(Luận văn thạc sĩ) phân bố công suất tối ưu có xét ràng buộc ổn định động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HẬU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU CÓ XÉT RÀNG BUỘC ỔN ĐỊNH ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HẬU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU CÓ XÉT RÀNG BUỘC ỔN ĐỊNH ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 1520615 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HẬU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU CÓ XÉT RÀNG BUỘC ỔN ĐỊNH ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 1520615 Hướngdẫnkhoahọc: TS.DƯƠNG THANH LONG GVHD: TS Dương Thanh Long LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Văn Hậu Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 29/09/1990 Nơi sinh: Bình Thuận Quê quán: Bình Thuận Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 614/57A Đường 79, Phước Long B, Quận 9, TPHCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ ……/2008 đến ……/ 2013 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: Đồ án “Thiết kế cung cấp điện cho tòa nhà cao tầng” Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Tháng 02 năm 2014 Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Bá Nhạ i GVHD: TS Dương Thanh Long Hình 5.16 Đồ thị góc lệch rotor tương đối có xét ràng buộc ổn định động (TSCOPF) Hình 5.16a Đồ thị thể vận tốc góc 73 GVHD: TS Dương Thanh Long Bảng 5.20 Kết ràng buộc ổn định động vào OPF Giá Trị Pgen1 Pgen2 Pgen3 Pgen4 Pgen5 Pgen6 Tổng giá (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) phát điện $/hr 41.51 Công suất 54.40 15.20 22.74 15.27 39.91 575.89 Tuy nhiên, trường hợp giá trị Xd’ máy phát tăng lên 0.33 Bảng 5.21 Thông số máy phát Nút máy phát Ra Xd’ H 0.33 0.33 3.6 13 0.33 3.4 22 0.33 3.4 23 0.33 3.4 27 0.33 3.4 74 GVHD: TS Dương Thanh Long 5.2.6 Ngắn mạch pha đường dây (27-29) gần nút 27 Khi chưa xét ràng buộc ổn định động vào vịng lặp OPF Với cơng suất phát điện theo OPF có ngắn mạch pha đường dây 27-29 gần nút 27 cho kết khảo sát Hình 5.17 Hình 5.17 Đồ thị góc lệch rotor tương đối chưa ràng buộc ổn định động (OPF) Hệ thống có góc lệch rotor tương đối máy phát số vượt giới hạn ổn định ±500 so với góc COI Tuy nhiên, hệ thống có tất góc lệch rotor tương đối máy có chiều hường tăng dần, hệ thống lệch tần số Khi ràng buộc điều kiện ổn định động vào vòng lặp OPF thể kết qua đồ thị Hình 5.18 75 GVHD: TS Dương Thanh Long Hình 5.18 Đồ thị góc lệch rotor tương đối có xét ràng buộc ổn định động (TSCOPF) Hình 5.18a Đồ thị thể vận tốc góc Kết phát điện bảng 5.22: 76 GVHD: TS Dương Thanh Long Bảng 5.22 Kết ràng buộc ổn định động vào (TSCOPF) Tổng giá Giá Trị Công Pgen1 Pgen2 Pgen3 Pgen4 Pgen5 Pgen6 (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) 41.51 54.54 20.24 28.74 20.27 24.91 phát điện $/hr 588.325 suất Bảng 5.23 Thông số máy phát Nút máy Ra Xd’ H 0.075 0.075 3.6 13 0.075 3.4 22 0.075 3.4 23 0.075 3.4 27 0.075 3.4 phát Sau ràng buộc điều kiện ổn định động vào vòng lặp OPF theo Hình 5.18 góc lệch rotor tương đối máy phát nằm giới hạn ổn định ±500 so với góc COI Hệ thống ổn định ngắn mạch pha đoạn 27-29 gần nút 27 thời gian cắt cố 0.3s Sau ràng buộc ổn định động vào vòng lặp OPF ngắn mạch đoạn 27-29 hệ thống có điều chỉnh công suất phát giá trị Xd’ máy phát so với lúc chưa ràng buộc ổn định động vào vòng lặp OPF, cụ thể sau: - Máy phát số tăng từ 15.24 MW lên 20.24 MW - Máy phát số tăng từ 22.74 MW lên 28.74 MW - Máy phát số tăng từ 15.27 MW lên 20.27 MW - Máy phát số giảm từ 39.31 MW xuống 24.91 MW Giá trị Xd’ máy phát giảm từ 0.16 xuống 0.074 77 GVHD: TS Dương Thanh Long Do để đảm bảo ổn đinh hệ thống nên có số máy phát điện có giá phát điện cao phải tăng cơng suất phát máy có chi phí phát điện thấp giảm cơng suất phát nên tổng chi phí phát điện cao lức vòng lặp OPF chưa xét đến ràng buộc ổn định động 5.2.7 Ngắn mạch pha đường dây (22-24) gần nút 22 Khi chưa xét ràng buộc ổn định động vào vịng lặp OPF Với cơng suất phát điện theo OPF có ngắn mạch pha đường dây 22-24 gần nút 22 thời gian cắt cố 0.3s cho kết khảo sát Hình 5.19 Hình 5.19: Đồ thị góc lệch rotor tương đối chưa ràng buộc ổn định động (OPF) Hệ thống có góc lệch rotor tương đối máy phát nằm giới hạn ổn định ±500 so với góc COI Tuy nhiên, hệ thống có tất góc lệch rotor tương đối máy có chiều hướng giảm dần , hệ thống lệch tần số Khi ràng buộc điều kiện ổn định động vào vòng lặp OPF thể kết qua đồ thị Hình 5.20 78 GVHD: TS Dương Thanh Long Hình 5.20 Đồ thị góc lệch rotor tương đối có xét ràng buộc ổn định động (TSCOPF) Hình 5.20a Đồ thị thể vận tốc góc Kết phát điện bảng 5.24: 79 GVHD: TS Dương Thanh Long Bảng 5.24 Kết ràng buộc ổn định động vào (TSCOPF) Tổng giá Giá Trị Công Pgen1 Pgen2 Pgen3 Pgen4 Pgen5 Pgen6 (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) 41.51 54.54 15.24 22.74 15.27 39.91 phát điện $/hr 575.89 suất Bảng 5.25 Thô số máy phát Ra Xd’ 0.23 0.23 3.6 13 0.23 3.4 22 0.23 3.4 23 0.23 3.4 27 0.23 3.4 Nút máy phát Sau ràng buộc điều kiện ổn định động vào vịng lặp OPF theo Hình 5.20 góc lệch rotor tương đối máy phát nằm giới hạn ổn định ±500 so với góc COI Hệ thống ổn định ngắn mạch pha đoạn 22-24 gần nút 22 thời gian cắt cố 0.3s Sau ràng buộc ổn định động vào vịng lặp OPF ngắn mạch đoạn 22-24 hệ thống có điều chỉnh giá trị Xd’ máy phát so với lúc chưa ràng buộc ổn định động vào vóng lặp OPF Cơng suất phát máy không đổi Giá trị Xd’ máy phát tăng từ 0.16 lên 0.23 Kêt luận: Qua trường hợp khảo sát cho thấy điều kiện tải khơng đổi xét OPF cho tổng chi phí phát điện thấp Tuy nhiên, xảy cố ngắn mạch pha đường dây hệ thống ổn định nghiêm trọng Vì Vậy xét ràng buộc ổn định động vào vòng lặp OPF theo điều kiện ổn 80 GVHD: TS Dương Thanh Long định động (−50 ≤ - ≤ 50 ) hệ thống điều chỉnh cơng suất phát máy phát với để hệ thống đạt ổn định xảy cố đường dây Tùy trường hợp mà thời gian cần cắt cố khác Sau bảng tổng hợp thống số theo trường hợp cố khảo sát khác trên: Bảng 5.26 Bảng thông số máy phát thực OPF chưa ràng buộc ổn định động Tổng giá phát Giá Pgen1 Pgen2 Pgen3 Pgen4 Pgen5 Pgen6 Trị (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) 41.51 54.40 15.20 22.74 15.27 39.91 0.175 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 Công điện $/hr 575.89 suất Xd’ Bảng 5.27 Bảng thông số trường hợp cố khác ràng buộc ổn định động Thời gia Nơi Pgen1 Pgen2 Pgen3 Pgen4 Pgen5 Pgen6 cắt sự cố (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) (MW) cố Tổng chi phí $/hr (s) [2-5] nút 18.54 32.40 32.20 32.74 15.27 42.91 Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= 0.175 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 15.30 32.80 32.20 32.40 32.78 42.99 Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= 0.175 0.175 0.175 0.175 0.175 0.175 41.51 54.40 15.20 22.74 15.27 39.91 [1-2] nút [1214] nút 12 Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= 81 Xd’= Xd’= 0.3 580.130 0.3 579.459 0.3 598.55 GVHD: TS Dương Thanh Long 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 [23- 41.51 54.40 15.24 22.74 15.27 39.91 24] Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= nút 23 0.33 0.33 0.33 0.33 0.133 0.33 [27- 41.51 54.40 20.24 28.74 20.27 24.91 29] Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= nút 27 0.075 0.075 0.075 0.075 0.075 0.75 41.51 54.54 15.24 22.74 15.27 39.91 Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= Xd’= 22-24] nút 22 0.23 0.23 0.23 0.23 82 0.23 0.23 0.3 575.89 0.3 588.325 0.3 575.89 GVHD: TS Dương Thanh Long Chương KẾT LUẬN Trong luận văn này, phương pháp tính tốn nhanh ổn định dựa độ lệch góc rotor tương đối máy phát so với góc lệch trung bình Điều kiện góc lệch rotor tương đối máy phát khơng lệch ±500 so với góc xây dựng để thiết lặp ràng buộc ổn định động sau đưa vào tính tốn điều độ hệ thống Các ràng buộc ổn định động lập bên vịng lặp OPF, thuật tốn chương trình gọi theo file quy mơ tốn dể dàng tốn thơng thường thuận lợi cho phát triển kế thừà sau Phương pháp phù hợp với với hệ thống quy mơ lớn mơ nhiều nhiễu loạn q trình tính tốn điều độ, mơ cho hệ thống điện khác (IEEE9, IEEE39, IEEE118…) Hay ứng dụng vào tính tốn mô điều độ thực tế, dùng công ty tư thiết kế truyền tải Khi giới đất nước ta nỗ lực tiến đến thị trường điện việc phát triển thuật tốn OPF có xét ràng buộc ổn định động vô cần thiết Thứ nhất, giúp hệ thống vận hành bền vững giới hạn ổn định động, góp phần giữ vững an ninh lượng đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện hệ thống thứ hai, lợi ích mặt kinh tế hạn chế công suất phát điện từ máy phát có suất phát điện lớn máy phát chạy dầu, máy phát chạy than… huy động tối đa nguồn cơng suất từ máy phát có suất phát điện thấp hơn, cho dù máy phát xa trung tâm phụ tải Điều vấn đề cốt lõi giúp thị trường điện vận hành hiệu quả, động mang lại lợi nhuận ngày cao mà đảm bảo an ninh hệ thống Vừa đạt kinh tế vừa đạt tính kỹ thuật góp phần cho phát triển đảm bảo uy tín bền vững hệ thống điện quốc gia 83 GVHD: TS Dương Thanh Long TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P Kundur, J Paserba, V Ajjarapu, G Andersson, A Bose, C Canizares, N Hatziargyriou, D Hill, A Stankovic, C Taylor, T Van Cutsem and V Vittal, “Definition and classification of power system stability IEEE/CIGRE joint task force on stability terms and definitions”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 19, no 3, pp 1387–1401, 2003 [2] P Kundur, Power System Stability and Control McGraw-Hill Professional, 1993 [3] J Grainger and W D Stevenson Jr., Power System Analysis, edition New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 1993 [4] H W Dommel and W F Tinney, “Optimal Power Flow Solutions”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol PAS-87, no 10, pp 1866–1876, 1968 [5] A Gomez-Exposito, A J Conejo and C Canizares, Electric Energy Systems: Analysis and Operation CRC Press, 2008 [6] M Huneault and F D Galiana, “A survey of the optimal power flow literature”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 6, no 2, pp 762–770, 1991 [7] C F Moyano and E Castronuovo, “Non-Linear Mathematical Programming Applied to Electric Power Systems Stability”, in Optimization advances in electric power systems, Nova Science Publishers, Inc, 2009 [8] O Alsac and B Stott, “Optimal Load Flow with Steady-State Security”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol PAS-93, no 3, pp 745–751, 1973 [9] L Chen, Y Taka, H Okamoto, R Tanabe and A Ono, “Optimal operation solutions of power systems with transient stability constraints”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications, vol 48, no 3, pp 327–339, 2001 [10] Y Xia, K W Chan and M Liu, “Direct nonlinear primal-dual 84 GVHD: TS Dương Thanh Long interiorpoint method for transient stability constrained optimal power flow”, IEE Proceedings-Generation, Transmission and Distribution, vol 152, no 1, pp 11–16, 2004 [11] Y Sun, Y Xinlin and H F Wang, “Approach for optimal power flow with transient stability constraints”, IEE Proceedings-Generation, Transmission and Distribution, vol 151, no 1, pp 8–18, 2003 [12] D Gan, R J Thomas and R D Zimmerman, “Stability-constrained optimal power flow”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 15, no 2, pp 535–540, 2000 [13] M La Scala, M Trovato and C Antonelli, “On-line dynamic preventive control: an algorithm for transient security dispatch”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 13, no 2, pp 601–610, 1998 [14] T B Nguyen and M A Pai, “Dynamic security-constrained rescheduling of power systems using trajectory sensitivities”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 18, no 2, pp 848–854, 2003 [15] L Tang and J D McCalley, “An efficient transient stability constrained optimal power flow using trajectory sensitivity”, in North American Power Symposium (NAPS), 2012, 2012, pp 1–5 [16] Y H Li, W P Yuan, K W Chan and M B Liu, “Coordinated preventive control of transient stability with multi-contingency in power systems using trajectory sensitivities”, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 33, no 1, pp 147–153, Jan 2011 [17] Y Xu, Z Y Dong, Z Xu, R Zhang and K P Wong, “Power system transient stability-constrained optimal power flow: A comprehensive review”, in 2012 IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2012, pp 1–7 [18] I A Calle and E D Castronuovo, “Optimal Power Flow with Transient Stability Constraints,” in MIXGENERA 2011 Options for the future, University Carlos III de Madrid, Leganés, Madrid, Spain., 2011 [19] P M Anderson and A A Fouad, Power System Control and Stability, 85 GVHD: TS Dương Thanh Long 2nd ed Wiley-IEEE Press, 2002 [20] R Zarate-Minano, T Van Cutsem, F Milano and A J Conejo, “Securing Transient Stability Using Time-Domain Simulations Within an Optimal Power Flow,” IEEE Transactions on Power Systems, vol 25, no 1, pp 243–253, 2010 [20] D Ruiz-Vega and M Pavella, “A comprehensive approach to transient stability control I Near optimal preventive control,” IEEE Transactions on Power Systems, vol 18, no 4, pp 1446–1453, 2003 58 Optimal Re-Dispatch of an Isolated System Considering Transient Stability Constraints [21] M Pavella, D Ernst and D Ruiz-Vega, Transient Stability of Power Systems: A Unified Approach to Assessment and Control, 1st ed Springer, 2000 86 ... đến ổn định phương pháp tích phân 30 GVHD: TS Dương Thanh Long Chương PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU CÓ XÉT RÀNG BUỘC ỔN ĐỊNH ĐỘNG 4.1 Phân bố cơng suất tối ưu có xét ràng buộc ổn định động Phân bố công. .. toán ràng buộc an ninh phân bố công suất tối ưu (SCOPF) Ràng buộc an ninh phân bố công suất tối ưu mở rộng từ tốn phân bố cơng suất tối ưu mà sử dụng để điều độ kinh tế hệ thống khơng xem xét. .. chuẩn công nghiệp điện Phân bố công suất tối ưu (OPF) toán tối ưu hóa với nhiều ràng buộc Theo truyền thống, OPF xét đến ràng buộc ổn định tĩnh hệ thống mà không xét ràng buộc ổn định động Do