Nghiên cứu ổn tĩnh và ổn định động của lưới điện khu vực viêng chăn

Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu ổn định tĩnh và động của hệ thống điện. Khai thác sử dụng phần mềm CONUS và PSSE để tính toán phân tích ổn định hệ thống điện. Tính toán phân tích ổn định tĩnh, động của Lào

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BOUPHATHA NGHIÊN CỨU ỔN TĨNH VÀ ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC VIÊNG CHĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Hà Nội, 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BOUPHATHA NGHIÊN CỨU ỔN TĨNH VÀ ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC VIÊNG CHĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS Là VĂN ÚT Hà Nội, 2008 Mục LụC Mở đầu Chương 1: Tổng quan phương pháp nghiên cứu ổn định tĩnh ổn định đông hệ thống ®iƯn 1.1 C¸c chÕ ®é hệ thống điện khái niệm ổn định 1.1.1 Chế độ xác lập yêu cầu ổn đinh tĩnh 1.1.2 chế độ độ yêu cầu ổn định động 11 1.2 Các phương pháp tiêu chuẩn nghiên cứu ổn định tĩnh HT 14 1.2.1 Phương pháp đặc tính công suÊt .14 1.2.2 Ph­¬ng ph¸p cđa xÊp xØ bËc nhÊt cđaLyapunov 16 1.3 Các phương pháp nghiên cứu ổn định động 22 1.3.1 Phương pháp tích ph©n sè 22 1.3.2 Phương pháp Euler 25 1.3.3 Phương pháp Runge-Kutta 25 1.3.4 Ph­¬ng ph¸p diƯn tÝch 26 1.4 KÕt luËn ch­¬ng 28 Ch­¬ng 2: Khai thác sử dụng phần mềm CONUS phần mềm để tính toán ổn định hệ thống điện 29 2.1 Chương trình tính toán CĐXL conus 29 2.1.1 C¸c chøc chương trình 29 2.1.2 Một số đặc điểm ứng dụng chương trình tính toán phân tích chế độ xác lập ổn định tĩnh hệ thống điện 29 2.2 Chương trình tính toán phân tính chừ ®é hư thèng ®iƯn pss/e 32 2.2.1 C¸c chøc PSSE .32 2.2.2 Hoạt động PSS/E 32 2.2.3 Mô tả phần tử HTĐ PSS/E 33 2.2.4 Một số đặc điểm sử dụng PSS 44 Ch­¬ng 3: tÝnh toán phân tích ổn địNH lưới đIệN KHU VựC VIêNG CHăN (MIêN TRUNG I) .46 3.1 Các đặc điểm lưới điện khu vực Viêng Chăn .46 3.2 Tính Toán chế độ xác lập lưới khu vực Viêng Chăn năm 2007 48 3.2.1 Sử dụng phần mềm tính to¸n CONUS 48 3.2.2 C¸c néi dung tÝnh to¸n 49 3.2.3 Các kết tính toán 49 3.3 TÝnh toán ổn định tĩnh lưới điện khu vực viêng chăn (HT§) miỊn Trung i) 54 3.3.1 C¸c tiêu mực độ ổn định tĩnh hệ thống vận hành 54 3.3.2 Các nội dung tĩnh toán 54 Ch­¬ng : Tính toán phân tích ổn định động lưới điện khu vưc viêng chăn (miền trung i) 58 4.1 Sư dơng PhÇn mỊm PSS/E tính toán ổn định động 58 4.1.1 Các bước mô động PSS/E 58 4.2 Tính toán phân tích ổn định động lứoi điện khu vực Viêng Chăn (HTĐ miền trung i) 66 4.2.1.Các tính toán phân tích ổn định động lưới điện khu vực Viêng Chăn năm 2007 66 4.2.3 C¸c néi dung tÝnh to¸n 69 4.2.4 C¸c nhËn xÐt 78 kÕt luËn chung 79 Tài liệu tham khảo 80 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Mở đầu Điện dạng lượng sử dụng rộng rÃi phổ biến giới có ưu điểm quan trọng dễ dàng chuyển sang dạng lượng khác Hơn nữa, điện dạng lượng dễ dàng sản xuất, vận hành sử dụng Hệ thống điện (HTĐ) quốc gia ngày phát triển để đáp ứng phát triển lớn mạnh cđa nỊn kinh tÕ x· héi Cïng víi xu thÕ toàn cầu hoá kinh tế, HTĐ đÃ, hình thành mối liên kết khu vực quốc gia, quốc gia khu vực hình thành nên HTĐ hợp có quy mô lớn quy mô công suất lÃnh thổ Sau giải phóng đất nứoc năm 1975, sở ngành điện Lào kém, nước có tổng công suất đặt 43.3 MW miền Trung có nhà mày thủy điện Năm Ngưm với tổng công suất đặt 30 MW nhà máy nhiệt điện chạy dầu 10 MW để cung cấp điện cho thủ đô Viêng Chăn xuất sang Thai Lan.ở miền Nam có nhà máy thủy điện Xê La Băm với công suất đặt 2.04 MW để cung cấp điện cho thành phố Pác Sê Còn miền Bắc có nhà mày thuỷ điện Năm Đông với công suất ®Ỉt 0.9 MW ®Ĩ cung cÊp ®iƯn cho mét sè tỉnh miền Bắc Năm 1975 nước đà sản xuất điện 241triều KWh đáp ứng khoảng 19.000 gia đình Dưới lÃnh đạo Đảng Nhà nước CHĐCN Lào, ngành điện lực đà vững bước phát triển liên tục để phục vụ công nghiêp hoá đại hoá đất nước , năm gần đà xây đựng xong số nhà máy thủy điện Năm Thơn , Hoai Hó, Xê Sết, Hiện xây dựng nhà máy thuỷ điện Năm Thơn2 với tổng công suất đặt 2010 MW xây dựng đường dây 230, 500 KV để liên kết với nước khu vực, đến năm 2020 nước có công suất đặt 7220 MW Học viên: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang LuËn văn thạc sỹ kỹthuật M.1 Lưới điện Khu vực Viêng Chăn yêu cầu tính toán ổn định Thực tế lưới cung cấp điện Viêng Chăn hệ thống điện Miền Trung I Lào HTĐ độc lập với khu vực khác Hệ thống bao gồm trục đường dây 115 KV nối liền trung tâm phụ tải lớn thủ đô Viêng Chăn với nhà máy thủy điện có nhiều tổ máy công suất lớn Ngoài có mạch cung cấp cho Luongphabang Paksan, có mạch liên kết với HTĐ Thái Lan Mang đầy đủ đặc trưng hệ thống phức tạp, lưới điện khu vực Viêng Chăn cho phép khai thác tối đa khả vận hành kinh tế Với phát triển nhanh kinh tế đất nước, HTĐ Lào nói chung đặc biệt khu vực miền Trung I liên tục mở rộng Tuy nhiên, HTĐ lớn phức tạp việc nghiên cứu, quy hoạch, xây dựng vận hành Khi vận hành bình thường HTĐ có kích động nhỏ thường xuyên ngẫu nhiên gây ổn định tĩnh Khi cố hệ thống điện có kích động lớn diễn đột ngột cố ngắn mạch, sét đánh làm cắt đột ngột đường dây khiến cân công suất, ảnh hưởng đến ổn định động toàn hệ thống, gây hậu nặng nề Việc tính toán chế độ hệ thống bắt buộc không đơn giản, đặc biệt chế độ cố với trình độ điện từ, điện phức tạp M.2 Lý chọn đề mục đích nghiên cứu Với phát triền nhảy vọt công suất phụ tải, HTĐ khu vực Viêng Chăn tương lai có liên kết với khu vực khác nước khu vực, điều đòi hỏi phải nghiên cứu sâu sắc tỉ mỉ phương diện ổn định Để nghiên cứu có hiệu đáp ứng yêu cầu mong muốn cần phải sử dụng phương pháp thích hợp, chương trình tính toán đại Vấn đề đánh giá hệ thống có ổn định hay không ổn định trạng thái vận hành định mà vấn đề vịêc xác định giới hạn chế độ vận hành khác nhau, xét khả chịu kích động hệ thống tìm biện pháp hiệu cải thiện tiêu ổn định HTĐ Học viªn: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang Luận văn thạc sỹ kỹthuật Đề tài luận văn đặt không mục đích nêu Hướng nghiên cứu luận văn áp dụng khai thác tối đa phần mềm CONUS phần mềm PSS/E để phân tích ổn định tĩnh ổn định động lưới điện khu vực Viêng Chăn Kết nghiên cứu hướng tới áp dụng tính toán phân tích đặc trưng ổn định tĩnh ổn định động lưới điện khu vực Viêng Chăn (cũng HTĐ miền Trung I Lào) Trong tương lai, HTĐ Lào liên kết thành hệ thống lớn phương pháp nghiên cứu cho phép áp dụng tính toán cho lưới điện nước Một số tính toán phân tích nhằm vào việc đánh giá hiệu phương tiện thiết bị nâng cao ổn định, độ tin cậy, khả vận hành kinh tế cho lưới điện khu vực Viêng Chăn M.3 Nội dung luận văn Với mục tiêu nêu trên, luận văn thực hiƯn theo bè cùc néi dung sau: • Ch­ong 1: Tổng quan phương pháp phân tích ổn định tĩnh ổn định động hệ thống điện ã Chương Khai thác phần mềm CONUS PSS/E để tính toán phân tích ổn định HTĐ ã Chương 3: Tính toán phân tích ổn định tĩnh HTĐ miền Trung I Lào ã Chương 4: Tính toán phân tích ổn định động HTĐ miền Trung I Lào ã Kết luËn chung Häc viªn: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang Luận văn thạc sỹ kỹthuật Học viên: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang LuËn văn thạc sỹ kỹthuật Hiện trạng phân chia khu vực lưới đIện Lào Miền Bắc Miền Trung Miền Trung MiỊn Nam Häc viªn: Phasaphone BOUPHATHA – Cao học 2006- 08 Trang Luận văn thạc sỹ kỹthuật Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo cô giáo môn hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến với thầy giáo GS TS Là Văn út người đà quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng hoàn thành luận văn Đồng thời xin gửi lời cảm ơn anh chị, bạn bè đồng nghiệp đà giúp đỡ tạo điều kiện thời gian tác giả thực luận văn Vì thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu mẻ nên luận văn không khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận nhiều góp ý đồng nghiệp bạn bè Xin chân thành cảm ơn Học viên: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang LuËn văn thạc sỹ kỹthuật Hình 3.2 Sơ đồ bước tính toán không gian trạng thái 4.1.1.5 Phân tích ổn định Kết trình chạy mô cho biết biến thiên thông số hệ thống có cố ổn định động hệ thống đánh giá theo dao động góc lệch máy phát P.M Anderson đà ra: Nếu góc lệch roto (hay góc lệch không đồng bộ) đạt giá trị cực đại giảm dần hệ thống ổn định Nếu góc lệch không đồng tăng vô hạn hệ thống không ổn định có máy đồng Phân tích ổn định động nghiên cứu theo điều kiện: - Thời gian nghiên cứu giây (gồm tất trình) - Góc lệch nghiên cứu góc lệch rôto tương đối - Giới hạn góc lệch 3600 Sau thời gian loại trừ cố, góc lệch tương đối roto tất máy phát giữ không vượt 3600 (tính đến hết thời gian nghiên cứu) hệ thống ổn định, ngược lại hệ thống ổn định 4.2 Tính toán phân tích ổn định động lứoi điện khu vực Viêng Chăn(htđ miền trung i) 4.2.1.Các tính toán phân tích ổn định động lứoi điện khu vực Viêng Chăn năm 2007 Sơ đồ lưới điện khu vực Viêng chăn đến năm 2007 thiết lập cho toán phân tích tính toán ổn định động mô tả hình 3.3 Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 66 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Hình 3.3: Sơ đồ lưới điện khu vực Viêng Chăn năm 2007 Từ sơ đồ cấu trúc lưới số liệu, ta tính toán chế độ xác lập trước cố giả thiết tình cố (xem phân dưới) 4.2.1.1 Chế độ xác lập trứoc cố Bài toán xác lập xây dựng thời điểm hệ thống vận hành với phu tải cực đại (Theo số liệu công ty điện lực Lào), có 10 máy phát nhà máy thủy điện vận hành Tổng số nút xây dựng chương trình tính toán 22 nút Tổng công suất phát 250 MW 122.5 MVAR Tổng công suất phụ tải 235.85 MW Học viên: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang 67 LuËn văn thạc sỹ kỹthuật A Công suất phát số nhà máy Nhà máy điện Công suất max Số máy làm việc P (MW) Q (MVAR) x 30 120 58,8 x 17,5 35 14,7 Nam Leuk x 30 60 29,4 Nam Mang x 30 40 19,6 Nam Ngum B C«ng suất tryền tải trên phân đoạn đường dây 115 kV TT Đờng dây 115 kV Công suất tryền tải P (MW) Q (MVAR) 68,4 16,9 x 64,7 x (-1,5) Nam Ngum → Tha Lat Nam Ngum → Na Xai Thong Nam Ngum → Nam Luek -4,7 8,7 Tha Lat → Phone Sung 42,7 7,9 Phone Sung → Phone Tong 35,9 -4,2 Na Xai Thong → Phone Tong x 37,4 x (-18,5) Na Xai Thong → Kok Sa At 20,4 -7,7 Na Xai Thong → Tha Ngone 17,3 10,7 Phone Tong → Tha Na Leng 15,9 6,7 10 Phone Tong → Thailand x 25,5 x 18,9 11 Tha Na Leng → Kok Sa At -47,5 3,2 12 Nam Mang → Kok Sa At 40 13,7 Häc viªn: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang 68 Luận văn thạc sỹ kỹthuật 4.2.1.2 Các tình cố lứơi 115 kV Các điểm cố đừong dây truỳen tải 115 kV Đựoc tính toán phân tích hình 3.4 Ngoài ra, có xét cố máy biến áp 115 kV trạm 115 kV Năm Ngưm, Phôn Tong, Na Xai Thong, Tha na Leng N5 N1 N2 N3 N2 Hình 3.4: Các tình cố lưới điện 115 kV khu vực Viêng Chăn 4.2.3 Cácnội dung tính toán 4.2.3.1 Tính kiểm tra ổn định thời gian ngắn mach t N = 150 ms Häc viªn: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang 69 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Điểm N1: Sự cố đường dây 2-5 ( Nam Ngum – Na Xai Thong) m¹ch 1, sù cè phÝa nót ( hình3.5) ( hình3.5) Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 70 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Điểm N2: Sự cố đường dây 6-200 ( Phone Tong - ThaiLand), sù cè phÝa nót 6nh­ (hình 3.6) (hình 3.6) Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 71 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Điểm N3: Sự cố đường dây 2-3 ( Nam Ngum – Tha Lat), sù cè phÝa nót Tha Lat (hình3.7) (hình3.7) Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 72 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Điểm N4: Sự cố đường dây 3-4 (Tha Lat - Phone Sung) , sù cè phÝa nót nh­ (hình 3.8) (hình 3.8) Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 73 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Điểm N5: Sự cố đường dây 5- ( Na Xai Tong-Phone Tong) mạch 2, ngắn mạch phía nút (hình 3.9) (hình 3.9) Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 74 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Kết tính toán Điểm N1: Không ổn định Điểm N2: ổn định Điểm N3: Không ổn định Điểm N4: ổn định Điểm N1: Không ổn định Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 75 Luận văn thạc sỹ kỹthuật 3.2.3.1 Tính kiểm tra ổn định tăng thời gian ngắn mạch lên t N = 200m Điểm N2: Sự cố đường dây 6-200 ( Phone Tong - ThaiLand), mạch 1, ngắn mạch phía nút (hình 3.10) (hình 3.10) Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 76 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Điểm N4: Sự cố đường dây 3-4 ( Phone Sung Tha Lat), ngắn mạch phía nút (hình 3.11) (hình 3.11) Học viên: Phasaphone BOUPHATHA Cao học 2006- 08 Trang 77 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Kết tính toán: Điểm N2: ổn định Điểm N4: Không ổn định 4.2.4 Các nhận xét Từ kết tính toán đưa số nhận xét nh­ sau: C¸c tÝnh hng tÝnh to¸n víi thêi gian cố 150 ms xác định số tình ổn định động ( cố điểm N1, N3, N4 N5) Điều cho thấy mức độ ổn định động lưới điên Viêng Chăn chưa đủ cao Các bảo vệ rơ le cần cắt nhanh cố 0,15 sec khó khăn Các tình cố đà tính toán khác, để đảm bảo ổn định đòi hỏi thời gian tồn ngắn mạch tương đối ngắn từ 130 ms đến 180 ms Sự cố đường dây Tha Lat- Phone Sung có thời gian giới hạn đảm bảo ổn định ngắn bới sau cố phân bố công suất bị thay đổi nhiều Đây mạch cần quan tâm nâng giới hạn tương lai phụ tải tăng lên nhiều Häc viªn: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang 78 Luận văn thạc sỹ kỹthuật kết luận chung Hệ thống điện Lào phát triển với tốc ®é hÕt sø nhanh chãng, rÊt nhiÒu vÊn ®Ò kü thuật cân phải qua tâm nghiên cứu sâu sắc có vấn đề tính toán phân tích ổn định Với lưới điện phức tạp để đánh giá tính ổn định hệ thống cần dựa sở lý thuyết chặt chẽ sử dụng công cụ tính toán đại Sử dụng chương trình tính toán tính toán nhiều nội dung khác đặc trưng cho mức độ ổn định hệ thống Các kết bước đầu phân tích ổn định tĩnh ổn định động cho lưới điện Viêng Chăn (HTĐ miền Trung I) đà cho thấy đăc trưng trạng vận hành phương diện ône định Về bản, trạng HTĐ đảm bảo mức độ ổn định cần thiết Tuy nhiên số tình cố cần quan tâm để đảm bảo yêu cầu bao vệ rơle Nếu bảo vệ không tác động đủ nhanh HTĐ bị ổn định Với phát triển nhảy vọt công suất tương lại liên kết HTĐ Lào nước khu vực, chắn cần nghiên cứu tỉ mỉ vấn đề ổn định Cần có biên pháp nâng cao ổn định cho ổn định tĩnh ổn định động Hướng nghiên cứu đề tài: Tính toán phân tích ổn định cho sơ đồ HTĐ Lào giai đoạn phát triển đến năm 2020 Häc viªn: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang 79 Luận văn thạc sỹ kỹthuật Tài liệu tham khảo Là Văn út (2001), Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Là Văn út (1996), Các thiết bị tĩnh có điều khiển ứng dựng hệ thống điện, Hà Nội Là Văn út (2000), Tính toán phân tích độ hệ thống điện, Hà Nội Là Văn út (2000), ngắn mạch hệ thống điện , Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Là Văn út , Bài giảng hướng dẫn sử dụng phần mềm PSSE Trần Bách, ổn định hệ thống điện, Trường ĐHBK Hà Nội Trần Bách, Tối ưu hoá chế độ, Trường ĐHBK Hà Nội S Hadi (1999), “Power System Analisys”, McGraw Hill International Editions, Singapore M H Kent, W R Schumus, F A McCrackin, and L M Wheeler (1996), “Dynamic Modeling of Load in the stability studies”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems Häc viªn: Phasaphone BOUPHATHA – Cao häc 2006- 08 Trang 80 ... giá ổn định tĩnh cho lưới điện khu vực viêng chăn (miền trung I) 3.1 Các đặc điểm lưới điện khu vực Viêng Chăn Căn vào đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực Viêng Chăn, lưới hệ thống khu vực Viêng chăn. .. toán phân tích ổn địNH lưới đIệN KHU VựC VIêNG CHăN (MIªN TRUNG I) .46 3.1 Các đặc điểm lưới điện khu vực Viêng Chăn .46 3.2 Tính Toán chế độ xác lập lưới khu vực Viêng Chăn năm 2007... tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ (trường hợp tự động làm việc tốt) tỏ hiệu cho nghiên cứu ổn định HTĐ Tuy có tiêu chuẩn xác định ổn định, việc nghiên cứu cụ thể ổn định tĩnh ổn định động cho HTĐ