Khảo sát ổn định điện áp trên lưới truyền tải khi có sự tham gia máy phát điện gió

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -NGUYỄN THỤY MAI KHANH KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI KHI CÓ SỰ THAM GIA MÁY PHÁT GIÓ Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số: 605250 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2014 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Phan Thị Thanh Bình……………… Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 23 tháng 07 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên: Nguyễn Thụy Mai Khanh MSHV: 12180108 Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 07 – 1987 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành : Thiết Bị, Mạng Nhà Máy Điện Mã số: 605250 I TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI KHI CÓ SỰ THAM GIA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu phương pháp đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống lưới truyền tải kết nối máy phát điện gió Xác định vị trí đặt máy phát điện gió vào hệ thống lưới điện Xác định mức độ xâm nhập máy phát điện gió vào hệ thống lưới điện So sánh mức độ ổn định điện áp máy phát điện gió với máy phát điện khác kết nối vào lưới điện truyền tải III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10 – 02 – 2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20 – 06 – 2014 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS PHAN THỊ THANH BÌNH Tp HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc PGS.TS Phan Thị Thanh Bình, người Cơ tận tình hướng dẫn em suốt q trình nghiên cứu để hồn thành luận văn Với kiến thức có ngày hơm nay, kết q trình học tập rèn luyện lâu dài; tất công ơn tất quý Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đem đến hành trang kiến thức cho vào đời Đặc biệt, xin chân thành biết ơn tới Thầy Cô Bộ môn Hệ Thống Điện tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho nhiều trình học tập, thời gian làm luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc – Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện lực Tp HCM tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập thực luận văn Xin cảm ơn Anh, Chị, bạn bè, đồng nghiệp Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện lực Tp HCM tạo điều kiện chia sẻ công việc cho suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè động viên, tạo cho niềm tin nỗ lực để cố gắng hồn thành luận văn TĨM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tìm hiểu phương pháp đánh giá ổn định điện áp đưa kết luận phương pháp phân tích modal có nhiều ưu điểm việc đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống kết nối nguồn điện gió Dựa phương pháp phân tích modal tác giả xây dựng thành cơng chương trình đánh giá ổn định điện áp phần mền matlab nhằm mục đích sau: + Xác định vị trí kết nối máy phát điện gió vào lưới điện truyền tải để mức độ tăng tải tối đa mà hệ thống giữ ổn định điện áp + Xác định mức độ xâm nhập cơng suất tác dụng gió Pgió cơng suất phản kháng gió Qgió nút hệ thống lưới điện giữ mức ổn định điện áp + So sánh mức độ ổn định điện áp nguồn lựơng gió so với nguồn lượng khác (thủy điện nhiệt điện) + So sánh mức tăng tải tối đa hệ thống lưới truyền tải kết nối nguồn gió so với kết nối nguồn lượng khác (thủy điện nhiệt điện) đảm bảo giữ mức ổn định điện áp Luận văn đưa khảo sát hữu hiệu cho toán thiết kế hệ thống điện có tham gia máy phát điện gió THESIS SUMMARY This thesis proposes the methods of voltage stability assessment and concluded modal analysis method has several advantages in the assessment of voltage stability for systems connected wind Based on the modal analysis method, authors build successful programs voltage stability assessment using matlab software for the purpose of later: + Locate wind generators connected to the transmission grid to increase the level of the maximum load that the system remains stable voltage + Determining the impact of penetration wind power at the nodes in the grid system remained stable voltage + Compare the voltage stability of wind energy compared to other energy sources such as (hydroelectricity and thermoelectric) + Comparison of the maximum load increases the transmission grid connected wind power than connecting other sources of energy such as (hydroelectricity thermoelectric) is guaranteed to keep the voltage stable Thesis has taken the survey is very effective for problems when designing electrical systems with the participation wind generators LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân tôi, thực hướng dẫn khoa học PGS TS Phan Thị Thanh Bình Những kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố hình thức Các tài liệu tham khảo trích dẫn nguồn gốc rõ rang Tơi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng kết luận văn TP.Hồ Chí Minh , tháng năm 2014 Người thực Nguyễn Thụy Mai Khanh MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài 13 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích đối tượng nghiên cứu .14 2.2 Phạm vi nghiên cứu .14 Bố cục đề tài 15 Những đóng góp đề tài 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 17 1.1 Khái quát chung 17 1.2 Các vấn đề ổn định điện áp hệ thống kết nối máy phát điện gió .18 1.2.1 Định nghĩa 18 1.2.2 Phân loại .19 1.2.3 Các yếu tố dẫn tới sụp đổ điện áp 19 1.2.4 Các đặc điểm chung tượng sụp đổ điện áp 21 1.3 Ảnh hưởng máy phát điện gió lên hệ thống điện 22 1.3.1 Các ảnh hưởng cục 23 1.3.2 Ảnh hưởng lên hệ thống lớn 24 1.4 Kết luận chương .25 CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT KHI KẾT NỐI CÁNH ĐỒNG GIĨ 26 2.1 Các vấn đề liên quan đến tốn phân bố cơng suất .26 2.1.1 Mục đích .26 2.1.2 Mơ hình cánh đồng gió: 26 2.1.2.1 WTGU có tốc độ cố định (máy phát gió điển hình SCIG) .27 2.1.2.2 WTGU tốc độ thay đổi (máy phát điển hình DFIG) 28 2.1.2.3 Mơ hình tốn học máy phát điện gió DFIG 30 2.1.3 Kết hợp mơ hình DFIG mơ hình lưới địện 30 2.2 Bài tốn phân bố cơng suất kết nối cánh đồng gió .31 2.2.1 Phân bố cơng suất máy phát gió tốc độ thay đổi 32 2.2.1.1 Xác định điều kiện đầu 33 2.2.1.2 Thực đổi đơn vị 34 2.3 Sơ đồ giải thuật 36 2.4 Kết luận chương .37 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 38 3.1 Mục đích toán ổn định điện áp hệ thống kết nối máy phát gió .38 3.2 Một số giải pháp đánh giá ổn định điện áp hệ thống kết nối gió 39 3.2.1 Phân tích động 40 3.2.2 Phân tích tĩnh 40 3.2.2.1 Phương pháp phân tích độ nhạy V-Q .40 3.2.2.2 Phương pháp phân tích modal Q-V 45 3.3 Nhận xét phương pháp đánh giá ổn định điện áp 53 3.3.1 Phương pháp giá dựa phân tích độ nhạy V-Q .53 3.3.2 Phương pháp giá dựa phân tích modal 53 3.4 Xác định giới hạn ổn định điện áp 54 3.5 Xác định vị trí mức độ xâm nhập cơng suất máy phát gió .50 3.5.1 Thêm nguồn lượng gió vào hệ thống 59 3.5.1.1 Xác định vị trí kết nối gió .59 3.5.1.2 Xác định mức độ xâm nhập máy phát gió 60 3.5.2 Nguồn máy phát (thủy điện nhiệt điện) thay nguồn lựơng gió 61 3.5.2.1 Mức độ ổn định điện áp thay nguồn gió 62 3.5.2.2 Mức độ tăng tải thay nguồn gió .62 3.6 Kết luận chương .62 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP MẠNG ĐIỆN KẾT NỐI MÁY PHÁT GIÓ 64 4.1 Áp dụng phương pháp phân tích ổn định điện áp cho mạng điện truyền tải kết nối máy phát gió 64 4.2 Máy Phát Gió xem nguồn phát thêm vào lưới truyền tải 65 4.2.1 Trường hợp 0: Hệ thống khơng kết nối gió 66 4.2.2 Xác định vị trí đặt máy phát gió 67 4.2.2.1 Trường hợp 1:Cánh đồng gió kết nối với hệ thống tai nút 12 67 4.2.2.2 Trường hợp Cánh đồng gió kết nối với hệ thống tai nút 10 69 4.2.2.3 Trường hợp Cánh đồng gió kết nối với hệ thống tai nút 72 4.2.2.4 Kết luận 74 4.2.3 Mức độ xâm nhập gió vào hệ thống lưới truyền tải .74 4.2.3.1 Tăng công suất gió 74 A Trường hợp 4: Cánh đồng gió kết nối nút 12 74 B Trường hợp 5: Cánh đồng gió kết nối nút 10 68 C Trường hợp 6: Cánh đồng gió kết nối nút .70 4.2.3.2 Thay đổi hệ số cos  gió 79 A Trường hợp 7: Cánh đồng gió kết nối nút 12 72 B Trường hợp 8: Cánh đồng gió kết nối nút 10 73 C Trường hợp 9: Cánh đồng gió kết nối nút .74 4.3 Máy Phát Gió thay cho máy phát hữu lưới truyền tải 83 4.3.1 Trường hợp 10 Máy phát gió thay cho máy phát nút 83 4.3.2 Trường hợp 11 Máy phát gió thay cho máy phát nút 85 4.3 Kết luận chương 88 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 89 5.1 Kết luận .89 5.2 Hướng phát triển 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal  (P= 39MW, Q=-12,82MVAr) hệ số cos  gió =0,95 Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal B3 Trường hợp Cánh đồng gió kết nối với hệ thống tai nút  (P= 39MW, Q=-5,2MVAr) hệ số cos  gió =0.99 Kết phân bố cơng suất Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal  (P= 39MW, Q=-27,22MVAr) hệ số cos  gió =0,82 Kết phân bố cơng suất Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal 4.3 Máy Phát Gió thay cho máy phát hữu lưới truyền tải 4.3.1 Trường hợp 10 Máy phát gió thay cho máy phát nút a Ổn định điện áp công suất phụ tải thời điểm đỉnh mức vận hành bình thường  (P= 30 MW, Q= 4MVAr) hệ số cos  gió =0,99 Kết phân bố cơng suất Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal b Khi tải tăng lên 73,6% tổng công suất tải Kết phân bố cơng suất Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal c Khi tải tăng lên 73.7% tổng cơng suất tải Bài tốn vơ nghiệm 4.3.2 Trường hợp 11 Máy phát gió thay cho máy phát nút (P= 39 MW, Q=5.2MVAr) hệ số cos  gió =0.99 Kết phân bố cơng suất Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal b Khi tải tăng lên 97.1% tổng công suất tải Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal c Khi tải tăng lên 97.2% tổng cơng suất tải Kết phân tích ổn định điện áp phương pháp modal ... lương gió kết nối vào hệ thống điện việc đánh giá ổn định điện áp thiếu công ty Điện lực Luận văn với đề tài: “KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI KHI CÓ SỰ THAM GIA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ”... phương pháp đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống lưới truyền tải kết nối máy phát điện gió Xác định vị trí đặt máy phát điện gió vào hệ thống lưới điện Xác định mức độ xâm nhập máy phát điện gió. .. 1987 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành : Thiết Bị, Mạng Nhà Máy Điện Mã số: 605250 I TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI KHI CÓ SỰ THAM GIA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ II NHIỆM VỤ VÀ