Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sữ dụng chỉ số vcpi và vsi qua mô ...

Tài liệu Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sữ dụng chỉ số vcpi và vsi qua mô phỏng

.PDF
81
643
58

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG CHỈ SỐ VCPI VÀ VSI QUA MÔ PHỎNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Ths. Trần Anh Nguyện Bùi Thanh Duy (MSSV: 1110978) Ngành: Kỹ thuật điện – Khóa: 37 Tháng 05 năm 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN Cần Thơ, ngày 08 tháng 01 năm 2015 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN HỌC KỲ 2 NĂM HỌC 2014 - 2015 1. Họ và tên sinh viên: Bùi Thanh Duy Ngành: Kỹ thuật điện – điện tử MSSV: 1110978 Khoá: 37 2. Tên đề tài: Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số VCPI và VSI qua mô phỏng. 3. Địa điểm thực hiện: Cần Thơ 4. Họ tên của người hướng dẫn khoa học (NHDKH): Trần Anh Nguyện 5. Mục tiêu của đề tài: Bảo vệ, kiểm soát sự vận hành của hệ thống điện tốt hơn, nhờ vào các chỉ số ổn định điện áp và phần mềm mô phỏng, từ đó hạn chế tối đa có thể tình trạng mất ổn định điệp áp trên hệ thống điện. Đóng góp tích cực vào tiến trình đảm bảo số lượng cũng như chất lượng điện năng cho Đất nước trong giai đoạn hiện đại hóa. 6. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài: gồm các chương CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CÁC CHỈ SỐ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHƯƠNG 4 CHỌN LỰA CÁC CHỈ SỐ VÀ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: Mong nhận được sự giúp đỡ tận tình từ các bạn sinh viên, các giảng viên, các tổ chức và đặc biệt từ cán bộ hướng dẫn luận văn. 8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: (dự trù chi tiết đính kèm, chỉ cần cho LVTN) SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ (Ký tên và ghi rõ họ tên) Ý KIẾN CỦA NHDKH Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. Cán bộ hướng dẫn: Trần Anh Nguyện 2. Tên đề tài: Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số VCPI và VSI qua mô phỏng. 3. Sinh viên thực hiện: Bùi Thanh Duy MSSV: 1110978 4. Lớp: Kỹ Thuật Điện Khoá: 37 5. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh: ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... b. Nhận xét về bản vẽ: ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... c. Nhận xét về nội dung của luận văn:  Các công việc đã đạt được: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... .....................................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... d. Kết luận và đề nghị: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 6. Điểm đánh giá: ..................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Trần Anh Nguyện TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1. Cán bộ phản biện: 2. Tên đề tài: Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số VCPI và VSI qua mô phỏng. 3. Sinh viên thực hiện: Bùi Thanh Duy MSSV: 1110978 4. Lớp: Kỹ Thuật Điện Khoá: 37 5. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh: ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... b. Nhận xét về bản vẽ: ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... c. Nhận xét về nội dung của luận văn:  Các công việc đã đạt được: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... .....................................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... d. Kết luận và đề nghị: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 6. Điểm đánh giá: ..................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015 CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1. Cán bộ phản biện: 2. Tên đề tài: Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số VCPI và VSI qua mô phỏng. 3. Sinh viên thực hiện: Bùi Thanh Duy MSSV: 1110978 4. Lớp: Kỹ Thuật Điện Khoá: 37 5. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh: ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... b. Nhận xét về bản vẽ: ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... c. Nhận xét về nội dung của luận văn:  Các công việc đã đạt được: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... .....................................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... d. Kết luận và đề nghị: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 6. Điểm đánh giá: ..................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015 CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2 Luận văn tốt nghiệp CBHD: Trần Anh Nguyện GIỚI THIỆU  Ngày nay, với xu hướng hiện đại hóa Đất nước, sự gia tăng nhu cầu về năng lượng điện đã buộc hệ thống truyền tải điện phải vận hành liên tục trong điều kiện tối đa, gần với giới hạn bất ổn định. Hệ thống điện phải vận hành trong điều kiện như vậy, sẽ tạo ra một chuỗi các điểm mất ổn định điện áp và cuối cùng có thể dẫn đến sự sụp đổ điện áp hệ thống gây mất điện trên diện rộng. Nhằm giải quyết vấn đề này, một trong những nghiên cứu quan trọng đã được tập trung vào việc sử dụng dữ liệu đồng bộ pha của hệ thống điện, để đưa ra những chỉ số thích hợp cho biết khi nào hệ thống gần mất ổn định điện áp, cũng như tìm ra cơ chế bất ổn. Nhờ vậy, sẽ thường xuyên xác định được trạng thái vận hành của hệ thống điện và từ đó sự tăng cường bảo vệ, kiểm soát hệ thống điện tốt hơn. Luận văn này thảo luận về khả năng áp dụng của hai chỉ số ổn định điện áp từ dữ liệu đồng bộ pha, dựa trên thực tiễn để phân tích sự ổn định điện áp của hệ thống điện. Giả định các trường hợp khác nhau đã được thực hiện trên hệ thống Hệ thống IEEE 39 Bus sử dụng phần mềm PowerWorld mô phỏng. Hai chỉ số đã được phân tích và so sánh với nhau cùng với những phương pháp khách quan khác. Kết quả cho thấy rằng chúng thống nhất với nhau về vấn đề điện áp ổn định của hệ thống, qua đó, nhờ các chỉ số có thể dự đoán sự sụp đổ điện áp cũng như cung cấp cái nhìn sâu sắc vào các điểm khác trong hệ thống có thể đóng góp vào việc cải thiện, giảm thiểu vào sự bất ổn định điện áp. Sau hơn bốn tháng thực hiện, luận văn cơ bản đã hoàn thiện, mong nhận được những đóng góp tích cực từ bạn đọc. Sinh viên thực hiện Bùi Thanh Duy SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang i Luận văn tốt nghiệp CBHD: Trần Anh Nguyện LỜI CẢM ƠN  Sau hơn khoảng bốn tháng thực hiện, luận văn của em đã được hoàn thành, thể hiện những kiến thức mà em đã học cũng như tìm hiểu thêm những thông tin bổ ích từ phía các bạn sinh viên, các giảng viên và các phương tiện thông tin. Ngoài sự cố gắng hết mình, em đã nhận được sự khích lệ rất nhiều từ phía nhà trường, thầy cô, gia đình và bạn bè. Chính vì thế, ngày hôm nay khi hoàn tất xong luận văn này, em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình và các bạn sinh viên đã luôn đồng hành cùng em trong học tập. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành này đến Quý Thầy Cô thuộc bộ môn Kỹ thuật điện – Khoa Công Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt những kiến thức căn bản cho em. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Anh Nguyện đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn này. Để đáp lại tấm chân tình đó, em sẽ cố gắng vận dụng các kiến thức mà mình đã được trang bị vào thực tiễn cuộc sống một cách hiệu quả nhất nhằm mang lại lợi ích cho bản thân và cộng đồng. Tuy nhiên, do hạn chế về kiến thức và quỹ thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em kính mong quý thầy cô thông cảm và rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ các thầy cô. Một lần nữa em xin cảm ơn và xin chúc tất cả quý Thầy Cô được dồi dào sức khỏe, thành đạt hơn trong sự nghiệp! Sinh viên thực hiện Bùi Thanh Duy SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang ii Mục lục CBHD: Trần Anh Nguyện MỤC LỤC CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ....................................................................................... 1 1.1 Giới thiệu chung ............................................................................................ 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 2 1.3 Cấu trúc ..........................................................................................................2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP ..................................................4 2.1 Ổn định hệ thống điện ...................................................................................4 2.1.1 Ổn định góc rotor ....................................................................................4 2.1.2 Ổn định tần số ......................................................................................... 5 2.1.3 Ổn định điện áp ....................................................................................... 5 2.2 Ổn định điện áp.............................................................................................. 5 2.2.1 Khái niệm ................................................................................................ 5 2.2.2 Phân loại..................................................................................................6 2.3 Những hạn chế trong việc ổn định điện áp ....................................................7 2.3.1 Những hạn chế ........................................................................................ 7 2.3.2 Sự cố sụp đổ điện áp ...............................................................................8 2.4 Phân tích ổn định điện áp ..............................................................................9 2.4.1 Phân tích dòng điện.................................................................................9 2.4.2 Đường cong PV và QV .........................................................................10 2.4.3 Điện áp ..................................................................................................14 2.4.4 Phương pháp phân tích .........................................................................14 2.5 Đồng bộ pha.................................................................................................15 CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CÁC CHỈ SỐ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP .............................. 19 3.1 Tìm chỉ số từ phương pháp dòng tải Jacobi ................................................19 3.1.1 Phương thức phân tích mô hình dòng điện ...........................................19 3.1.2 Kiểm nghiệm trên hệ thống WSCC (Western System Coordinating Council – Hội đồng điều phối hệ thống phương Tây) 9 bus ............................. 21 3.2 Các chỉ số dựa trên các bộ đo lường đồng bộ pha .......................................23 3.2.1 Thuật toán tìm thông số tương đương Thevenin ..................................24 3.2.2 Chỉ số ổn định đường dây Lmn ............................................................ 26 3.2.3 Chỉ số ổn định điện áp nhanh FVSI ...................................................... 26 3.2.4 Chỉ số LQP............................................................................................ 26 SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang iii Mục lục CBHD: Trần Anh Nguyện 3.2.5 Chỉ số VSI dựa trên truyền tải điện tối đa ............................................26 3.2.6 Chỉ số VCPI .......................................................................................... 27 CHƯƠNG 4 CHỌN LỰA CÁC CHỈ SỐ VÀ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM ....29 4.1 PowerWorld Simulator ................................................................................29 4.2 Các hệ thống thử nghiệm .............................................................................30 4.2.1 Hệ thống BPA 10 bus ...........................................................................31 4.2.2 Hệ thống IEEE 39 bus ..........................................................................31 4.3 Các trường hợp thử nghiệm .........................................................................35 4.3.1 Đề xuất xác minh sự hiệu quả của hai chỉ số VCPI và VSI trong hệ thống thử nghiệm IEEE 39 Bus ........................................................................35 4.3.2 Tăng tất cả các tải .................................................................................35 4.3.3 Tăng công suất phản kháng ở các tải .................................................... 36 4.3.4 Trường hợp loại bỏ một đường dây truyền tải......................................36 4.3.5 Chọn lựa các trường hợp thử nghiệm ...................................................36 CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ............................................................ 38 5.1 Thuật toán tìm các chỉ số VCPI và VSI ...................................................... 38 5.2 Trường hợp 1: Tăng tất cả các tải (IEEE 39 Bus) .......................................41 5.3 Trường hợp 2: Tăng công suất phản kháng (IEEE 39 Bus) ........................ 49 5.3.1 Thống kê các chỉ số ..............................................................................49 5.3.2 Dự đoán sụp đổ điện áp từ các chỉ số ...................................................53 5.4 Trường hợp 3: Loại bỏ một đường dây truyền tải (IEEE 39 Bus) ..............54 CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................62 6.1 Kết luận........................................................................................................62 6.2 Hướng phát triển .......................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 64 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 66 SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang iv Danh mục bảng CBHD: Trần Anh Nguyện DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1 Các sự cố sụp đổ điện áp .............................................................................8 Bảng 3-1 Giá trị đặc trưng trong quá trình tăng tải ...................................................22 Bảng 3-2 Các hệ số thành phần cho mỗi trị đặc trưng (lần tăng tải đầu tiên) ...........23 Bảng 3-3 Các hệ số thành phần cho mỗi trị đặc trưng (lần tăng tải sau cùng trước sụp đổ) ....................................................................................................................... 23 Bảng 4-1 Thông số của tải và máy phát điện trên hệ thống IEEE 39 Bus ................32 Bảng 4-2 Thông số dữ liệu đường dây trên hệ thống IEEE 39 Bus.......................... 33 Bảng 4-3 Thông số dữ liệu máy phát điện trên hệ thống IEEE 39 Bus .................... 34 Bảng 4-4 Tóm tắt các chỉ số được chọn lựa .............................................................. 35 Bảng 5-1 Hệ số tải tương ứng với tải hệ thống ......................................................... 42 Bảng 5-2 Chỉ số VSI tại các bus tải tương ứng với hệ số tăng tải trường hợp 1 ......42 Bảng 5-3 Chỉ số VCPI tại các bus tải tương ứng với hệ số tăng tải trường hợp 1 ....43 Bảng 5-4 Điện áp Bus tải trường hợp 1 ....................................................................45 Bảng 5-5 Chỉ số VSI của bus tải trường hợp 2 ......................................................... 50 Bảng 5-6 Chỉ số VSI của bus tải trường hợp 2 (tiếp theo)........................................51 Bảng 5-7 Chỉ số VSI của bus tải trường hợp 2 (tiếp theo)........................................51 Bảng 5-8 Chỉ số VCPI của bus tải trường hợp 2 ...................................................... 52 Bảng 5-9 Chỉ số VCPI của bus tải trường hợp 2 (tiếp theo) .....................................52 Bảng 5-10 Chỉ số VCPI của bus tải trường hợp 2 (tiếp theo) ...................................53 Bảng 5-11 Các chỉ số trước khi sụp đổ trường hợp 1 và 2 .......................................54 Bảng 5-10 Các chỉ số trước và sau khi đường dây được loại bỏ .............................. 55 Bảng 5-11 Các chỉ số bus tải trước và sau khi sụp đổ trường hợp 3 ........................ 57 Bảng 5-12 Dòng tổn thất trước khi loại bỏ đường dây .............................................58 Bảng 5-13 Dòng tổn thất sau khi loại bỏ đường dây ................................................59 Bảng 5-14 Thông số máy phát và tải trước và sau khi loại bỏ đường dây ..............59 Bảng 5-14 Tổn thất đường dây trước và sau khi loại bỏ đường dây......................... 60 SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang v Danh mục hình và đồ thị CBHD: Trần Anh Nguyện DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện ...................................................................4 Hình 2.2 Hệ thống hai bus......................................................................................... 10 Hình 2.3 Dạng đường cong PV cơ bản theo tài liệu tham khảo [2] .......................... 11 Hình 2.4 Đường cong PV cho hệ số công suất tương ứng: (1) φ = 45° trễ, (2) φ = 30° trễ, (3) φ = 0, (4) φ = 30° sớm theo [3] .............................................................. 12 Hình 2.5 Dạng đường cong QV điển hình theo [2]...................................................13 Hình 2.6 Đường cong QV cho các mức tải khác nhau theo [4] ................................ 13 Hình 2.7 Đồ thị diễn tả đồng bộ pha .........................................................................16 Hình 2.8 Mô hình tương đương 𝜋 chuẩn 2 bus ......................................................... 17 Hình 3.1 Hệ thống WSCC 9 bus ...............................................................................21 Hình 3.2 Ba giá trị đặc trưng thấp nhất trong quá trình tăng tải ............................... 22 Hình 3.3 Mạch tương đương Thevenin với điện áp nối (Vcouple) và điện áp hở mạch (Vopen) ............................................................................................................25 Hình 3.4 Mạch Thevenin tối giản .............................................................................25 Hình 4.1 Giao diện PowerWorld Simulator 8.0 ........................................................ 30 Hình 4.2 Giao diện phiên bản mới nhất PowerWorld Simulator 18.0 ...................... 30 Hình 4.3 Hệ thống thử nghiệm BPA 10 bus ............................................................. 31 Hình 4.4 Hệ thống thử nghiệm IEEE 39 bus ............................................................ 32 Hình 5.1 Tìm chỉ số VCPI......................................................................................... 39 Hình 5.2 Tìm chỉ số VSI ........................................................................................... 40 Hình 5.3 Hệ thống IEEE 39 bus trên mô phỏng PowerWorld Simulator .................41 Hình 5.4 Chạy mô phỏng với chế độ Run Mode ...................................................... 42 Hình 5.5 Chỉ số VSI của Bus tải số 4, 7, 8 và 20 trường hợp 1 ................................ 44 Hình 5.6 Chỉ số VCPI của Bus tải số 4, 7, 8 và 20 trường hợp 1 ............................. 45 Hình 5.7 Các bus tải trong khu vực gần máy phát điện ............................................47 Hình 5.8 Chỉ số VSI và điện áp ở bus tương ứng trường hợp 1 .............................. 48 Hình 5.9 Chỉ số VCPI và điện áp ở bus tương ứng trường hợp 1 ............................. 48 Hình 5.10 Các chỉ số VSI của bus 4, 20 và 27 trường hợp 2 ....................................49 Hình 5.11 Các chỉ số VCPI của bus 4, 20 và 27 trường hợp 2 .................................50 SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang vi Danh mục hình và đồ thị CBHD: Trần Anh Nguyện Hình 5.14 Đường dây 10-13 thiếu hụt ......................................................................55 Hình 5.15 Các chỉ số VSI tại bus 4, 7, 8, 12 và chỉ số thấp nhất .............................. 56 Hình 5.16 Các chỉ số VCPI tại bus 4, 7, 8, 12 và chỉ số cao nhất............................. 57 SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang vii Chương 1: Giới thiệu CBHD: Trần Anh Nguyện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung Như một kết quả tất yếu của sự gia tăng nhu cầu về năng lượng điện ngày một cao, tương tự đa số các quốc gia trên thế giới, truyền tải trên Hệ thống điện (HTĐ) ở Việt Nam đã buộc phải hoạt động trong điều kiện tối đa, gần với giới hạn bất ổn định. Những nỗ lực để xây dựng đường dây truyền tải mới và mở rộng mạng lưới còn gặp nhiều hạn chế do khó khăn về điều kiện kinh tế, nhân lực, các vấn đề môi trường,... Nhưng: Nhờ thực hiện chủ trương đổi mới của Đảng, nền kinh tế Việt Nam từ năm 1985 đến nay đã tăng trưởng với tốc độ bình quân 7%/ năm. Nhiều khu công nghiệp lớn, khu kinh tế mở và khu dân cư mới được hình thành, để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tăng nhanh theo tốc độ tăng trưởng của phụ tải, Nhà nước đã huy động một nguồn vốn lớn để đầu tư phát triển Hệ thống điện. Ngày 27/05/1994 đã đóng điện đưa đường dây 500kV vào vận hành kết nối HTĐ ba miền thành HTĐ hợp nhất Bắc – Trung – Nam, tạo điều kiện để khai thác một cách hiệu quả các nguồn điện hiện có, truyền tải và cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Trong những năm qua HTĐ Việt Nam liên tục phát triển, đến nay lưới điện 500kV có tổng chiều dài là 3466km và 11 trạm biến áp với tổng công suất là 6600MVA, trích từ bài báo theo [1, tr.1]. Hiệu quả do các HTĐ mang lại là rất lớn, tuy nhiên cũng xuất hiện nhiều vấn đề kỹ thuật khá phức tạp cần được giải quyết trong thiết kế cũng như vận hành. Một trong những vấn đề quan trọng đó là ổn định điện áp hệ thống. Đặc biệt, để xác định phương pháp đánh giá ổn định điện áp và chiến lược phát triển để giảm các vấn đề bất ổn, cần đến một phương pháp mới hiệu quả hơn. Phải kể đến đó là công nghệ đo đồng bộ pha (Synchronized Phasor Measurement). Tại hầu hết các vị trí trạm biến áp thông qua rơle bảo vệ chẳng hạn, sẽ có thiết bị đo lường có khả năng đo trực tiếp các thông số HTĐ (điện áp, dòng điện pha, …) trong thời gian thực, đồng bộ trong một phần nghìn giây. Cùng với những cải tiến cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc, có thể xây dựng khu vực đo lường rộng và hệ thống bảo vệ để bổ sung cho các biện pháp bảo vệ cổ điển, dễ dàng cho điều khiển, giám sát và thu thập dữ SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang 1 Chương 1: Giới thiệu CBHD: Trần Anh Nguyện liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Management System) và ngăn chặn các khả năng khác có thể xảy ra trên hệ thống. Với phương hướng mới này, trên diện rộng của hệ thống đo lường, từ phương pháp tiếp cận mới cho phép bảo vệ và kiểm soát các chức năng hệ thống bằng cách đưa ra các chỉ số phòng chống sụp đổ điện áp. Và thực tế đã có rất nhiều nghiên cứu về chỉ số ổn định điện áp trong đó dựa trên các phép đo đồng bộ pha. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu, phân tích sự ổn định điện áp sử dụng các chỉ số dựa trên dữ liệu đồng bộ pha qua mô phỏng. Việc phân tích sẽ xem xét thời điểm gần với quá trình sụp đổ điện áp: "Khi nào hệ thống có điện áp không ổn định?" và cơ chế của sự bất ổn định điện áp: "Các khu vực điện áp yếu?". Trong việc xem xét những câu hỏi như vậy, luận văn này sẽ bắt đầu với những bàn luận về phương pháp ổn định điện áp thông thường và mới hơn. Tiếp theo, một phân tích và so sánh giữa hai chỉ số của hai phương pháp dựa trên dữ liệu đồng bộ pha sẽ được tiến hành và đánh giá. Trong các trường hợp khác nhau, chẳng hạn như tăng tải hệ thống hoặc máy phát dự phòng sẽ được tạo ra để chứng minh việc áp dụng chỉ số trong phân tích ổn định điện áp. Kết quả sẽ cho thấy tính hiệu quả tổng thể của phương pháp cho vấn đề ổn định điện áp. Nghiên cứu và phân tích sẽ sử dụng phần mềm PowerWorld cho mô phỏng và Excel, Matlab là những công cụ xử lý tính toán các chỉ số. 1.3 Cấu trúc Chương 1 giới thiệu tính cấp thiết và mục tiêu của luận văn nhằm mục đích xây dựng phương pháp nghiên cứu thích hợp. Chương 2 trình bày các khái niệm lý thuyết của sự ổn định điện áp. Một cái nhìn tổng quan cơ bản trên ổn định HTĐ được đưa ra trước khi đến với phần còn lại của chương này để giải thích vấn đề ổn định điện áp và các phương pháp phân tích hiện tượng này. Chương 3 đề xuất các chỉ số khác nhau được đề cập trong các tài liệu lý thuyết và phương pháp được sử dụng để đánh giá sự ổn định điện áp trong HTĐ. SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang 2 Chương 1: Giới thiệu CBHD: Trần Anh Nguyện Chương 4 cung cấp một mô tả chi tiết của hai mạng lưới thử nghiệm khác nhau, các phương pháp để chứng tỏ khả năng thực thi của các chỉ số. Chương 5 chỉ ra các chỉ số được lựa chọn để áp dụng tính toán trên mô phỏng theo phương pháp từ Chương 4. Các kết quả được phân tích để chứng minh các chỉ số đã đề xuất, áp dụng để xác định độ ổn định điện áp. Chương 6. Kết luận và hướng phát triển đề tài. SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang 3 Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp CBHD: Trần Anh Nguyện CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 2.1 Ổn định hệ thống điện Sự ổn định HTĐ là khả năng của một HTĐ, ở trạng thái vận hành ban đầu, có thể tự quay trở lại trạng thái vận hành cân bằng mới sau khi chịu một kích động hay nhiễu loạn tự nhiên, với hầu hết các thay đổi để hệ thống có khả năng khôi phục lại tình trạng ổn định. Do sự đa dạng của các loại nhiễu động, ổn định HTĐ có thể được tiếp tục phân thành các loại tương ứng: ổn định góc rotor, ổn định tần số và ổn định điện áp. Sự ổn định của hệ thống được phân loại, như thể hiện trong hình 2.1, dựa trên cường độ nhiễu loạn và thời gian nhiễu loạn gây ra. Trong bất kỳ tình huống nào, một hình thức của sự bất ổn có thể dẫn đến một hình thức khác. Tuy nhiên, việc phân biệt giữa các hình thức khác nhau có thể tạo thuận lợi trong việc xác định các nguyên nhân cơ bản của sự bất ổn định, áp dụng một phân tích phù hợp và cuối cùng là các biện pháp khắc phục để trả lại cho hệ thống sự vận hành ổn định. ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR ỔN ĐỊNH NHIỄU LOẠN NHỎ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ NGẮN HẠN NGẮN HẠN DÀI HẠN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP ỔN ĐỊNH NHIỄU LOẠN NHỎ ỔN ĐỊNH KÍCH ĐỘNG LỚN NGẮN HẠN DÀI HẠN Hình 2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện 2.1.1 Ổn định góc rotor SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang 4 Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp CBHD: Trần Anh Nguyện Sự ổn định góc rotor được định nghĩa là khả năng các máy phát điện đồng bộ liên kết với nhau vẫn giữ được sự đồng bộ hóa trong các điều kiện vận hành bình thường và sau khi phải chịu một sự nhiễu loạn hay kích động nào đó. Nhìn chung, tổng năng lượng điện thực tế cung cấp bởi máy phát điện phải luôn luôn bằng với năng lượng điện tiêu thụ của tải, bao gồm cả tổn thất trong hệ thống. Sự cân bằng này giữa tải và máy phát có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng giữa đầu vào máy phát điện hoặc mô-men xoắn cơ học và sản lượng điện. Một nhiễu loạn hệ thống có thể làm đảo lộn trạng thái cân bằng này, mà kết quả sẽ làm tăng hoặc giảm tốc độ của rotor các máy phát điện. Nếu một máy phát điện tạm thời chạy nhanh hơn hay chậm hơn các máy phát khác, vị trí góc rotor của nó làm ảnh hưởng tới các máy phát liên quan chậm hơn hay nhanh hơn. Kết quả là góc chênh lệch truyền tải của tải từ máy chạy chậm sang máy chạy nhanh và ngược lại, tùy thuộc vào mối quan hệ góc về mặt lý thuyết được biết đến. Xu hướng này làm giảm hay tăng tốc độ và từ đó tạo khoảng cách về góc, hơn nữa làm giảm sự truyền tải năng lượng gây ra mất ổn định. 2.1.2 Ổn định tần số Ổn định tần số đề cập đến khả năng của một HTĐ nhằm duy trì ổn định tần số sau một sự cố hệ thống, dẫn đến mất cân bằng giữa máy phát điện và tải. Nó phụ thuộc vào khả năng duy trì hoặc khôi phục lại trạng thái cân bằng giữa hệ thống máy phát điện và tải, với tổn thất tối thiểu của tải. Sự mất ổn định đó có thể là kết quả xảy ra trong các hình thức thay đổi giá trị tần số. Một nguyên nhân điển hình cho tần số không ổn định là sự tổn thất của máy phát dẫn đến tần số hệ thống nói chung trở nên mất kiểm soát. Tóm lại, vấn đề ổn định tần số có liên quan đến những bất cập trong thiết bị, sự bố trí kém hiệu quả của thiết bị điều khiển và bảo vệ hoặc không đủ máy phát dự phòng. 2.1.3 Ổn định điện áp Vấn đề quan trọng thứ ba trong ổn định HTĐ là ổn định điện áp được đề cập cụ thể, phân tích sâu hơn và tập trung vào đề xuất phương pháp phân tích ở phần 2.2. 2.2 Ổn định điện áp 2.2.1 Khái niệm Ổn định điện áp là một vấn đề thiết yếu trong ổn định HTĐ. Nó đề cập đến khả năng của một HTĐ để duy trì điện áp ổn định ở tất cả các bus (hay gọi là nút) SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang 5 Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp CBHD: Trần Anh Nguyện trong hệ thống sau khi phải chịu một sự nhiễu loạn từ trạng thái vận hành ban đầu. Các định nghĩa ổn định điện áp được mô tả như sau: - Một HTĐ tại một điểm vận hành nhất định có sự ổn định nhiễu loạn nhỏ điện áp, nếu sau sự nhiễu loạn nhỏ, điện áp ở nút phụ tải là tương tự hoặc giống với giá trị trước sự nhiễu loạn. - Một HTĐ tại một điểm vận hành nhất định và chịu được sự nhiễu loạn gọi là ổn định điện áp nếu điện áp ở nút phụ tải sau nhiễu loạn đạt giá trị cân bằng. - Một HTĐ tại một điểm vận hành nhất định và chịu được sự nhiễu loạn, trải qua sự sụp đổ điện áp nếu sau nhiễu loạn, cân bằng điện áp là dưới giới hạn chấp nhận được. Sụp đổ điện áp có thể xảy ra ở một phần hoặc cả hệ thống. Các yếu tố chính góp phần làm mất ổn định điện áp: - Những kích động nhỏ trong hệ thống xuất hiện như do yêu cầu công suất phụ tải thay đổi hay thay đổi đầu phân áp tại các trạm biến áp. - Những kích động lớn như việc mất tải đột ngột vì một lí do nào đó, tình trạng quá tải trên đường dây hoặc sự cố thay đổi cấu trúc mạng lưới. - Yêu cầu về cung cấp công suất phản kháng của các phụ tải cũng là một yếu tố dẫn đến dao động điện áp. - Các điều kiện vận hành của hệ thống như: khoảng cách giữa nguồn và phụ tải xa, đồ thị phụ tải không thuận lợi cho sự phối hợp giữa các thiết bị và bảo vệ chưa hiệu quả. 2.2.2 Phân loại Như đã đề cập trước đó, sự ổn định điện áp có thể được phân loại theo các loại nhiễu loạn hoặc khung thời gian. - Ổn định nhiễu loạn nhỏ điện áp (ổn định tĩnh) có liên quan với khả năng của hệ thống nhằm kiểm soát điện áp sau nhiễu loạn nhỏ như những sự biến đổi của thiết bị điều chỉnh, thay đổi trong hệ thống tải. Loại ổn định này được xác định bởi các đặc tính của tải, điều chỉnh liên tục và điều chỉnh gián đoạn tại một thời gian tức thời nhất định. - Ổn định nhiễu loạn lớn điện áp (ổn định động) có liên quan với khả năng của hệ thống nhằm kiểm soát điện áp sau nhiễu loạn lớn như các biến đổi đột ngột sơ đồ nối điện, biến đổi của phụ tải điện, lỗi hệ thống, mất mát máy phát hoặc ngắn mạch. SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang 6 Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp CBHD: Trần Anh Nguyện Loại ổn định này này được xác định bởi các đặc tính của tải, sự tương tác của điều chỉnh liên tục, gián đoạn và sự bảo vệ. Trong thời gian ngắn hạn (thoáng qua) ổn định điện áp ở khung thời gian khoảng từ 0 đến 10 giây sẽ ảnh hưởng nhanh đến các thành phần tải động lực như động cơ cảm ứng, mạch điều khiển tải và bộ chuyển đổi cao áp một chiều HVDC (High Voltage Direct Current). Ở quá độ dài hạn, cân bằng công suất cơ - điện bị phá vỡ đột ngột, chế độ xác lập tương ứng bị dao động rất mạnh làm thay đổi tải, điện áp và phản ứng thay đổi hệ thống, từ đó điều chỉnh hệ thống mới. Điều này sau đó sẽ thúc đẩy hệ thống vận hành trong điều kiện khắc nghiệt hơn mà không kiểm soát được. Giai đoạn này ở thời gian cụ thể lên đến một hoặc nhiều phút. Trong ổn định hệ thống, nếu các yếu tố vượt quá giới hạn vận hành, nhiễu loạn sẽ bị loại bỏ khỏi sự vận hành của hệ thống. Tóm lại, trong bất kỳ trường hợp nào, mỗi loại ổn định điện áp có liên quan chặt chẽ với nhau, và một hình thức bất ổn này có thể có thể dẫn đến một hình thức khác. Phân biệt giữa các hình thức bất ổn khác nhau có thể dễ dàng trong việc xác định các nguyên nhân của sự bất ổn định, áp dụng một phân tích phù hợp và cuối cùng dùng biện pháp khắc phục để trả lại hệ thống một điểm vận hành ổn định. Với vấn đề này, các phần sau sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan hơn về các phương pháp hiện đang được sử dụng để phân tích ổn định điện áp. 2.3 Những hạn chế trong việc ổn định điện áp 2.3.1 Những hạn chế Tùy theo tình trạng nhiễu loạn khác nhau của hệ thống có thể gây ra sự mất ổn định điện áp. Trong số đó, khía cạnh quan trọng có thể nhắc đến là máy phát điện, đường dây truyền tải điện và các tải. Máy phát điện đóng một vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ cung cấp đầy đủ công suất phản kháng cho HTĐ. Công suất phản kháng được sản xuất bởi máy phát điện và do đó bị hạn chế bởi dòng phần ứng, các cuộn dây máy phát. Do đó, cần xác định được dòng kích từ bao nhiêu trước khi các cuộn dây bị hư hỏng, công suất phản kháng tối đa đầu ra được thiết lập bằng cách sử dụng một bộ giới hạn quá kích từ OXL (over excitation limiter). Khi OXL đạt giới hạn, điện áp đầu cuối không còn được duy trì thường xuyên. Do đó, giới hạn truyền tải điện tiếp tục được hạn chế, dẫn đến sự mất ổn định điện áp dài hạn. SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978 Trang 7
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan