Nghiên cứu an ninh trong hệ thống điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU AN NINH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH : 2.06.07 GVHD: PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ HVTH: PHẠM NGUYÊN KHOA TP HCM 12/2004 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : TS Hoàng Việt Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày tháng năm 2004 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ Người chấm nhận xét 1: Người chấm nhận xét 2: Luận văn cao học bảo vệ HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM ngày ………… tháng ……… năm …………… Có thể tìm hiểu luận văn Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -oOo - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -oOo - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên học viên : Phạm Nguyên Khoa Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 29/04/1974 Nơi sinh : Đà Nẵng Chuyên ngành : Hệ thống điện Khoá : 13 I- Tên đề tài: Nghiên cứu an ninh hệ thống điện II- Nhiệm vụ nội dung: I- Nghiên cứu ổn định hệ thống điện II- Nghiên cứu an ninh hệ thống điện III- Các tính toán mô IV- Kết luận – Giá trị thực tiễn III- Ngày giao nhiệm vụ: ……………………………………………………………………………………………………………………… IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ………………………………………………………………………………………………………………… V- Họ tên cán hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ VI- Họ tên cán nhận xét 1: ……………………………………………………………………………………………………………… VII- Họ tên cán nhận xét 2: ……………………………………………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN PGS.TS Nguyễn Bội Khuê Nội dung đề cương Luận án Cao học thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành Ngày PHÒNG QUẢN LÝ KHOA HỌC – SĐH tháng năm 2004 CHỦ NHIỆM NGÀNH TS Nguyễn Hoàng Việt LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYỄN BỘI KHUÊ tận tình hướng dẫn, động viên em trình thực hoàn thành luận án Em Xin chân thành cảm ơn q thầy cô Bộ môn Hệ Thống Điện nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn tạo điều kiện cho em trình học tập trường Sau xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc gia đình bạn bè đồng nghiệp nguồn động viên thời gian qua MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Tổng quan vấn đề an ninh hệ thống điện I Giới thiệu: II Các khái niệm bản: II.1 Phân loại trạng thái hệ thống: III An ninh: III.1 Định nghóa an ninh:: III.2 Lựa chọn cố: 12 III.3 Phân tích an ninh: 13 III.4 Phân tích coá : 14 III.5 Nhận dạng trạng thái an toàn : 15 III.6 Các tiêu chuẩn an ninh: 15 IV An ninh vận hành hệ thống điện: 16 IV.1 Môi trường trực tuyến: 16 IV.2 Qui hoaïch vận hành: 17 IV.3 Đánh giá an ninh trực tuyến: 17 IV.4 Phân tích an ninh vận hành: 18 IV.5 Điều khiển an ninh: 18 IV.6 Điều khiển phòng ngừa: 19 IV.7 Sự ảnh hưởng thời gian để hoàn chỉnh thao tác sửa chữa: 21 IV.8 Các trạng thái cố: 22 V Những tiếp cận an ninh theo xác định 22 VI Đánh giá an ninh theo xác suất 23 VI.1 Giới thiệu 23 VI.2 Đánh giá an ninh theo xác suất so với theo xác định: 24 VI.3 Ứng dụng xác suất hoàn cảnh khác nhau: 26 VI.4 Những thử thách tiếp cận xác suất: 28 VII An ninh động hệ thống điện 29 VII.1 Đánh giá an ninh động 29 VII.2 Các tiêu chuẩn an ninh động 33 VII.3 Những thực tế 35 VII.4 Những nhu cầu chung điều cần thiết 39 VII.5 Những thách thức kỹ thuật trước mắt 42 VIII Vấn đề an ninh điện áp 46 VIII.1 Giaùm saùt an ninh điện áp 46 VIII.2 Đánh giá an ninh điện áp hệ chuyên gia 47 VIII.3 Đánh giá trực tuyến phương pháp hàm lượng 50 VIII.4 Đánh giá tác hại cố kỹ thuật hồi qui 50 Chương : Một số phương pháp đánh giá ổn định I Phương pháp hàm Ljapunov: 52 II Phương pháp BCU: 56 III Phương pháp TEF: 59 IV Đánh giá ổn định góc thông qua hàm lượng độ: 60 IV.1 Các khái niệm ổn định: 61 IV.2 Mô tả hệ thống: 61 IV.3 OÅn định hệ thống động cơ: 64 IV.4 Áp dụng cho hệ thống lượng thực tiễn : 65 IV.5 Đường biên ổn định độ : 66 Chương 3: Phân tích đánh giá an ninh I Giới thiệu: 69 II Các hệ số ảnh hưởng đến an ninh hệ thống 70 III Phân tích ngẫu nhiên: 71 III.1 Các phương pháp độ nhaïy cho maïng: 76 III.2 Tính toán hệ số độ nhạy mạng: 79 III.3 Phương pháp dòng tải AC: 81 IV Phân bố lại công suất phát: 82 IV.1 Hiệu chỉnh PBCS phương pháp độ nhạy: 82 IV.2 Hệ số bù : 82 IV.3 Hiệu chỉnh PBCS sử dụng chương trình tuyến tính: 83 Chương : Tính toán an ninh hệ hệ thống điện trường hợp cụ thể I Hệ thống máy phát nối với góp vô lớn: 87 I.1 p dụng phương pháp TEF: 92 I.2 p dụng phương pháp hàm lượng giới hạn: 94 II Ứng dụng chương trình phân bố công suất PSS/E cho hệ thống điện khu vực đồng Sông Cửa Long – năm 2005 96 II.1 Đặt vấn đề: 96 II.2 Dự báo cố điển hình đường dây: 97 II.3 Dự báo cố điển hình máy phát: 99 II.4 Phân loại cố: 99 Tài liệu tham khảo: 101 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan vấn đề an ninh hệ thống điện CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ AN NINH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I GIỚI THIỆU : Trong thời gian đầu phát triển hệ thống điện, chức qui hoạch vận hành hệ thống điện xem xét hoàn toàn riêng biệt Các câu hỏi mà nhà qui hoạch người vận hành phải trả lời hoàn toàn khác nhau, công cụ sử dụng để trả lời cho câu hỏi khác Tuy nhiên, trùng lắp từ từ phát triển nhiều lónh vực Một ví dụ thường thấy lónh vực qui hoạch vận hành lấn chiếm vào lónh vực nhà qui hoạch hệ thống, lónh vực khác có nhiều khía cạnh đánh giá bảo đảm độ tin cậy hệ thống Các nhà qui hoạch người vận hành, làm việc phạm vi huấn luyện khác nhau, phát triển khái niệm tiếp cận khác để sử dụng đánh giá độ tin cậy, hiểu biết khác vai trò an ninh lónh vực độ tin cậy Cho đến bắt đầu quan tâm đến vận hành kinh tế hệ thống điện Một yếu tố quan trọng vận hành hệ thống điện cần phải trì an ninh hệ thống An ninh hệ thống bao gồm thực tiễn thiết kế cần phải trì an ninh hệ thống vận hành thành phần bị hỏng Ngoài việc kinh tế hóa chi phí nhiên liệu, hệ thống điện phải vận hành “an toàn” Vận hành “an toàn” vận hành với xác xuất thiếu hụt hay hư hỏng thiết bị thấp Tất khía cạnh cần tối ưu hoá hệ thống điện có ràng buộc an ninh (SCO) Điều kiện làm việc an ninh hệ thống điện đánh giá việc tất phụ tải cung cấp điện thiết bị bị đặt giới hạn làm việc cho phép Hai thông số chế độ thường dùng làm tiêu chuẩn dòng điện nhánh điện áp nút Vì điều kiện làm việc nguy hiểm thường xuất cố (hỏng hóc thiết bị, ngắn mạch…) cố xảy lúc hệ thống, chế độ làm việc để coi an ninh phải có khả chống lại cố, tức thông số điện áp dòng điện nói không vượt giới hạn cho phép điều kiện cố phải có trợ giúp tác động điều chỉnh, điều kiện Nói đến an ninh nói đến yếu tố nghệ thuật khoa học việc “Sống còn” hệ thống điện Để bảo đảm sống người ta vận hành hệ thống điện giới hạn cho phép đó, nói chung thường gọi giới hạn an ninh Các giới hạn tuỳ thuộc vào tiêu chuẩn khả thi tương hợp trạng thái xác lập Giới hạn an ninh có hai loại : giới hạn an ninh tónh giới hạn an ninh động Khi gới hạn phụ thuộc vào tiêu chuẩn thực tiễn hay tiêu chuẩn tương hợp trạng thái xác lập gọi trạng thái xác lập hay giới hạn an ninh tónh, giới hạn phụ thuộc vào tiêu chuẩn độ hay tiêu chuẩn ổn định lâu dài gọi giới hạn an ninh động Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan vấn đề an ninh hệ thống điện Có nhiều hệ thống điện giới bị áp lực phải tăng khả tải hệ thống truyền tải có sẵn Yêu cầu đáp ứng phần nhờ công nghệ Hệ thống Quản lý Năng lượng (EMS) giúp đánh giá an ninh trực tuyến đường dây trọng vào phân tích xác lập (Tức trạng thái xác lập hay an ninh tónh) Tuy nhiên tối ưu hóa hệ thống ngày đòi hỏi phải kể đến đánh giá an ninh động Do ràng buộc quan trọng việc xác định giới hạn an ninh động khoảng thời gian tương thích với việc sử dụng trực tuyến đường dây chúng, yêu cầu trước trở lực lớn giới hạn phần cứng phần mềm máy tính Điều giải thích việc phân tích an ninh động tồn thời gian dài áp dụng cho hoạt động ngoại tuyến, thực cho số mạng hình tia, nhà qui hoạch vận hành có hiểu biết sâu chất tổ hợp đánh giá an ninh động ngoại tuyến hệ có giới hạn an ninh tối ưu cho cấu hình hệ thống có Các chức an ninh phải thực thi khoảng thời gian tương thích với tốc độ thay đổi trạng thái hệ thống Sự tiếp cận tónh tiếp cận thực tiễn ban đầu, việc phân tích tối ưu động bị xem khó khăn tính toán nhiều thời gian Dó nhiên hầu hết hội trước có triển vọng việc đánh giá an ninh động nhanh môi trường trực tuyến, với lưu ý đến hệ giới hạn an ninh hành lang truyền tải riêng biệt xác định cho cấu hình hệ thống thực thời gian xác định So sánh với phương pháp ngoại tuyến sử dụng nhiều hệ thống con, phương pháp tự thể hình thức tối ưu hóa Sự tồn khả tạo tiềm chuyển đổi vận hành hệ thống điện theo cách : khả cung cấp bậc tự mới, cho phép người vận hành hệ thống điều chỉnh phân bố công suất nhanh chóng tự tin nhiều việc đáp ứng với thay đổi điều kiện hệ thống Tuy nhiên, với bậc tự mang lại nhiệm vụ : người ta phải xem xét trước Quyết định chiến lược có ảnh hưởng đến hiệu kinh tế độ tin cậy hệ thống điện tạo khoảng thời gian ước định ngắn mức quản lý thấp Việc đánh giá an ninh có hai tiếp cận đánh giá an ninh theo xác định đánh giá an ninh theo xác suất Đánh giá an ninh theo xác định nhằm cung cấp trì an ninh khu vực để bảo vệ hệ thống chống lại cố xấu Trong thực tế điều có nghóa nhà qui hoạch đưa cố xấu Trong thực tế điều có nghóa nhà qui hoạch đưa hệ thống mạnh người vận hành vận hành với biên an ninh lớn Với việc đầu tư chi phí vận hành cao đưa đến kết có độ tin cậy cao hầu hết hệ thống điện Tuy nhiên, có áp lực vận hành hệ thống với biên an ninh thấp hơn, phần bắt buộc kinh tế (căn nguyên nói nằm tăng lên tính cạnh tranh có xu hướng tiến tới đường dây truyền tải (do ràng buộc môi trường) Để vận hành hệ thống Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan vấn đề an ninh hệ thống điện điện gần với giới hạn an ninh truyền thống (xác định) – có lẽ tiến xa – mang lại độ tin cậy so sánh được, người ta cần có thêm phương pháp tinh vi cho việc đánh giá an ninh hệ thống có kể đến chất xác suất nhiều biến môi trường định Các phương pháp xác suất cho phép kết hợp ảnh hưởng biến đổi cân nhắc điều kiện không chắn, mở cánh cửa cho việc đánh giá rủi ro định lượng tất khía cạnh việc điều khiển giới điện riêng biệt Những tiếp cận xác suất chậm chạp việc trở thành phần phương pháp luận chấp nhận sử dụng cho nghiên cứu độ tin cậy hệ thống điện Có nhiều yếu tố kể đến trường hợp này, từ tính phức tạp phương pháp tới thiếu tin cậy luôn phát triển mô hình bị ngụy biện còn, thiếu tính cần thiết, xấp xỉ Một yếu tố dẫn đến chấp nhận chậm chạp thiếu tiêu chuẩn độ tin cậy xác suất nhiều lónh vực Các nhà qui hoạch hệ thống sử dụng phương pháp xác suất cho việc tạo đánh giá khả dự trữ cho thời điểm đó, khó để sử dụng tiếp cận xác suất có sẵn cho đánh giá hệ thống điện lớn lý Các phương pháp xác suất cho việc đánh giá an ninh hệ thống điện thu hút vài ý người vận hành hệ thống [Billinton & Kuruganty 1980, Anderson & Bose 1983, Wu, Tsai & Yu 1983] ; nhiên, đánh giá ổn định thực tế thực phương pháp xác định, chúng kết hợp với công cụ qui hoạch xác suất Cuối cùng, thiếu liên kết thích hợp tương xứng xác suất phương pháp luận an ninh, báo cáo nổ lực để cung cấp khuông khổ bao quát cô đọng nghiên cứu xuất [Dodu & Merlin 1986, Leite da Silva, Endrenyi & Wang 1993] An ninh hệ thống chia thành ba chức chủ yếu tiến hành trung tâm điều khiển : (I) giám sát hệ thống, (ii) phân tích cố, (iii) phân tích tác động điều chỉnh Giám sát hệ thống cung cấp cho người vận hành hệ thống thông tin cập nhật thường xuyên điều kiện hệ thống Các hệ thống đo lường từ xa thực đo đạc truyền liệu trung tâm điện áp, dòng điện, phân bố công suất trạng thái máy cắt cầu dao trạm hệ thống truyền tải giám sát Hơn nữa, thông tin quan trọng khác tần số, đầu máy phát vị trí đổi nấc máy biến áp đo lường từ xa Các máy tính số trung tâm điều khiển sau xử lý liệu đo lường từ xa đặt chúng vào sở liệu thông báo cho người vận hành trường hợp tải hay vượt giới hạn điện áp Các liệu quan trọng hiển thị ảnh lớn báo động phát cần Đánh giá trạng thái thông thường sử dụng hệ thống để tổng hợp thông tin đo đạc từ xa việc đánh giá điều kiện hệ tống hay “trạng thái” Các hệ thống thường làm việc với hệ điều khiển giám sát Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 117 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 118 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 119 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 120 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 121 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 122 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 123 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 124 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 125 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 126 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 127 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 128 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 129 Luận văn tốt nghiệp chương 4: Ví dụ ứng dụng hệ thống điện thực tế Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang 130 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên Ngày, tháng, năm sinh Địa liên lạc Minh : Phạm Nguyên Khoa :29/04/1974 Nơi sinh : Đà Nẵng : số Trần Khánh Dư-P Tân Định-Quận 1-TP Hồ Chí QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 1993 đến 1998 học Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Từ năm 2000 đến học chương trình đào tạo sau đại học, chuyên ngành Mạng Hệ thống điện Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ năm 1998 -> 1999: công tác Công ty TNHHTM Mỹ Phương Từ năm 2000 đến nay: công tác Công ty Điện Lực TP.HCM ... cứu an ninh hệ thống điện Trang Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan vấn đề an ninh hệ thống điện Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan vấn đề an ninh. .. Chuyên ngành : Hệ thống điện Khoá : 13 I- Tên đề tài: Nghiên cứu an ninh hệ thống điện II- Nhiệm vụ nội dung: I- Nghiên cứu ổn định hệ thống điện II- Nghiên cứu an ninh hệ thống điện III- Các... giới hạn an ninh động Nghiên cứu an ninh hệ thống điện Trang Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan vấn đề an ninh hệ thống điện Có nhiều hệ thống điện giới bị áp lực phải tăng khả tải hệ thống