(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THANH HOÀNG NGHIÊN CỨU SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN S K C 0 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 9 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN THANH HOÀNG NGHIÊN CỨU SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã số ngành: 60 52 50 Cán hướng dẫn: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Phan Thanh Hồng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 05/04/1979 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Chợ Gạo – Tiền Giang Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 11B/17- Học Lạc – Phường – Thành phố Mỹ Tho – TG Điện thoại quan: 0733851588 Fax: Điện thoại nhà riêng: 01698559065 E-mail: pthoang1979@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quyThời gian đào tạo từ 12/1997 đến 12/ 2003 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Điện khí hóa & Cung cấp điện Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 5/2009 đến 5/2011 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Thiết bị, Mạng & Nhà máy điện Tên luận văn: Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 07/01/2013 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh B1 Phòng Đào tạo - Bộ phận sau đại học; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM-ĐT 37225766 III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 10/2006 đến Công việc đảm Nơi công tác nhiệm Trường Cao đẳng Nghề Tiền Giang) XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC (Ký tên, đóng dấu) Phịng Đào tạo Ngày tháng 12 năm 2012 Người khai ký tên Phan Thanh Hồng Phịng Đào tạo - Bộ phận sau đại học; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM-ĐT 37225766 Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình Lời cảm ơn Sau thời gian học tập nghiên cứu trƣờng, tơi hồn thành đề tài luận văn tốt nghiệp cao học Để có đƣợc thành này, tơi nhận đƣợc nhiều hỗ trợ giúp đỡ từ thầy cơ, gia đình, quan bạn bè Thơng qua luận văn xin chân thành cám ơn: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình, ngƣời mẫu mực, tận tụy, định hƣớng, bảo, truyền đạt kiến thức chuyên mơn kinh nghiệm nghiên cứu q trình tơi thực luận văn Q Thầy/Cơ phản biện, đƣa quan điểm, đánh giá bổ sung vào lĩnh vực nghiên cứu, giúp hiểu rộng hƣớng nghiên cứu đề tài, tự đánh giá lại cơng việc thực Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Điện-Điện tử, Q Thầy/Cơ Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm, giúp tơi tự tin tìm hiểu kiến thức chun ngành, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành khố học Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ cho suốt trình nghiên cứu học tập Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012 Tác giả luận văn Phan Thanh Hoàng Phan Thanh Hoàng Page ii Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình Mục Lục Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Giấy xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Mục Lục iii Tóm tắt luận văn .vi Danh sách hình vii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài 1.1.2 Mục đích đề tài 1.1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.1.5 Những đề tài công bố 1.2 Tổng quan sụp đổ điện áp 1.2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện 1.2.2 Các chế độ làm việc hệ thống điện 1.2.3 Các khái niệm ổn định hệ thống điện 1.2.4 Tổng quan sụp đổ điện áp CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PHƢƠNG PHÁP NEWTON – RAPHSON VÀ THIẾT LẬP MA TRẬN JACOBIAN…………………………………………… .11 2.1 Phƣơng pháp Neuton - Raphson: 11 2.2 Áp dụng tính tốn 12 2.3 Thành lập ma trận Jacobian 13 Phan Thanh Hoàng Page iii Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình 2.4 Tính tốn trị riêng, véc tơ riêng ma trận vuông .15 2.4.1 Định thức ma trận vuông 16 2.4.2 Giá trị riêng, véc tơ riêng ma trận vuông 17 2.4.2.1 Định nghĩa .17 2.4.2.2 Phƣơng pháp tìm giá trị riêng, véc tơ riêng ma trận vuông… 17 2.4.3 Véc tơ riêng phải ma trận vuông 18 2.4.4 Véc tơ riêng trái ma trận vuông 20 CHƢƠNG 3: XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN MẤT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN……………………………………………………………………22 3.1 Khái niệm ổn định điện áp 22 3.1.1 Ổn định điện áp có dao động nhỏ 23 3.1.2 Ổn định điện áp có dao động lớn 23 3.2 Khái niệm sụp đổ điện áp 23 3.3 Phân bố công suất hệ thống điện 23 3.3.1 Thành lập mơ hình mạng điện tìm ma trận tổng dẫn 23 3.3.2 Phân bố công suất phƣơng pháp Newton - Raphson 27 3.4 Phân tích độ nhạy V - Q 31 3.5 Phân tích modal 32 3.6 Hệ số tham gia ………34 3.7 Phƣơng pháp xác định khoảng cách kmin ……………………………………….34 3.7.1 Định nghĩa hệ số kmin ………………………………………………………….34 3.7.2 Lƣu đồ xác định khoảng cách kmin …….……………………………… 35 3.7.3 Giải thích lƣu đồ……………………… ……………………………… 35 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG 4.1 Hệ thống điện nút 37 4.2 Hệ thống điện nút …38 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 40 Phan Thanh Hoàng Page iv Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình 5.1 Kết luận 40 5.2 Kết đạt đƣợc …40 5.3 Hạn chế đề tài 40 5.4 Hƣớng phát triển đề tài …40 Phụ lục 1: Phần lập trình 41 Phụ lục 2: Phần kết mô mạng nút, nút 60 Tài liệu tham khảo: ……………………………………………………………… .61 Phan Thanh Hoàng Page v GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hồng Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện công việc cần thiết q trình phân tích ổn định điện áp, đặc biệt hệ thống điện phức tạp Việt Nam phải đối mặt với tình trạng q tải liên tục mùa khơ Khi điện áp nút hệ thống điện giảm mức cho phép làm cho hệ thống điện hoạt động không ổn định nguyên nhân gây giảm điện áp nút theo đề tài nghiên cứu thay đổi tải, có biến đổi lớn phụ tải hệ thống điện gây tác động không mong muốn sau:  Điện áp, tần số nút hệ thống điện giảm xuống thấp mức trùy trạng thái làm việc bình thường  Hệ thống điện bị tan rã hoàn toàn, rơ le điện áp thấp tự động sa thải phụ tải, máy phát bị cắt khỏi lưới ngừng làm việc Từ lý trên, cần thiết để tìm khoảng cách ngắn kmin dẫn đến ổn định điện áp, hỗ trợ việc vận hành, theo dõi tình trạng nguy hiểm gây bất lợi cho hệ thống điện 1.1.2 Mục đích đề tài: Xác định khoảng cách ngắn kmin dẫn đến ổn định điện áp (mất ổn định điện áp dẫn đến sụp đổ điện áp) để làm sở định hướng vận hành hệ thống điện an toàn 1.1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài - Nghiên cứu tìm hiểu phép phân tích modal để xác định giá trị riêng, véc tơ riêng ma trận Jacobian giản lược hệ thống - Ứng dụng để xác định khoảng cách ngắn dẫn đến ổn định điện áp hệ thống điện - Có nhiều phương pháp nghiên cứu tượng sụp đổ điện áp, Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hồng luận văn dùng ví dụ cụ thể để mô cho nghiên cứu, xác định khoảng cách ngắn dẫn đến ổn định điện áp cho hệ thống điện điển hình - Rút kết luận hướng phát triển đề tài 1.1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Phân tích tài liệu: Sử dụng phương pháp phân tích vận dụng giá trị riêng, véc tơ riêng ma trận Jacobian để xác định khoảng cách ngắn dẫn đến ổn định điện áp hệ thống điện Tính tốn: Tận dụng khả linh hoạt phần mềm Matlab việc xử lý số liệu biểu diễn kết tính tốn Dữ liệu: Sử dụng số liệu phụ tải điện mơ hình hệ thống điện cho trước 1.1.5 Những đề tài công bố  Năm 2000, tác giả Amer AL - Hinai có báo về: “Voltage collapse prediction interconnected power system” Kết quả: Dựa vào khảo sát trị riêng ma trận Jacobian thành lập từ tốn phân bố cơng suất tác giả đánh giá hệ thống điện ổn định ổn định trạng thái sụp đổ Tiếp theo, vào véc tơ riêng bên phải véc tơ riêng bên trái, tác giả xác định vị trí nút có khả gây sụp đổ điện áp hệ thống điện mô + Đối với hệ thống nút máy phát HÌNH 1.1: Hệ thống điện máy phát, nút Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hoàng end thuaso; modun_1=abs(det(thuaso)); thuaso_baitoan_moi=thuaso; U_baitoan=U; gocpha_baitoan=gocpha; solution=thuaso\tich; %giai tim cac gia tri delta for m=1:number_P n=an(m); gocpha(n)=gocpha(n)+solution(m);%tinh lai goc delta end for m=number_P+1:number_Q n=an(m); U(n)=U(n)*(1+solution(m)); end for m=1:sonut if U(m)2001 P_coban(u)=-P_td(u)-((-1)^solan)*solan*buoctang*nuy_chuanhoa(u-1); Q_coban(u)=-Q_td(u)-((Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Trang 50 GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hồng 1)^solan)*solan*buoctang*nuy_chuanhoa(sonut_PQ+u-1); %else %P_coban(u)=-P_td(u)+((solan-2000)*buoctang)*nuy_chuanhoa(u-1); %Q_coban(u)=-Q_td(u)+((solan2000)*buoctang)*nuy_chuanhoa(sonut_PQ+u-1); %end elseif loai(u)==3 %if solan0.01)&(dieukien_U==1) Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Trang 51 GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hồng for m=1:sonut P_tinhtoan(m)=0; Q_tinhtoan(m)=0; delta_P(m)=0; delta_Q(m)=0; end for m=1:sonut for n=1:sonut P_tinhtoan(m)=P_tinhtoan(m)+U(m)*U(n)*abs(Y_bus(m,n))*cos(angle(Y_bus(m,n))+go cpha(n)-gocpha(m)); delta_P(m)=P_coban(m)-P_tinhtoan(m); Q_tinhtoan(m)=Q_tinhtoan(m)U(m)*U(n)*abs(Y_bus(m,n))*sin(angle(Y_bus(m,n))+gocpha(n)-gocpha(m)); delta_Q(m)=Q_coban(m)-Q_tinhtoan(m); end end Q_tinhtoan; for h=1:sonut if loai(h)==3 if Q_tinhtoan(h)Q_dieden_max loai(h)=2; Q_coban(h)=Q_dieden_max; U=U_dutru; U(h)=1; for m=1:sonut P_tinhtoan(m)=0; Q_tinhtoan(m)=0; delta_P(m)=0; delta_Q(m)=0; end for m=1:sonut for n=1:sonut P_tinhtoan(m)=P_tinhtoan(m)+U(m)*U(n)*abs(Y_bus(m,n))*cos(angle(Y_bus(m,n))+go cpha(n)-gocpha(m)); delta_P(m)=P_coban(m)-P_tinhtoan(m); Q_tinhtoan(m)=Q_tinhtoan(m)U(m)*U(n)*abs(Y_bus(m,n))*sin(angle(Y_bus(m,n))+gocpha(n)-gocpha(m)); delta_Q(m)=Q_coban(m)-Q_tinhtoan(m); Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Trang 53 GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hồng end end end end end clear tich clear an number_P=0; thutu_1=0; for m=1:sonut thutu_1=thutu_1+1; if loai(m)==2|loai(m)==3 number_P=number_P+1; tich(number_P,1)=delta_P(m);%tinh tich an(number_P)=thutu_1;%ma hoa an end end number_Q=number_P; thutu_2=0; for m=1:sonut thutu_2=thutu_2+1; if loai(m)==2 number_Q=number_Q+1; tich(number_Q,1)=delta_Q(m); an(number_Q)=thutu_2; end end tich; an; clear thuaso Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Trang 54 GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hoàng thuaso_baitoan_cu=thuaso_baitoan_moi; for m=1:number_P%tinh J11 for n=1:number_P h=an(m); g=an(n); if g==h thuaso(m,n)=-Q_tinhtoan(h)-((U(h))^2)*imag(Y_bus(h,g)); else thuaso(m,n)=U(h)*U(g)*abs(Y_bus(h,g))*sin(angle(Y_bus(h,g))+gocpha(g)-gocpha(h)); end end end for m=number_P+1:number_Q%tinh J21 for n=1:number_P h=an(m); g=an(n); if g==h thuaso(m,n)=P_tinhtoan(h)-((U(h))^2)*real(Y_bus(h,g)); else thuaso(m,n)=U(h)*U(g)*abs(Y_bus(h,g))*cos(angle(Y_bus(h,g))+gocpha(g)-gocpha(h)); end end end for m=1:number_P%Tinh J12 for n=number_P+1:number_Q h=an(m); g=an(n); if g==h Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Trang 55 GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hoàng thuaso(m,n)=P_tinhtoan(h)+((U(h))^2)*real(Y_bus(h,g)); else thuaso(m,n)=U(h)*U(g)*abs(Y_bus(h,g))*cos(angle(Y_bus(h,g))+gocpha(g)gocpha(h)); end end end for m=number_P+1:number_Q% Tinh J22 for n=number_P+1:number_Q h=an(m); g=an(n); if g==h thuaso(m,n)=Q_tinhtoan(h)-((U(h))^2)*imag(Y_bus(h,g)); else thuaso(m,n)=U(h)*U(g)*abs(Y_bus(h,g))*sin(angle(Y_bus(h,g))+gocpha(g)-gocpha(h)); end end end thuaso; modun=abs(det(thuaso)); thuaso_baitoan_moi=thuaso; U_baitoan=U; gocpha_baitoan=gocpha; solution=thuaso\tich; %giai tim cac gia tri delta for m=1:number_P n=an(m); gocpha(n)=gocpha(n)+solution(m);%tinh lai goc delta end for m=number_P+1:number_Q Nghiên cứu sụp đổ điện áp hệ thống điện Trang 56 GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình HVTH: Phan Thanh Hồng n=an(m); U(n)=U(n)*(1+solution(m)); end for m=1:sonut if U(m)