Tính toán xác định thông số đường dây 500kv sử dụng cơ sở dữ liệu từ hệ thống giám sát diện rộng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng sở liệu từ hệ thống giám sát diện rộng PHẠM NGỌC CHIẾN Ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Đức Huy Chữ ký GVHD Viện: Điện HÀ NỘI, 04/2021 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVNNLDC Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia EMS Hệ thống chương trình quản lý lượng (Energy Management System) NMĐ Nhà máy điện PMU Thiết bị đo góc pha (Phasor Mesurement Unit) WAMs Hệ thống giám sát diện rộng (Wide Area Monitoring System) IP Giao thức mạng (Internet Protocol) SIR Tỷ số trở kháng nguồn (Source impedance ratio) TI Biến dòng điện TU Biến điện áp SCADA Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (Supervisory Control and Data Acquicition) WLS Bình phương gia quyền nhỏ (Weighted Least Squares) FEI Chỉ số đánh giá trào lưu công suất (Flow Evaluation Index) SE State Estimator (đánh giá trạng thái) HTĐ Hệ thống điện A0 Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia A1 Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Bắc A2 Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Nam A3 Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung IEEE Viện kỹ sư điện điện tử (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) GPS Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) PDC Thiết bị thu thập liệu góc pha (Phasor Data Concentrator) RTU Thiết bị đầu cuối (Remote Terminal Unit) PF Trào lưu công suất (Power Flow) NTP Xác định cấu trúc lưới điện (Network topology processor) OPF Trào lưu công suất tối ưu (Optimal power Flow) PSS Đường đặc tính trạng thái Hệ thống điện (Power Status Curve) VSC Đường đặc tính ổn định điện áp (Voltage-Stability Curve) PSR Nhận diện dao động công suấty (Power Swing Recognition) EQ Chỉ số đánh giá chất lượng kết tốn đánh giá trạng thái (Estimation Quality) Tính tốn xác định thông số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM Lời cảm ơn Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thiện Luận văn, tác giả nhận khuyến khích, động viên tạo điều khiển giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo, lãnh đạo, bạn bè đồng nghiệp gia đình Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đức Huy người trực tiếp hướng dẫn, truyền thụ kiến thức quý báu đóng góp ý kiến cho tác giả suốt q trình học tập hoàn thành Luận văn thạc sĩ Tác giả xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới lãnh đạo đồng nghiệp Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia tạo điều kiện cho tác giả tham gia khóa học Thạc sĩ cho phép tác giả khai thác số công cụ phần mềm, thông tin, liệu trình nghiên cứu thực Luận văn Cuối cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn to lớn đến gia đình ln hỗ trợ, động viên tác giả suốt năm tháng học tập, nghiên cứu để đạt kết Với thời gian nghiên cứu hạn chế, nội dung Luận văn hẳn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp xây dựng từ thầy cô giáo, đồng nghiệp để đề tài hồn thiện có ý nghĩa thiết thực áp dụng thực tiễn công tác Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả Phạm Ngọc Chiến Phạm Ngọc Chiến – CA180201 Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM MỤC LỤC 1.1 Đặt vấn đề, tóm tắt luận văn 1.1.1 Đặt vấn đề, mục đích thực đề tài 1.1.2 Phạm vi thực đề tài tóm tắt bố cục nội dung luận văn 1.2 Tổng quan hệ thống điện Việt Nam 10 1.2.1 Phụ tải điện 12 1.2.2 Nguồn điện 18 1.3 Các phương pháp xác định thông số đường dây 500 kV 23 1.3.1 Phương pháp tính tốn lý thuyết giả định ước lượng 23 1.3.2 Phương pháp đo trực tiếp thông số đường dây 500 kV 24 2.1 Hiện trạng tồn 42 2.2 Một số khái niệm chung hệ thống WAMs 43 2.2.1 Hệ thống giám sát diện rộng (WAMs) 43 2.2.2 Thiết bị ghi cố - Rơle 7KE85 (tích hợp chức PMU) 43 2.2.3 Thiết bị thu thập liệu góc pha (PDC) 44 2.2.4 Khái niệm Phasor – Góc pha 45 2.2.5 So sánh thiết bị RTU (SCADA) vs PMU (WAMs) 46 2.2.6 Ứng dụng hệ thống WAMs 46 3.1 Một số định nghĩa thông số đường dây phạm vi đề tài 53 3.1.1 Định nghĩa thông số đường dây phạm vi đề tài 53 3.1.2 Phân loại loại hình đường dây phạm vi đề tài 53 3.2 Phương pháp luận 56 3.2.1 Đường dây không trang bị tụ bù dọc kháng bù ngang 64 3.2.2 Đường dây trang bị kháng bù ngang 64 3.2.3 Đường dây trang bị tụ bù dọc 66 3.2.4 Đường dây trang bị kháng bù ngang tụ bù dọc 67 3.3 Thực tính tốn xác định thông số thứ tự thuận đường dây 500 kV 72 Phạm Ngọc Chiến – CA180201 Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM 3.3.1 Cơ sở liệu đầu vào 72 3.3.2 Lưu đồ cơng việc thực tính tốn xác định thông số đường dây 73 3.3.3 Ứng dụng ngôn ngữ lập trình PYTHON để xây dựng cơng cụ tính tốn xác định thông số thứ tự thuận đường dây 73 3.3.4 4.1 Kết tính tốn 73 Tìm hiểu ứng dụng OpenNet 76 4.1.1 Ứng dụng OpenNet 76 4.1.2 Các chức OpenNet 76 4.2 Giải mơ hình tốn SE sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu WLS 77 4.3 Xây dựng phương pháp đánh giá 80 4.4 Kết đánh giá 83 5.1 Kết luận 86 5.2 Hướng phát triển Luận văn tương lai 86 Phạm Ngọc Chiến – CA180201 Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống điện Hình 1.2: Tăng trưởng sản lượng hệ thống điện Quốc gia qua năm 2009-2020 14 Hình 1.3: Tăng trưởng cơng suất hệ thống điện quốc gia qua năm 2009-2020 14 Hình 1.4: Đồ thị phụ tải ngày điển hình mùa nóng (tháng – 9) 16 Hình 1.5: Đồ thị phụ tải ngày điển hình mùa lạnh (tháng 10 – 3) 16 Hình 1.6: Cơ cấu phụ tải điện quốc gia 2020 theo ngành 17 Hình 1.7: Biểu đồ thành phần huy động nguồn từ năm 2009 đến năm 2020 19 Hình 1.8: Cơ cấu nguồn hệ thống điện Việt Nam 2020 phân theo loại hình nguồn 20 Hình 1.9: Sơ đồ đo tổng trở thứ tự thuận 28 Hình 1.10: Sơ đồ đo tổng trở thứ tự không 30 Hình 1.11: Sơ đồ đo điện dẫn phản kháng thứ tự thuận đường dây 32 Hình 1.12: Sơ đồ đo điện dẫn phản kháng thứ tự không đường dây 34 Hình 1.13: Sơ đồ đo tổng trở thứ tự thuận có đường dây chạy song song 35 Hình 1.14: Sơ đồ đo tổng trở thứ tự khơng có đường dây chạy song song vận hành 36 Hình 1.15: Sơ đồ đo tổng trở thứ tự khơng có đường dây chạy song song nối đất đầu 38 Hình 1.16: Sơ đồ đo tổng trở thứ tự khơng có đường dây chạy song song nối đất hai đầu 38 Hình 1.17: Sơ đồ đo điện dẫn phản kháng thứ tự thuận B1 đường dây có đường dây chạy song song 40 Hình 1.18: Sơ đồ đo điện dẫn phản kháng thứ tự khơng B0 đường dây có đường dây chạy song song 40 Hình 2.1: Khái niệm góc pha 45 Hình 2.2: Hình minh họa đường PSS Curve 46 Hình 2.3: Hình minh họa đường VSC Curve 49 Hình 2.4: Ví dụ hệ thống WAMs 50 Hình 2.5: Minh họa phần mềm SIGUARD PDP hệ thống WAM 50 Hình 2.6: Minh họa hệ thống WAMs 51 Hình 3.1: Mơ hình đường dây ngắn 54 Hình 3.2: Mơ hình đường dây trung bình 55 Hình 3.3: Mơ hình đường dây dài 55 Hình 3.4: Mơ hình đường dây dài mơ theo mạch PI 55 Hình 3.5:Mơ hình mơ đường dây trung bình 57 Hình 3.6: Mơ hình mơ đường dây dài 57 Hình 3.7: Mơ hình mơ tính tốn thơng số đường dây 58 Phạm Ngọc Chiến – 18AKTĐ – 2018A Tính tốn xác định thông số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM Hình 3.8: Mơ hình đường dây 500 kV có trang bị tụ bù dọc kháng bù ngang đầu đường dây 63 Hình 3.9: Mơ hình mơ đường dây 500 kV khơng trang bị TBD KBN 64 Hình 3.10: Mơ hình mơ đường dây 500 kV trang bị KBN 64 Hình 3.11: Mơ hình mơ đường dây 500 kV trang bị TBD 66 Hình 3.12: Mơ hình mơ đường dây 500 kV trang bị TBD KBN 67 Hình 3.13: Lưu đồ xác định thông số đường dây 73 Phạm Ngọc Chiến – 18AKTĐ – 2018A Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số liệu sản lượng phụ tải hệ thống điện Việt Nam 2020 13 Bảng 1.2: Số liệu sản lượng phụ tải hệ thống điện Việt Nam 2020 13 Bảng 1.3: Số liệu công suất phụ tải hệ thống điện Việt Nam qua năm 13 Bảng 1.4: Số liệu sản lượng phát điện loại hình nguồn điện qua năm 19 Bảng 1.5: Cơ cấu nguồn điện việt Nam năm 2020 20 Bảng 1.6: Các thông số đường dây 24 Bảng 2.1: So sánh thiết bị RTU PMU 46 Bảng 3.1: Phân loại đường dây theo tỷ số trở kháng 54 Bảng 3.2: Phân loại đường dây theo chiều dài 54 Bảng 3.3: Bộ kết thông số đường dây 74 Bảng 4.1: Bộ kết thông số đường dây theo số EQ 83 Bảng 4.2: Bộ kết thông số đường dây theo số FEI 84 Phạm Ngọc Chiến – 18AKTĐ – 2018A Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề, tóm tắt luận văn 1.1.1 Đặt vấn đề, mục đích thực đề tài Cùng với phát triển kinh tế, Hệ thống điện Việt Nam ngày mở rộng với nhiều đường dây liên kết vùng miền Do đặc thù phân bố nguồn lượng sơ cấp, địa hình trung tâm phụ tải nội miền miền không đồng nên nhu cầu truyền tải công suất đường dây đấu nối, liên kết ngày tăng (đặc biệt đường dây 500kV Bắc – Trung – Nam) đóng vai trò quan trọng việc vận hành hệ thống điện hợp cách an toàn, liên tục, ổn định, đảm bảo chất lượng điện nâng cao hiệu kinh tế Các đường dây truyền tải đấu nối trung tâm Thuỷ điện, Nhiệt điện NMĐ Năng lượng tái tạo để truyền tải công suất từ nhà máy điện trung tâm phụ tải ngày nhiều Ở cấp điện áp 500kV, năm 1994, đường dây 500kV Bắc – Trung – Nam đưa vào vận hành với mạch đến mở rộng thành mạch mạch giao diện Trung – Nam để đảm bảo nhu cầu truyền tải Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống điện Với vai trò ý nghĩa to lớn đường dây tải điện 500 kV, thấy cơng tác mơ mơ hình đường dây 500 kV tốn tính tốn phân tích hệ thống điện phục vụ cơng tác tính tốn lập kế hoạch vận hành vận hành thời gian thực HTĐ quan trọng Công tác mô thông số đường dây 500 kV giao diện phần mềm đầu Phạm Ngọc Chiến – 18AKTĐ – 2018A Tính tốn xác định thông số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM 3.3.2 Lưu đồ công việc thực tính tốn xác định thơng số đường dây Sơ đồ thiết kế lấy tín hiệu cho PMU Sơ đồ đánh số trạm biến áp 500 kV Dữ liệu đầu vào Cơ sở liệu từ hệ thống WAMS Kết đầu Hình 3.13: Lưu đồ xác định thơng số đường dây 3.3.3 Ứng dụng ngơn ngữ lập trình PYTHON để xây dựng cơng cụ tính tốn xác định thông số thứ tự thuận đường dây Dựa sở lý thuyết, thông số đầu vào đề cập đồng thời với việc tính tốn với số lượng lớn phép tính (ít 3000 phép tính cho đường dây 500kV) Do đó, phương pháp kết hợp với ngơn ngữ lập trình Python để xây dựng cơng cụ tính tốn tự động thông số thứ tự thuận đường dây 500 kV sở đầu vào phương pháp luận trình bày 3.3.4 Kết tính tốn Sau hồn thành cơng cụ tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV, dựa sở liệu WAMs có, tác giả thực tính tốn thông số thứ tự thuận 20 đường dây 500 kV Các đường dây 500 kV lại, ảnh hưởng chất lượng ổn định tín hiệu đầu vào, số trạm biến áp chưa đưa tín hiệu PMU vào sử dụng nên tạm thời chưa thể thực tính tốn xác định thơng số cho đường dây Phạm Ngọc Chiến – 18AKTĐ – 2018A 73 Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM Dưới bảng thể kết tính tốn xác định thông số đường dây 500 kV từ hệ thống WAMs (cột III) Trong bảng có đề cập đến thông số thứ tự thuận đường dây 500 kV hữu (bộ thông số đơn vị tư vấn tính tốn từ phương pháp giả định ước lượng phương pháp đo trực tiếp (Cột I) Trong đó, kết tính tốn từ phương pháp giả định ước lượng sở liệu sử dụng trực tiếp tốn tính tốn mô hệ thống điện EVNNLDC Đối với kết đo trực tiếp thông số đường dây (cột II), tác giả thu thập từ kết đo trực tiếp từ đơn vị quản lý vận hành lưới điện Bảng 3.3: Bộ kết thông số đường dây ST T Tên đường dây Length (km) Kết có phương pháp giả định ước lượng (I) R X Ω/km Ω/km B µS/km Kết đo trực tiếp thông số đường dây (II) R Ω/km X Ω/km Thơng số tính tốn theo phương pháp đề tài (III) B R µS/km Ω/km X Ω/km B µS/km 563, 573 Phú Mỹ 572 Sông Mây 65.85 0.0231 0.2645 4.3260 0.0230 0.2610 4.0230 0.0120 0.2596 4.5718 576, 566 Phú Mỹ 576 Nhà Bè 42.59 0.0312 0.2794 3.9803 0.0220 0.2770 4.0450 0.0321 0.2756 4.4086 575, 565 Phú Mỹ 577 Nhà Bè 42.63 0.0312 0.2794 3.9803 0.0220 0.2700 4.0750 0.0332 0.2723 4.4123 572 Pleiku - 574 DakNong 288 0.0277 0.2819 4.2447 0.0260 0.2900 4.1690 0.0114 0.2834 4.2820 575 Pleiku - 574 Di Linh 312.5 0.0277 0.2819 4.2436 0.0274 0.2930 3.9690 0.0240 0.2859 4.2107 572 Dak Nong 574 Cầu Bông 178 0.0277 0.2819 4.2436 0.0250 0.2780 3.9310 0.0287 0.2793 4.3504 582 Nho Quan 572 Thường Tín 74.3 0.0278 0.2818 4.2436 0.0240 0.2850 3.9100 0.0346 0.3136 4.4313 574 Phú Mỹ - 571 Sông Mây 65.85 0.0231 0.2645 4.3260 0.0150 0.2774 4.5704 571 Nho Quan 582 Hà Tĩnh 289.26 0.0277 0.2819 4.2436 0.0211 0.2679 4.1423 10 574 Nho Quan 580 Hà Tĩnh 307 0.0277 0.2819 4.2436 0.0214 0.2635 4.1591 11 571 Vũng Áng 571 Hà Tĩnh 69 0.0271 0.2820 4.1705 0.0293 0.3026 4.4699 12 574 Hà Tĩnh - 574 Đà Nẵng 392 0.0277 0.2819 4.2434 0.0215 0.2700 4.2893 Phạm Ngọc Chiến – 18AKTĐ – 2018A 74 Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM 13 574 Vũng Áng 575 Đà Nẵng 354.5 0.0276 0.2819 4.2299 0.0201 0.2611 4.2688 14 576 Đà Nẵng 574 Dốc Sỏi 108 0.0278 0.2819 4.2437 0.0165 0.2746 4.2675 15 572 Đà Nẵng 574 Thạnh Mỹ 69 0.0225 0.2645 4.3500 0.0251 0.2589 4.1650 16 572 Dốc Sỏi - 578 Pleiku 188 0.0277 0.2819 4.2436 0.0284 0.2623 4.1666 17 583 Pleiku - 572 Thạnh Mỹ 231 0.0231 0.2768 4.1197 0.0252 0.2877 4.2493 18 571 Phú Lâm 585 Nhà Bè 16.5 0.0288 0.2788 3.9801 0.0279 0.2622 4.2638 19 581 Thường Tín 576 Phố Nối 34.2 0.0277 0.2819 4.2436 0.0410 0.2642 4.2435 20 582 Thường Tín 575 Phố Nối 34.2 0.0277 0.2819 4.2436 0.0459 0.2628 4.2446 Phạm Ngọc Chiến – 18AKTĐ – 2018A 75 Tính tốn xác định thông số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC THƠNG SỐ ĐƯỜNG DÂY ĐƯỢC TÍNH TỐN THƠNG QUA BÀI TỐN STATE ESTIMATION 4.1 Tìm hiểu ứng dụng OpenNet 4.1.1 Ứng dụng OpenNet OpenNet ứng dụng chuyên dụng để thực tính tốn lưới điện, sử dụng cho tính tốn hệ thống điện online phân tích, lập kế hoạch hệ thống điện Ứng dụng OpenNet bao gồm kết hợp chức như: NTP, SE, PF, VA, OPF, TSA, VSA OpenNet ứng dụng thuộc hệ thống EMS (đang trang bị Trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia) 4.1.2 Các chức OpenNet - Chức NTP: “Xác định cấu trúc lưới” Phạm Ngọc Chiến – 18AKTĐ – 2018A 76 ... pháp xác định thông số đường dây 500 kV 1.3.1 Phương pháp tính tốn lý thuyết giả định ước lượng Hiện để xác định thông số kỹ thuật đường dây 500 kV, từ trước tới đa phần sử dụng thông số đường dây. .. 3.3 Thực tính tốn xác định thơng số thứ tự thuận đường dây 500 kV 72 Phạm Ngọc Chiến – CA180201 Tính tốn xác định thơng số đường dây 500 kV sử dụng CSDL từ hệ thống WAM 3.3.1 Cơ sở liệu đầu vào... Một số khái niệm chung hệ thống WAMs 2.2.1 Hệ thống giám sát diện rộng (WAMs) Hệ thống WAMs hệ thống giám sát hệ thống điện thông qua tín hiệu điện áp, dịng điện (bao gồm độ lớn, góc pha, tần số)