MÔ PHỎNG các sự cố lớn về điện áp TRONG hệ THỐNG điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO TỔNG HỢP NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CÁC SỰ CỐ LỚN VỀ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Hà Nội, tháng 12/2016 i ii Mở đầu Tài liệu trích từ báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ GD-ĐT “Nghiên cứu xây dựng phần mềm mô hệ thống điện 500kV Việt Nam nhằm phát cảnh báo nguy rã lưới”, phục vụ cho khóa đào tạo “Điều độ, tính tốn phương thức hệ thống điện” cho chuyên gia Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) Người thực chính: • • TS Nguyễn Xuân Tùng TS Nguyễn Đức Huy iii Mục lục DANH MỤC HÌNH VẼ xi DANH MỤC BẢNG .xvi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvii Chương GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Mở đầu 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Cấu trúc báo cáo Chương TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN LỚN VÀ CƠ CHẾ CỦA CÁC SỰ CỐ DIỆN RỘNG 2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện 2.2 Mơ hình tốn học tốn nghiên cứu q trình ổn định dài hạn 2.2.1 Mơ hình tốn học 2.2.2 Quá trình ổn định 10 2.3 Một số cố gây ổn định điển hình giới Việt Nam 11 2.3.1 Sự cố Pháp ngày 19/12/1978 11 2.3.2 Sự cố Italia ngày 28/9/2003 11 2.3.3 Sự cố Tokyo – Nhật Bản ngày 23/7/1987 12 2.3.4 Sự cố tách lưới châu Âu ngày 4/11/2006 13 iv 2.3.5 Sự cố diện rộng lưới điện Việt Nam ngày 22 tháng năm 2013 13 2.4 Cơ chế cố rã lưới cố diện rộng 13 2.5 Sự làm việc hệ thống rơ le bảo vệ cố diện rộng 14 2.5.1 Rơ le dòng điện 14 2.5.2 Rơ le khoảng cách 14 2.5.3 Rơ le phát đồng 15 2.5.4 Rơ le bảo vệ kích từ máy phát (OEL) 16 2.5.5 Rơ le sa thải phụ tải 17 Chương THIẾT BỊ ĐO ĐỒNG BỘ GÓC PHA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 19 3.1 Giới thiệu thiết bị đo đồng góc pha 19 3.2 Các ứng dụng thiết bị đo PMU 21 3.2.1 Các ứng dụng giám sát diện rộng 21 3.2.2 Các ứng dụng off-line 25 3.2.3 Xây dựng trình tự kiện xác định điểm cố 27 3.3 Các ứng dụng điều khiển bảo vệ diện rộng dựa PMU 28 3.3.1 Trợ giúp trình khởi động đen khôi phục hệ thống điện 28 3.3.2 Bảo vệ chống đồng diện rộng 28 3.3.3 Điều khiển ổn định dao động công suất 28 Chương BÀI TOÁN TỐI ƯU HĨA VỊ TRÍ ĐẶT THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG ĐỒNG BỘ PHA TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 30 4.1 Các luật quan sát PMU 30 4.1.1 Luật quan sát thứ 30 4.1.2 Luật quan sát thứ hai 31 v 4.1.3 4.2 Luật quan sát thứ ba 32 Sơ đồ rút gọn 32 4.2.1 Máy biến áp 32 4.2.2 Các kháng điện, tụ bù ngang 33 4.2.3 Các tụ bù dọc 33 4.3 Bài toán xác định vị trí đặt tối ưu cho thiết bị PMU lưới điện 34 4.3.1 Bài tốn tối ưu vị trí PMU truyền thống 35 4.3.2 3.3.2 Bài tốn tối ưu vị trí đặt PMU có xét đến nút ZIB 35 4.3.3 Bài tốn tối ưu vị trí đặt PMU có xét đến PMU bị hư hỏng 36 4.3.4 Bài toán tối ưu điểm đặt PMU có xét đến nhánh bị cắt 37 4.3.5 3.3.5 Công cụ giải toán tối ưu 37 4.4 Kết áp dụng mơ hình lưới điện 38 4.4.1 Các lưới điện mẫu IEEE 38 4.4.2 Hệ thống điện 220 – 500kV Việt Nam 41 4.5 Kết luận 42 Chương BÀI TOÁN ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI 43 5.1 Giới thiệu toán đánh giá trạng thái 43 5.2 Thuật toán giải toán đánh giá trạng thái 44 5.2.1 Kỹ thuật ước lượng hợp lý cực đại (MLE maximum likelihood estimation) 44 5.2.2 Phương pháp bình phương cực tiểu có trọng số 45 5.3 Các bước thực SE 47 5.3.1 Tính tốn hàm số h(x) 47 5.3.2 Tính tốn ma trận Jacobian H(x) 49 vi 5.4 Phát xác định liệu đo khơng xác 50 5.4.1 Chuẩn hóa sai số 51 5.4.2 Phát xác định liệu sai 51 5.4.3 Thuật toán áp dụng 52 5.5 Áp dụng 53 5.6 Kết luận 57 Chương 6.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 58 Mơ hình toán học toán ổn định định thức ma trận Jacobi 58 6.1.1 Hệ phương trình vi phân đại số mơ tả q trình động học hệ thống điện 58 6.1.2 Hệ phương trình chế độ xác lập 59 6.1.3 Ổn định chế độ xác lập 59 6.1.4 Quan sát ma trận Jacobi lưới điện thu gọn 61 6.2 Phương pháp độ nhạy, xác định nút yếu 62 6.3 Giới hạn truyền tải công suất 64 6.3.1 Mơ hình tốn tối ưu phi tuyến tìm giới hạn truyền tải cơng suất 64 6.3.2 Phương pháp trào lưu công suất liên tục, đường cong P-V, đường cong V-Q 66 6.4 Phương pháp mạng cửa tương đương 67 6.4.1 Giới thiệu 67 6.4.2 Tổng trở mạng cửa tương đương 68 6.5 Phương pháp đánh giá ổn định dựa theo dõi độ dự trữ công suất phản kháng 70 6.6 Phương pháp đánh giá online độ nhạy công suất phản kháng 71 Chương Mơ phân tích cố diện rộng 73 vii 7.1 Phương pháp nghiên cứu 73 7.2 Lưới điện mẫu IEEE 39 nút (New England) 73 7.2.1 Kịch mô cắt máy phát G9 (nút 38) 74 7.2.2 Ảnh hưởng rơ le bảo vệ cố lưới điện New England 76 7.3 Lưới điện Nordic Test system 78 7.3.1 Mô tả lưới điện Nordic kịch cố sụp đổ điện áp 78 7.3.2 Đáp ứng lưới Nordic xét đến ảnh hưởng rơ le 82 7.4 Lưới điện Việt Nam năm 2012 83 7.4.1 Mô tả chế độ làm việc 83 7.4.2 Kịch 84 7.4.3 Kịch 93 7.4.4 Kết luận 105 7.5 Lưới điện Việt nam 500-220kV 105 7.6 Kết luận chương 108 Chương GIỚI THIỆU CÁC MƠ ĐUN CHƯƠNG TRÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 109 8.1 Mơ hình nghiên cứu tiêu chuẩn ổn định 109 8.2 Mơ đun chương trình đánh giá ổn định dựa định thức ma trận Jacobi 110 8.2.1 Kết với lưới New England 110 8.2.2 Kết với lưới điện Nordic 111 8.2.3 Kết với lưới điện Việt Nam 500-220kV 112 8.3 Mô đun chương trình đánh giá ổn định dựa phân tích độ nhạy 113 8.3.1 Lưới điện New England 113 8.3.2 Lưới điện Nordic 115 viii 8.3.3 8.4 Lưới Việt Nam 500-220kV 116 Mô đun chương trình đánh giá ổn định dựa phương pháp biến thiên thông số 118 8.4.1 Lưới điện New England 118 8.4.2 Lưới điện Nordic 119 8.4.3 Lưới điện Việt Nam 120 8.5 Mơ đun chương trình phân tích ổn định dựa phương pháp mạng cửa tương đương 121 8.5.1 Lưới điện New England 121 8.5.2 Lưới điện Nordic 122 8.5.3 Lưới điện Việt Nam 2012 123 8.5.4 Nhận xét 124 8.6 Mô đun chương trình phân tích ổn định dựa phương pháp đánh giá độ dự trữ công suất phản kháng 124 8.6.1 Đánh giá độ nhạy lưới điện New England 125 8.6.2 Đánh giá độ nhạy lưới điện mẫu Nordic 126 8.6.3 Đánh giá độ nhạy lưới điện Việt Nam 2012 128 8.7 Kết luận 129 Chương 9.1 NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NGĂN CHẶN RÃ LƯỚI 131 Sa thải phụ tải theo điện áp 131 9.1.1 Giới thiệu 131 9.1.2 Nguyên tắc chỉnh định 133 9.1.3 Đánh giá kết số HTĐ mẫu 136 9.2 Sa thải phụ tải thích nghi 139 ix 9.2.1 Đánh giá khả tải dựa toán OPF với ràng buộc bổ sung 139 9.2.2 Kết mô 141 9.3 Kết luận chương 143 Chương 10 KẾT LUẬN 10-1 10.1 Kết luận chung 10-1 10.2 Hướng phát triển đề tài 10-3 Tài liệu tham khảo x ... vệ ngăn ngừa cố diện rộng Chương 10 trình bày kết luận đề tài Chương TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN LỚN VÀ CƠ CHẾ CỦA CÁC SỰ CỐ DIỆN RỘNG 2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện Theo phân... cố diện rộng Các cố diện rộng hệ thống điện thường đặc trưng tượng sụt áp khu vực rộng lớn, tượng dao động công suất xảy một nhóm máy phát điện Các tượng dẫn đến tác động không mong muốn hệ thống. .. đầu phân áp có điều áp tải ngun nhân dẫn đến cố sụp đổ điện áp Trong giai đoạn cuối trình sụp đổ điện áp, tác động rơ le bảo vệ lưới truyền tải có ảnh hưởng lớn đến diễn biến cố Các mô cho thấy