Nâng cao ổn định hệ thống điện bạc liêu sử dụng thiết bị statcom

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRỌNG KHA NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN BẠC LIÊU SỬ DỤNG THIẾT BỊ STATCOM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRỌNG KHA NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN BẠC LIÊU SỬ DỤNG THIẾT BỊ STATCOM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2019 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN TRỌNG KHA Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06-07-1976 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Hữu Định, Châu Thành, Bến Tre Dân tộc: Kinh Chổ riêng địa liên lạc: 101A, ấp Phú Hữu xã Hữu Định huyện Châu Thành tỉnh Bến Tre Điện thoại quan: 075.850.1199 Điện thoại nhà riêng: 02753.814.666 E-mail: khadlbt2011@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo : Nơi học (trường, thành phố): Ngành học : Đại học: Hệ đào tạo: vừa làm vừa học Thời gian đào tạo từ 10/2005 đến 10/2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu giảm tổn thất điện lưới trung 22kV sử dụng phần mềm PSS-ADPET Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 6/2012, ĐH Bách Khoa Tp.HCM Người hướng dẫn: Thầy Tô Hữu Phúc III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Cơng việc đảm nhiệm 5/2015- Phịng An tồn – Công ty Điện lực Bến Tre Cán an tồn i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng năm 2019 Học viên Nguyễn Trọng Kha ii LỜI CẢM ƠN Qua trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, học trị kính gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến:  PGS TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN thầy, tận tình dạy, tạo điều kiện động viên học trò suốt q trình thực  Q thầy giáo tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn học trò thành viên lớp Cao học chun ngành Kỹ Thuật Điện 2018a tồn khố học  Quý thầy cô giảng dạy khoa Điện - Điện Tử, phòng Đào tạo – phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh giúp đỡ người thực thời gian học tập nghiên cứu trường  Kính gửi lời cảm ơn tới BGH Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho cho học viên trường học tập nghiên cứu Kính chúc Quý thầy thật nhiều sức khỏe Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng năm 2019 Học viên NGUYỄN TRỌNG KHA iii TÓM TẮT Luận văn “Nâng cao ổn định hệ thống điện Bạc Liêu sử dụng thiết bị Statcom” đánh giá đưa biện pháp nhằm nâng cao độ ổn định hệ thống điện Bạc Liêu có tích hợp điện gió sử dụng thiết bị bù Statcom Mơ hình tốn học hệ thống điện gió thiết bị bù Statcom nghiên cứu để đánh nâng cao độ ổn định cho hệ thống Các đáp ứng miền thời gian trường hợp có khơng có Statcom cho thấy tính hiệu Statcom việc hạn chế dao động điện áp hệ thống với nhiễu loạn khác iv ABSTRACT The thesis "Improving the stability of Bac Lieu power system using Statcom" evaluates and improves the stability of the Bac Lieu power system integrated with wind energy using Statcom The mathematical model of Statcom and wind power system is considered to evaluate and improve the stability of the studied system Time-domain responses of the studied system with and without Statcom have proven the effectiveness of Statcom in mitigating the voltage with different disturbances v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC BẢNG viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu đề tài 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Ý nghĩa luận văn 1.5 Tính thực tiễn đề tài 1.6 Mục tiêu nhiệm vụ 1.7 Phương pháp giải 1.8 Giới hạn đề tài 1.9 Điểm luận văn 1.10 Phạm vi ứng dụng 1.11 Bố cục luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đặt vấn đề: 2.2 Các giới hạn ổn định hệ thống điện: 2.2.1 Khái niệm ổn định điện áp: 2.2.2 Sự sụp đổ điện áp hệ thống điện: 10 CHƯƠNG 23 HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ BẠC LIÊU VÀ STATCOM 23 3.1 Giới thiệu hệ thống điện gió Bạc liêu 23 3.2 Máy phát điện gió DFIG 24 3.2.1 Một số phương trình toán máy phát DFIG 26 3.2.2 Hệ thống điều khiển chuyển đổi phía rotor 27 3.2.3 Hệ thống điều khiển chuyển đổi phía lưới 30 vi 3.2.4 Hệ thống điều khiển góc xoay cánh quạt gió 31 32 3.3 Giới thiệu STATCOM 3.3.1 Mơ hình mạch 34 3.3.2 Mơ hình tính tốn STATCOM: 35 3.3.3 Chức năng, ứng dụng STATCOM: 35 3.3.4 Sơ đồ điều khiển STATCOM 36 CHƯƠNG 41 NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG STATCOM 41 4.1 Tổng quan hệ thống điện Bạc Liêu: 41 4.2 Ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định cho hệ thống điện Bạc Liêu 48 Chương 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 5.1 Kết luận 55 5.2 Kiến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 vii a Sơ đồ kết nối lưới 110 kV thứ 46 b Sơ đồ kết nối lưới 110 kV thứ hai Hình 4 Sơ đồ kết nối lưới 110 kV 47 Hình 4.5 Sơ đồ lưới điện Bạc Liêu mô phần mềm Matlab 4.2 Ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định cho hệ thống điện Bạc Liêu Phần trình bày kết mơ so sánh trường hợp chưa kết nối STATCOM (đường màu xanh) kết nối với STATCOM (đường màu đỏ) cho hệ thống điện Bạc Liêu với điều kiện vận hành khác Trong đó, Hình 4.5 trình bày cố ngắn mạch pha bus Bạc liêu thời gian chu kỳ thời điểm 0,5 giây 48 1.2 Vdien gio (p.u.) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 t (giây) 1.5 a Điện áp điện gió 1.4 Idien gio (p.u.) 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0.5 t (giây) 1.5 b Dịng điện điện gió 49 0.7 Pdien gio (p.u.) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.5 t (giây) 1.5 c Công suất tác dụng điện gió 0.7 Qdien gio (p.u.) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.5 t (giây) 1.5 d Cơng suất phản kháng điện gió 50 1.2 VBac lieu (p.u.) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 t (giây) 1.5 e Điện áp bus Bạc Liêu 1.2 VTra noc (p.u.) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 t (giây) 1.5 f Điện áp bus Trà Nóc 51 1.2 VAn xuyen (p.u.) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 t (giây) 1.5 g Điện áp bus An Xuyên 1.2 0.8 0.6 0.4 V 220kV Rach gia (p.u.) 0.2 0 0.5 t (giây) 1.5 h Điện áp bus 220 kV Rạch giá Hình Kết mơ ngắn mạch bus Bạc Liêu Qua kết thể Hình 4.6 ta nhận thấy có STATCOM độ dao động hệ thống giảm đáng kể, cụ thể hệ thống có STATCOM, biên độ vọt lố thời gian xác lập cải thiện Thời gian độ giảm làm cho chất lượng điện tốt 52 Để đánh giá thêm khả đáp ứng hệ thống ta tiến hành mô trường hợp tốc độ gió thay đổi từ 8m/s lên 10 m/s thời điểm giây Các kết trình bày Hình 4.7 Trong giá trị điện áp, dịng điện cơng suất điện gió trình bày Hình 4.7a đến Hình 4.7c giá trị điện áp bus Bạc Liêu thể Hình 4.7d Có thể nhận thấy rằng, tốc độ gió thay đổi cơng suất nhà máy điện gió thay đổi theo điện áp bus kết nối vào (bus Bạc Liêu) trì ổn định Vdien gio (p.u.) 1.05 0.95 10 15 20 t (giây) 25 30 35 40 a Điện áp điện gió 0.4 0.3 0.25 I dien gio (p.u.) 0.35 0.2 10 15 20 t (giây) 25 b Dịng điện điện gió 53 30 35 40 Pdien gio (p.u.) 3.5 2.5 1.5 10 15 20 t (giây) 25 30 35 40 c Cơng suất tác dụng điện gió V Bac lieu (p.u.) 1.05 0.95 10 15 20 t (giây) 25 30 d Điện áp bus Bạc Liêu Hình Kết mơ tốc độ gió tăng 54 35 40 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Luận văn trình bày việc cải thiện ổn định điện áp hệ thống điện gió tỉnh Bạc Liêu Để cung cấp cơng suất phản kháng thích hợp cho hệ thống, thiết bị bù STATCOM đề xuất Các kết mô so sánh trường hợp chưa có có STATCOM miền thời gian với cố ngắn mạch pha thực nhằm chứng minh hiệu STATCOM đề xuất việc hạn chế dao động hệ thống Đặc biệt dao động điện áp bus cải thiện cách đáng kể Ngoài ra, luận văn cịn đề cập đến trường hợp vận tốc gió thay đổi điện áp bus trì mức ổn định Từ kết mơ ta kết luận thiết bị bù STATCOM kết nối vào lưới điện cung cấp công suất phản kháng cách nhanh chóng giúp cho đáp ứng hệ thống tốt việc cải thiện chất lượng điện 5.2 Kiến nghị Luận văn phát triển theo hướng sau:  Chọn lựa dung lượng STATCOM cho tối ưu với hệ thống  Nghiên cứu, khảo sát hệ thống với việc sử dụng thiết bị khác họ FACTS để nâng cao khả hoạt động ổn định hệ thống 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Z Miao, L Fan, D Osborn, and S Yuvarajan, “Control of PMSG-based wind generation to improve interarea oscillation damping,” IEEE Trans Energy Conversion, vol 24, no 2, pp 415-422, June 2009 [2] Phan Thị Thanh Bình, Nguyễn Thụy Mai Khanh, Nguyễn Ngọc Âu ,“Phân tích tĩnh ổn định điện áp có máy phát điện gió”, Tạp chí phát triển KH&CN, tập 19, số K5-2016 [3] G Tsourakis, B M Nomikos, and C D Vournas, “Effect of wind parks with doubly fed asynchronous generators on small-signal stability,” Electric Power Systems Research, vol 79, no 1, pp 190-200, Jan 2009 [4] Nguyễn Vũ Phương Thảo Đánh giá ổn định hệ thống nhiều máy phương pháp mô Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 12/2012 [5] Nguyễn Thị Phương Quỳnh Ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 01/2013 [6] Nguyễn Hồng Anh – Nguyễn Bê Ảnh hưởng thời gian tồn ngắn mạch đường dây 500 kV đến ổn định nhà máy điện hệ thống điện Việt Nam Đại học Đà Nẵng, 14/5/2015 [7] Z Miao, L Fan, D Osborn, and S Yuvarajan, “Control of DFIG-based wind generation to improve interarea oscillation damping,” IEEE Trans Energy Conversion, vol 24, no 2, pp 415-422, June 2009 85 [8] Phan Thị Thanh Bình, Nguyễn Thụy Mai Khanh, Nguyễn Ngọc Âu ,“Phân tích tĩnh ổn định điện áp có máy phát điện gió DFIG”, Tạp chí phát triển KH&CN, tập 19, số K5-2016 [9] G Tsourakis, B M Nomikos, and C D Vournas, “Effect of wind parks with doubly fed asynchronous generators on small-signal stability,” Electric Power Systems Research, vol 79, no 1, pp 190-200, Jan 2009 56 [10] H F Wang, “Design of SSSC damping controller to improve power system oscillation stability,” in Proc 1999 IEEE AFRICON, vol 1, pp 495-500 [11] M S Castro, H M Ayres, V F da-Costa, and L C P da-Silva, “Impacts of the SSSC control modes on small-signal and transient stability of a power system,” Electric Power Systems Research, vol 77, no 1, pp 1-9, Jan 2007 [12] Luận văn Thạc sĩ: “Đánh giá ổn định hệ thống điện tích hợp lượng gió dùng điều khiển luồng công suất mở rộng GUPFC”Nguyễn Văn Qúi, trường ĐHSPKT TPHCM, 2015 [13] Nguyễn Trung Hiếu, Trương Đình Nhơn, Nguyễn Thị Mi Sa,“Nghiên cứu ứng dụng SSSC điều khiển ổn định hệ thống điện”, trường ĐHSPKT TPHCM [14] Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai, Angelika Wasielke Chương trình dự án lượng gió GIZ: Tình hình phát triển điện gió khả cung ứng tài cho dự án Việt Nam 2012 [15] Quyết định số 39/2018/QĐ-TTg ngày 10/9/2018 Thủ Tướng Chính Phủ [16] S M Muyeen, R Takahashi, T Murata, and J Tamura, “A variable speed wind turbine control strategy to meet wind farm grid code requirements,” IEEE Trans Power Systems, vol 25, no 1, pp 331-340, 2010 [17] N P W Strachan and D Jovcic, “Stability of a variable-speed permanent magnet wind generator with weak AC grids,” IEEE Trans Power Delivery, vol 25, no 4, pp 2779-2788, 2010 [18] S Zhang, K.-J Tseng, D M Vilathgamuwa, T D Nguyen, and X.-Y Wang, “Design of a robust grid interface system for PMSG-based wind turbine generators,” IEEE Trans Industrial Electronics, vol 58, no 1, pp 316-328, 2011 [19] L Wang, D.-N Truong, “Stability improvement of a DFIG-based offshore wind farm fed to a multi-machine power system using a static VAR compensator”, in IEEE Proc Industry Applications Society Annual Meeting 57 (IAS), 7-11 Oct 2012, pp 1-7 [20] L Wang and D.-N Truong, “Dynamic stability improvement of four paralleloperated PMSG-based offshore wind turbine generators fed to a power system using a STATCOM,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol 28, no 1, pp 111-119, Jan 2013 [21] P Kundur, Power System Stability and Control, New York: McGrawHill, 1994 [22] L Wang and D.-N Truong, “Stability enhancement of a power system with a PMSG-based and a DFIG-based offshore wind farms using an SVC with an adaptive-network-based fuzzy inference system,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 60, no 7, pp 2799-2807, Jul 2013 [23] Gilbert M Masters, Stanford University; Wiley Renewable and Efficient Electric Power Systems [24] Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex, France Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator [25] Erickson, Al-Naseem, University of Colorado Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application [26] Hee-Sang Ko, Gi-Gab Yoon, Won-Pyo Hong, 2008; “Active Use of DFIGBased Variable-Speech Wind-Turbine for Voltage Regulation,” IEE transactions on industry applications , vol.44, no.6, November 2008 [27] H Chaal, “A Chemical Reactor Benchmark For Adaptive Control Using Umodel And NARMA-L2 Techniques,” International Conference on Control, Automation and Systems, ICCAS '07, Seoul, pp.2871 – 2875, October 2007 58 [28] R S Pena, “Vector control strategies for a doubly-fed induction generator driven by a wind turbine,” Ph.D dissertation, Dept Electrical Engineering, Univ Nottingham, Nottingham, U.K., 1996 [29] L M Fernandez, C A García, F Jurado, and J R Saenz, “Aggregation of doubly fed induction generators wind turbines under different incoming wind speeds,” in Proc IEEE PowerTech Conference, Petersburg, Russia, Jun 27-30, 2005, pp.1-6 [30] S Heier, Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems, Chichester, UK: Wiley & Sons, 1998 [31] Z Lubosny, Wind Turbine Operation in Electric Power Systems, New York, USA: Springer, 2003 [32] F Mei and B Pal, “Modal analysis of grid-connected doubly fed induction generators,” IEEE Trans Energy Conversion, vol 22, no 3, pp 728-736, Sep 2007 [33] N Mohan, Advanced Electric Drives, Minneapolis, MN, USA: MNPERE, 2001 [34] J Zhang, M Cheng, Z Chen, and X Fu, “Pitch angle control for variable speed wind turbines,” in Proc the 3rd International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, Nanjing, China, Apr 6-9, 2008, pp 2691-2996 [35] Công ty Cổ phần Super Wind Energy Công Lý Bạc Liêu [36] Trương Đình Nhơn, Phạm Văn Hiệp, Ứng dụng thiết bị bù ngang (SVC) để nâng cao độ ổn định động máy phát điện gió nguồn đơi (DFIG) kết nối với lưới điện Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, số 29, tr 44, 2014 59 S K L 0 ... Luận văn ? ?Nâng cao ổn định hệ thống điện Bạc Liêu sử dụng thiết bị Statcom? ?? đánh giá đưa biện pháp nhằm nâng cao độ ổn định hệ thống điện Bạc Liêu có tích hợp điện gió sử dụng thiết bị bù Statcom. .. ứng dụng STATCOM: 35 3.3.4 Sơ đồ điều khiển STATCOM 36 CHƯƠNG 41 NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG STATCOM 41 4.1 Tổng quan hệ thống điện Bạc Liêu: 41 4.2 Ứng dụng STATCOM để nâng cao. .. định hệ thống điện 1.3 Tính cấp thiết đề tài Đề tài nghiên cứu nâng cao ổn định hệ thống điện gió Bạc Liêu sử dụng thiết bị bù đồng tĩnh STATCOM vấn đề quan trọng giúp vận hành ổn định hệ thống điện,