặc trưng phụ tải theo phân bố chuẩn (Normal Distribution) Trên sở đó, sử dụng phần mềm thống kê SPSS để tính toán, phân tích xây dựng số liệu ngẫu nhiên công suất các nút phụ tải Cập nhật số liệu ngẫu nhiên cho chương trình GSƠĐ cho phép tính toán xác định vùng làm việc nguy hiểm công suất các nút phụ 23 tải cái 220kV các TBA 500kV Chương trình GSƠĐ nhận thông số công suất phụ tải từ các thiết bị ngoại vi cập nhật trực tiếp từ bàn phím máy tính Sử dụng tính cập nhật số liệu từ bàn phím để khảo sát số chế độ vận hành HTĐ Việt Nam, kết sau: - Hầu hết các chế độ làm việc bình thường HTĐ, điểm làm việc cơng śt tất các nút phụ tải nằm vùng an tồn Điều cho thấy qui hoạch phát triển HTĐVN đến năm 2025 đảm bảo độ tin cậy vận hành xét mặt ổn định điện áp nút phụ tải - Trong trường hợp giả định công suất phụ tải tăng cao gần với giới hạn công suất định mức TBA trào lưu công suất các đường dây truyền tải lớn, có số nút điểm làm việc nằm vùng nguy hiểm như: Đà Nẵng, Hà Tĩnh, Dốc Sỏi, Phố Nối, vv (Bảng 4.5) - Với kết đạt đề tài luận án, cộng với các sở liệu thu thập từ các hệ thống SCADA, hồn tồn xây dựng các chương trình giám sát ổn định thời gian thực cho các HTĐ thực tế có xét đến các yếu tố bất định KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Đã đề xuất phương pháp tính tốn đẳng trị sơ đồ GEMAT: đẳng trị sơ đồ HTĐ bất kỳ dạng sơ đồ thay đơn giản Kết tính toán phương pháp đề xuất GEMAT dùng để áp dụng cho toán ngắn mạch, giải tích mạng điện tính toán ổn định - Đã xây dựng chương trình tính tốn xác định miền làm việc cho phép theo điều kiện GHƠĐ tĩnh MPCS: Chương trình cho phép tính toán cho các HTĐ phức tạp lên đến hàng ngàn nút áp dụng tính toán cho HTĐ IEEE 39 nút Qua tính toán đối chiếu với chương trình Conus PowerWorld cho thấy kết tính toán chương trình đảm bảo độ xác cần thiết tốc độ tính toán nhanh, đồng thời kết nối với các thiết bị ngoại vi để trao đổi nhận liệu từ các nguồn sở liệu bên - Đã đề xuất áp dụng số hàm xác suất thống kê đặc trưng để khảo sát, phân tích tạo số liệu ngẫu nhiên phù hợp với thay đổi thông số vận hành HTĐ phụ tải, xác suất cố 24 phần tử, yếu tố bất định nguồn: Từ các tính chất các hàm xác suất thống kê như: Phân phối nhị thức, phân phối Poisson, phân phối chuẩn hàm Weibull, qua phân tích các phần mềm hỗ trợ phân tích tạo số liệu ngẫu nhiên, luận án đề xuất sử dụng phần mềm SPSS hãng IBM để xây dựng số liệu ngẫu nhiên cho công suất các nút phụ tải - Đã xây dựng chương trình tính tốn xác định vùng làm việc nguy hiểm theo điều kiện GHÔĐ điện áp MPCS nút phụ tải: Chương trình cập nhật xử lý số liệu; mô sơ đồ HTĐ; tính toán xác định vùng làm việc nguy hiểm; đánh giá mức độ nguy hiểm ứng với trạng thái vận hành công suất nút phụ tải Ứng với chế độ vận hành, vào vị trí điểm làm việc công suất nút phụ tải nằm trong, hay ngồi vùng nguy hiểm, chương trình tính toán hiển thị mức độ an toàn HTĐ thời gian thực - Đã ứng dụng chương trình tính tốn xác định miền làm việc cho phép theo điều kiện GHÔĐ điện áp MPCS để áp dụng cho HTĐ Việt Nam 500kV giai đoạn đến 2025 có xét đến yếu tố bất định phụ tải Như với kết đạt luận án, cộng với hệ thống các thông tin các sở liệu thu thập từ hệ thống SCADA có các trung tâm điều độ, hồn tồn áp dụng các chương trình giám sát ổn định cho các HTĐ thực tế có xét đến các yếu tố bất định Kiến nghị - Nghiên cứu kết nối chương trình với hệ thống SCADA để lấy các liệu để thực giám sát thời gian thực - Nghiên cứu ứng dụng các mơ hình FACTS để áp dụng xây dựng thêm các công cụ bổ sung cho chương trình - Nghiên cứu thêm số công cụ nâng cao phần mềm IBM SPSS để xây dựng số liệu xác suất cố các phần tử HTĐ trường hợp các số liệu thống kê không đầy đủ - Tối ưu hóa phần lập trình Database để tăng tốc độ xử lý máy tính nhằm tăng tốc độ tính toán nhanh xử lý các lỗi kết nối xảy kết nối liệu với hệ thống SCADA DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ [1] Phạm Văn Kiên, Ngơ Văn Dưỡng, Lê Đình Dương, Huỳnh Văn Kỳ, “Studying and building programme for simplifying electrical network diagram using Gaussian elimination algorithm”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, 6(91)-2015, Trang 21-26 [2] Duong D Le, Kien V Pham, Duong V Ngo, Ky V Huynh, Nhi T A Nguyen, and Alberto Berizzi, “An Enhancement to Cumulant-based Probabilistic Power Flow Methodologies”, In Proceedings of Smart Grid Technologies - Asia (ISGT ASIA), 2015 IEEE Innovative, pp 1-5, Bangkok, Thailand, 3-6 Nov 2015 (ISBN: 978-1-5090-1237-4) [3] Ngô Văn Dưỡng, Phạm Văn Kiên, Lê Đình Dương, “Nghiên cứu chế tạo tạo số liệu ngẫu nhiên để mô giám sát ổn định tĩnh có xét đến các yếu tố bất định”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, Số 5(114).2017, Trang 27-32 [4] Van Duong Ngo, Dinh Duong Le, Kim Hung Le, Van Kien Pham and Alberto Berizzi, “A Methodology for Determining Permissible Operating Region of Power Systems According to Conditions of Static Stability Limit”, Energies 2017, 10, 1163; doi:10.3390/en10081163 (SCI-E) [5] Van Duong Ngo, Van Kien Pham, Dinh Duong Le, Kim Hung Le, Van Ky Huynh, "Assessing Power Systems Stability following Load Changes and Considering Uncertainty", Technology & Applied Science Research, Vol 8, No 2, April 2018 (ISI journal) [6] Phạm Văn Kiên, Ngô Văn Dưỡng, Lê Đình Dương, Lê Kim Hùng, “Nghiên cứu xây dựng chương trình đánh giá ổn định cho hệ thống điện 500kV Việt nam có xét đến các yếu tố bất định phụ tải”, Tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, Số 3(124).2018, Trang 3842 ... Chương Ổn định trình đề xuất (62.9%) Conus Ổn định PowerWorld Ổn định KB 245 205 90 30 100 35 không Ổn định (1.81%) KB 245 215 90 30 100 35 không Mất ổn định Mất ổn Ổn định định Biên giới Ổn định. .. ổn định KB KB 200 225 205 229 125 125 60 60 125 125 60 60 Không không Ổn định Biên giới (10.9%) ổn định Mất ổn Ổn định định Biên giới Ổn định ổn định KB 225 210 125 60 125 60 DZ 78 Mất ổn định. .. Mất ổn định Mất ổn định Mất ổn định KB 225 210 125 60 125 60 DZ 89 Mất ổn định Mất ổn định Mất ổn định KB 225 210 125 60 125 60 DZ 46 Mất ổn định Mất ổn định Mất ổn định 12 Từ các kết