Tài liệu Nghiên cứu tối ưu vị trí lắp đặt hệ thống đo lường pha (pmu)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- DƯƠNG THỊ LỆ HUYỀN NGHIÊN CỨU TỐI ƯU VỊ TRÍ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG PHA (PMU) Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2021 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN PHÚC KHẢI Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Ngọc Phúc Diễm Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Huỳnh Văn Vạn Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Tp. HCM ngày 14 tháng 08 năm 2021. (Trực tuyến) Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. TS. Trần Hoàng Lĩnh - Chủ tịch hội đồng 2. TS. Huỳnh Quang Minh - Thư ký 3. TS. Nguyễn Ngọc Phúc Diễm - Phản biện 1 4. TS. Huỳnh Văn Vạn - Phản biện 2 5. TS. Đinh Hoàng Bách - Ủy Viên Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: DƯƠNG THỊ LỆ HUYỀN.............................. MSHV:1970041 Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1996 ........................................... Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ thuật điện ..................................................... Mã số : 8520201 I. TÊN ĐỀ TÀI : “NGHIÊN CỨU TỐI ƯU VỊ TRÍ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG PHA (PMU) ”. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - Tìm hiểu về định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cơ bản của thiết bị đo lường pha (PMU) - Xây dựng bài toán quy hoạch tuyến tính để tính toán tối ưu số lượng PMU. - Tìm hiểu về bài toán quy hoạch tuyến tính. - Tính toán tối ưu số lưọng PMU cho hệ thống điện 7 nút, IEEE 14 nút và hệ thống điện 500kV Việt Nam III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 22/02/2021 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/06/2021 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN PHÚC KHẢI Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2021. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS. Nguyễn Phúc Khải TS. Nguyễn Nhật Nam TRƯỞNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ PGS.TS. Đỗ Hồng Tuấn HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay là hoàn thành khóa luận tốt nghiệp sau đại học, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Đó là động lực rất lớn để em vượt qua những khó khăn và hoàn thành các chương trình học tập tại trường. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh những người đã dùng tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phúc Khải đã hết lòng hướng dẫn tận tình và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu để em thực hiện đề tài này. Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điển tử nói riêng và toàn thể Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa TP.HCM nói chung thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục sự nghiệp trồng người và truyền đạt kiến thức cho các thế hệ mai sau. Trân trọng, Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Học viên thực hiện Dương Thị Lệ Huyền Trang ii HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT LUẬN VĂN  NGHIÊN CỨU TỐI ƯU VỊ TRÍ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG PHA (PMU) Luận văn trình bày định nghĩa, cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của một bộ PMU, phương pháp tính toán tối ưu số lượng PMU. Dựa trên bài toán quy hoạch tuyến tính số nguyên để tính toán tối ưu vị trí lắp đặt PMU khi hệ thống sử dụng tổng hợp các phép đo. Các phép đo bao gồm đo dòng công suất (power flow) từ thanh cái a sang thanh cái b, và phép đo tiêm (zero-injection measurement) tại 1 thanh cái cũng như các đo lường phasor được cung cấp bởi bộ PMU. Sau đó áp dụng công cụ tính toán tối ưu của phần mềm MATLAB giúp tính toán số lượng PMU tối thiểu hệ thống điện có 7 nút, IEEE 14 nút và hệ thống lưới 500kV Việt Nam. Kết quả cho thấy hệ thống điện 500kV Việt Nam với ước lượng 37 thanh cái 500kV thì số lượng PMU tối thiểu là 10 bộ. ABSTRACT  STUDY ON OPTIMAL PLACEMENT OF PHASOR MEASUREMENT UNIT The thesis presents the definition, basic structure and operating principle of a set of PMUs, the optimal calculation method for the number of PMUs. Based on the linear programming problem to calculate the optimal installation location of the PMU when using a mixed measurement set. The measurements will include conventional power flow injection measurement as well as phasor measurements for voltages and line currents provided by the PMU unit. . Then apply the optimal calculation tool of MATLAB software to help calculate the minimum number of PMUs for power systems with 7 nodes, IEEE 14 nodes and Vietnam's 500kV grid system. The results show that for a 500kV power system in Vietnam with an estimate of 37 500kV busbars, the minimum number of PMUs is 10 sets. Trang iii HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CAM ĐOAN  Luận văn thạc sĩ này được thực hiện tại Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh. Là công trình do tôi nghiên cứu, thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Nguyễn Phúc Khải. Tôi xin cam đoan phần trình bày dưới đây là đúng sự thật về quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn của tôi. Trường hợp có khiếu nại gì liên quan tới luận văn tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm. Người thực hiện Dương Thị Lệ Huyền Trang iv HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ....................................................................3 LỜI CẢM ƠN....................................................................................................... ii TÓM TẮT LUẬN VĂN...................................................................................... iii LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ iv MỤC LỤC .............................................................................................................v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ vii DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ viii DANH MỤC BẢNG............................................................................................ ix MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề: .................................................................................................1 2. Mục tiêu luận văn: ......................................................................................2 3. Phương pháp thực hiện: .............................................................................2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: .............................................................2 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:.......................................................................3 CHƯƠNG 1: SỰ CẦN THIẾT TRANG BỊ HỆ THỐNG PMU ....................4 1.1 Hệ thống điện Việt Nam ............................................................................4 1.2 Sự cần thiết của việc trang bị hệ thống đo lường đồng bộ pha: .................5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ PMU ..........................................7 2.1 Định nghĩa ..................................................................................................7 2.2 Cấu tạo cơ bản của bộ PMU.......................................................................7 2.3 Sơ đồ đấu nối cơ bản của thiết bị PMU .....................................................8 2.4 So sánh giữa SCADA truyền thống khi có trang bị và không được trang bị PMU ....................................................................................................................9 2.5 Các luật quan sát cơ bản của PMU ..........................................................11 2.6 Các hệ thống ứng dụng PMU trên thế giới và hiện trạng ở Việt Nam: ...12 2.7 Tổng quan tình hình nghiên cứu: .............................................................12 Trang v LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải 2.8 Kết luận ....................................................................................................14 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU SỐ LƯỢNG PMU ..........15 3.1 Xây dựng bài toán tối ưu số lượng PMU .................................................15 3.2 Mô hình toán tối ưu vị trí của PMUs: ......................................................15 3.3 Kết luận ....................................................................................................18 CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH SỐ NGUYÊN....19 4.1 Bài toán tối ưu: .........................................................................................19 4.2 Bài toán quy hoạch tuyến tính:.................................................................20 4.3 Bài toán quy hoạch tuyến tính số nguyên: ...............................................21 4.4 Sử dụng công cụ MATLAB giải bài toán tối ưu tuyến tính số nguyên: ..22 4.5 Kết luận ....................................................................................................23 CHƯƠNG 5: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN TỐI ƯU SỐ LƯỢNG PMUs TRONG MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỂN HÌNH ...........................................24 5.1 Với hệ thống 7 nút:...................................................................................24 5.2 Với hệ thống IEEE-14 nút:.......................................................................26 5.3 Kết luận ....................................................................................................32 CHƯƠNG 6: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN TỐI ƯU SỐ LƯỢNG PMUs HỆ THỐNG ĐIỆN 500kV VIỆT NAM .......................................................................33 6.1 Lưới điện 500kV Việt Nam: ....................................................................33 6.2 Xây dựng các ma trận thành phần ............................................................33 6.3 Kết quả: ....................................................................................................38 KẾT LUẬN CHUNG ..........................................................................................40 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................42 PHỤ LỤC.............................................................................................................44 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG................................................................................45 Trang vi HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự số DER Distributed Energy Resources Nguồn năng lượng phân tán EV Electric Vehicle Phương tiện điện GPS Global Positioning System Hệ thống định vị IEEE Institute of Electrical and Viện Kĩ sư Điện - Điện tử Electronics Engineers PMU Phasor Measurement Unit Thiết bị đo lường pha RTU Remote Terminal Unit Thiết bị đầu cuối WAMS Wide Area Monitoring System Hệ thống theo dõi diện rộng Trang vii LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ khối cơ bản của Bộ PMU ..................................................................7 Hình 2.2 Sơ đồ đấu nối của bản của thiết bị PMU tại một trạm biến áp ..................8 Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động cơ bản của PMU .......................................................9 Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống 7 nút..................................................................................24 Hình 5.2 Kết quả tính toán cho hệ thống 7 nút trên Matlab ....................................26 Hình 5.3 Sơ đồ đơn tuyến hệ thống lưới điện IEEE 14 nút......................................27 Hình 5.4 Kết quả tính toán cho hệ thống 14 nút trường hợp 1 trên Matlab ............29 Hình 5.5 Kết quả tính toán cho hệ thống 14 nút trường hợp 2 trên Matlab ............31 Hình 6.1 Kết quả tính toán cho hệ thống thanh cái 500kV trên Matlab ..................38 Trang viii HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 So sánh đặc điểm giữa SCADA và PMU ...................................................10 Bảng 2.2 Tóm tắt các phương pháp có thể áp dụng tính toán tối ưu........................13 Bảng 5.1 Tóm tắt kết quả tính toán cho hệ thống điện 7 nút và 14 nút ....................31 Bảng 5.2 So sánh kết quả tính toán giữa luận văn và một số nghiên cứu đã được công bố ...............................................................................................................................32 Bảng 6.1 Thống kê thanh cái 500kV trên hệ thống điện Việt Nam ...........................33 Trang ix HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề: Hệ thống điện là một hệ thống lớn, hoạt động trong thời gian thực, kéo dài trên toàn bộ lãnh thổ, đến tận các vùng hải đảo, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc đảm bảo năng lượng cho sản xuất và đời sống của người dân. Hệ thống điện được trang bị các thiết bị điện, điện tử, đo lường, điều khiển, bảo vệ, thông tin liên lạc hiện đại nhằm đảo bảo hệ thống vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế. Tuy nhiên, do nhiều yếu tố ngẫu nhiên bất định, mặc dù được quy hoạch và thiết kế tương đối hoàn hảo, hệ thống điện vẫn xảy ra sự cố gây mất điện diện rộng với các hậu quả cực kỳ nghiêm trọng. Gần đây, việc tích hợp các nguồn năng lượng phân tán (DERs) bao gồm các nguồn năng lượng tái tạo, các phương tiện điện (EV) và các yêu cầu đáp ứng trong các mạng lưới phân phối tăng lên đáng kể đã gây thay đổi lớn trong kết cấu lưới. Với sự phức tạp này có thể gây ra sự không chắc chắn và có thể là dòng điện/công suất hai chiều trong mạng phân phối, điều này làm cho việc giám sát và vận hành lưới truyền tải cũng như lưới phân phối trở nên phức tạp hơn. Hiện tại, hầu hết các hệ thống điện sử dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA), để giám sát và điều khiển lưới điện phân phối. Hệ thống SCADA nhận dữ liệu từ các thiết bị đo lường thông thường được cài đặt tại các vị trí phân tán của hệ thống, từ đó ghi lại các giá trị điện áp không đồng bộ, cường độ dòng điện và dòng công suất phản kháng thực với độ phân giải thấp, thời gian đáp ứng lớn. Do đó đối hệ thống SCADA và RTU (thiết bị đầu cuối) thông thường sẽ không cho phép các bộ ghi nhận hiển thị pha các tín hiện dòng điện, điện áp thời gian thực của tất cả các nút trong hệ thống tại vì khối lượng tính toán lớn và khó khăn do phải phối hợp đồng bộ dữ liệu với nhau. Nếu thực hiện được điều này sẽ cho phép dự báo sớm các nút xung yếu dễ mất ổn định và có thể nắm bắt các yếu tố động của mạng điện hiện tại. Thiết bị đo lường đồng bộ pha (PMU) là thiết bị đo lường tiên tiến nhất để giám sát mạng điện. PMU cho phép đo tín hiệu dòng điện, điện áp trong hệ thống điện về Trang 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải cả độ lớn, góc pha và đồng bộ hóa thời gian lấy mẫu tín hiệu lấy từ vệ tinh, cho phép đồng bộ hóa thời gian thực trong hệ thống, giúp người vận hành hệ thống đo trạng thái của hệ thống điện cả về điện áp, dòng điện các pha của máy phát, máy biến áp, đường dây, tải, do đó quản lý được chất lượng hệ thống, sự thay đổi tần số, công suất tác dụng, công suất phản kháng, …. Trong những năm gần đây, thiết bị đo lường đồng bộ pha ngày càng được ứng dụng rộng rãi, giúp cải thiện khả năng theo dõi, vận hành hệ thống điện. Tại nhiều quốc gia, thiết bị PMU đã được phát triển và sử dụng rộng rãi, tuy nhiên ở Việt Nam thì việc nghiên cứu sử dụng thiết bị này vẫn còn hạn chế. Với sự đa dạng các ứng dụng từ việc lắp đặt hệ thống PMU: giám sát, chẩn đoán, điều khiển, ..., và các lợi ích là độ tin cậy cao, có khả năng phục hồi, hiệu quả thì việc tính toán tối ưu vị trí lắp đặt PMU cũng được cân nhắc để giảm thiểu chi phí lắp đặt và vận hành trong khi vẫn đảm bảo khả năng quan sát toàn bộ hệ thống. “Nghiên cứu tối ưu vị trí lắp đặt hệ thống đo lường pha” được tác giả đặt ra nhằm nghiên cứu thuật toán giải pháp tối thiểu số lượng PMU trong lưới điện 500kV hiện hữu nói chung và định hướng cho toàn bộ hệ thống điện Quốc gia. 2. Mục tiêu luận văn: Mục tiêu của luận văn là khảo sát, phân tích, đánh giá ưu và nhược điểm của việc sử dụng PMU trong hệ thống điện. Tối ưu số lượng PMU lắp đặt trong khi vẫn đảm bảo khả năng quan sát toàn bộ hệ thống. 3. Phương pháp thực hiện: Phương pháp nghiên cứu của đề tài là dựa vào các cơ sở lý thuyết. - Tìm hiểu lý thuyết về PMU và các thiết bị bảo vệ, tìm hiểu ứng dụng, phương pháp tối ưu. - Tìm hiểu phân loại các phương pháp có thể tối ưu vị trí lắp đặt PMU trong hệ thống điện. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận văn là sử dụng phương pháp tối ưu tuyến tính số nguyên vào việc tính toán tối ưu số lượng PMU. Trang 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải Phạm vi nghiên cứu của luận văn là tối ưu số lượng và vị trí PMU trong mạng điện điển hình IEEE 7 nút, IEEE 14 nút, và lưới điện 500kV hiện hữu của hệ thống điện Quốc gia Việt Nam. 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Nghiên cứu bài toán tối ưu tuyến tính số nguyên, từ đó giải quyết bài toán số lượng PMU. Đề xuất giải pháp lắp đặt tối ưu PMU cho hệ thống điện 500kV nói riêng, và cho hệ thống điện Quốc gia nói chung. Trang 3 HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 1: SỰ CẦN THIẾT TRANG BỊ HỆ THỐNG PMU 1.1 Hệ thống điện Việt Nam Cùng với sự phát triển của nguồn điện nhằm đáp ứng tốc độ tăng trưởng phụ tải cao, hệ thống điện truyền tải xương sống 500kV liên kết các miền đóng vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp, trao đổi điện năng an toàn và kinh tế. Đến nay Việt Nam đã hình thành hệ thống truyền tải siêu cao áp 500kV Bắc – Trung – Nam với 2 mạch 500kV từ Sơn La tới Pleiku và 4 mạch 500kV (bao gồm 2 mạch đơn và một mạch kép) từ Pleiku tới Chơn Thành, Tân Định. Mạch 3 đường dây 500kV Bắc – Trung – Nam đang được xây dựng dự kiến đưa vào vận hành cuối năm 2021. Với xu hướng truyền tải ngày càng lớn về công suất lẫn sản lượng, việc vận hành hệ thống điện 500kV trở nên phức tạp. Thực tế quá trình vận hành hệ thống điện ở Việt Nam cho thấy, mặc dù chế độ vận hành hệ thống được tính toán và phân tích kỹ lưỡng trong quá trình lập quy hoạch, lập báo cáo, thiết kế, lên kế hoạch và xây dựng cho phương thức vận hành hệ thống, các sự cố vẫn xảy ra và gây nên những thiệt hại lớn. Trong những năm gần đây, các sự cố diện rộng quy mô lớn ở Việt Nam có thể kể đến [1]: - Ngày 26/04/2013 sự cố nhảy 2 mạch đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà nẵng mất 1000MW, gây mất liên kết hệ thống Bắc – Nam; - Ngày 22/05/2013, sự cố đường dây Di Linh – Tân Định đã dẫn mất điện diện rộng trong toàn bộ các tỉnh phía Nam; Cho đến nay, cơ chế của các sự cố diện rộng đã được hiểu biết tương đối rõ ràng. Về cơ bản, sự cố diện rộng được xuất phát từ tình trạng làm việc nặng tải của hệ thống, kèm theo sự cố mất đi một hoặc một số phần từ quan trọng dẫn đến mất ổn định các thông số vận hành. Kéo theo đó, các rơ le bảo vệ tác động hàng loạt, dẫn đến mất điện trên diện rộng hoặc rã lưới. Mặc dù cơ chế của các sự cố đã được hiểu rõ, việc ngăn ngừa chúng đang trở thành bài toán rất phức tạp. Hiện nay một số giải pháp để phòng và tránh sự cố mất điện diện rộng đã được thiết kế và vận hành trong lưới điện Quốc gia như sau [1]: Trang 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải - Hệ thống sa thải theo tần số thấp (F81); - Hệ thống sa thải phụ tải đặc biệt bổ sung; - Các mạch sa thải nguồn, hiệu chỉnh sa thải tổ máy miền Bắc; - Các mạch sa thải đặc biệt khi sự cố 1 phần tử đường dây/máy biến áp quan trọng; - Các mạch sa thải phụ tải theo điện tại Phú Lâm, Tân Định và một số trạm 220kV miền Nam. Các mạch sa thải trên đóng vai trò quan trọng trong công tác vận hành hệ thống điện, phòng chống mất điện diện rộng. 1.2 Sự cần thiết của việc trang bị hệ thống đo lường đồng bộ pha: Thực tế cho thấy, để có thể kịp thời đưa ra các phương án phù hợp nhằm ngăn chặn các sự cố mất điện diện rộng, nhân viên vận hành cần được trang bị các công cụ đủ mạnh để phân tích, đưa ra được các cảnh báo nhanh chóng, chính xác về tình trạng vận hành của hệ thống điện trong thời gian thực. Hơn nữa, hệ thống cần được trang bị các cấp bảo vệ để có thể thực hiện một loạt các hành động tự động trước khi hệ thống bị tan rã. Như đã trình bày ở trên, các sự cố diện rộng có thể xảy ra khi hệ thống vận hành ở chế độ biên, xuất phát từ một hoặc một vài phần tử bị tách ra khỏi vận hành và gây phản ứng dây chuyền dẫn đến việc hàng loạt các phần tử bị tách ra khỏi vận hành. Trong khi đó, nhược điểm lớn của các hệ thống điều khiển và giám sát truyền thống là không cung cấp được các thông số mang tính động của hệ thống. Hơn nữa sự cố gây nên mất điện diện rộng có thể xuất hiện và diễn biến trong thời gian ngắn, mà nhân viên vận hành không thể kịp đưa ra các phân tích hay tính toán nhằm đưa ra được các quyết định hợp lý. Các mạch sa thải và liên động hiện hữu lúc này sẽ tác động đúng nằm phòng tránh cho sự cố lan rộng. Tuy nhiên, các mạch này thiết kế cho những trường hợp cụ thể và có thể sẽ không đạt hiệu quả mong muốn khi cấu hình của hệ thống thay đổi. Hiện trạng và thực tế nêu trên đã dẫn đến nhu cầu cấp thiết cần tăng cường khả năng quan sát và đánh giá nhanh trạng thái làm việc của hệ thống điện trong thời gian Trang 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải thực, từ đó đưa ra các cảnh báo, hoặc các quyết định điều khiển phù hợp nhằm giải trừ nguy cơ xảy ra các sự cố diện rộng. Để thực hiện được yêu cầu trên, cần có hệ thống đo lường giám sát hệ thống điện diện rộng, kết hợp các công cụ tính toán phù hợp để đánh giá trạng thái làm việc của hệ thống điện trong thời gian thực. Một trong những giải pháp đưa ra để giải quyết được những hạn chế trên đó là công nghệ đo lường đồng bộ góc pha đang rất phát triển, đem lại những bước tiến mới trong việc giám sát và đánh giá trạng thái của hệ thống. Hơn nữa, việc trang bị thiết bị PMU trong hệ thống điện là phù hợp với định hướng phát triển Lưới điện Thông minh tại Việt Nam theo Quyết định 1670/QĐ-TTg ngày 08/11/2012 của Thủ tướng Chính phủ về việc đề án phát triển Lưới điện thông minh tại Việt Nam [2]. Trang 6 HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ PMU 2.1 Định nghĩa Theo định nghĩa của IEEE thì thiết đo góc pha – Phasor Measurement Unit (PMU) là thiết bị có khả năng đồng bộ góc pha, tần số và tốc độ thay đổi của tần số thông qua việc đo các tín hiệu điện áp và/hoặc dòng điện và tín hiệu đồng bộ thời gian. Thiết bị PMU có thể thực hiện các chức năng khác và được đặt tên theo các chức năng này. 2.2 Cấu tạo cơ bản của bộ PMU Một thiết bị PMU đảm bảo chức năng chính là đo lường, đồng bộ và truyền dữ liệu. Theo đó mỗi thiết bị PMU sẽ gồm 3 chính như sau [3]: - Module thu tín hiệu GPS: - Module thu thập dữ liệu - Module truyền thông Hình 2.1 Sơ đồ khối cơ bản của Bộ PMU Module thu tín hiệu GPS cho phép đồng bộ tín hiệu với vệ tinh GPS. Tín hiệu này được dùng để hiệu chỉnh với thiết bị đồng bộ tạo xung tại hiện trường, đảm bảo tính Trang 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải chính xác cho thiết bị thời gian thực. Module cung cấp tính hiệu định thời cho module thu thập dữ liệu, qua đó đảm bảo việc lấy mẫu tín hiệu cường độ dòng điện và điện áp chính xác theo thời gian thực. Module thu thập dữ liệu có chức năng lấy mẫu các thông số dòng điện, xử lý, tính toán, đưa ra các giá trị tần số, cường độ, điện áp, công suất, dòng điện, ...., đồng bộ thời gian cho các dữ liệu đó. Module thu thập dữ liệu đóng vai trò quan trọng đối với thiết bị PMU, cấu tạo chung bao gồm: các mạch hạ áp và mạch lọc chống nhiễu, bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số và bộ xử lý tính toán số học chuyên dụng. Module truyền thông đảm nhiệm giao tiếp người và máy, tiếp nhận các dữ liệu thu được, lưu lại các sự kiện xảy ra trên hệ thống, truyền đi các số liệu đã được gán giá trị định thời tới các hệ thống thu thập dữ liệu và điểu khiển giám sát, đồng thời nhận các lệnh điều khiển từ trung tâm để tương tác với hệ thống điện. 2.3 Sơ đồ đấu nối cơ bản của thiết bị PMU Hình 2.2 Sơ đồ đấu nối của bản của thiết bị PMU tại một trạm biến áp [4] Tín hiệu đo lường cấp cho PMU là dòng điện, điện áp tại các điểm nút quan trọng trong hệ thống (các nhà máy điện, các trạm biến áp quan trọng). Sơ đồ đấu nối cơ bản Trang 8 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: Dương Thị Lệ Huyền GVHD: TS Nguyễn Phúc Khải của thiết bị PMU được thể hiện theo như hình trên. Đầu vào là các tính hiệu gửi đến từ các biến dòng điện và biến điện áp đặt tại các ngăn lộ trạm. Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động cơ bản của PMU [5] Thiết bị PMU sử dụng thời gian chuẩn dựa trên đồng hồ vệ tinh, qua đó cho phép các tín hiệu tại các vị trí khác nhau trong hệ thống được đo trong cùng một mốc thời gian. Với độ chính xác cao, qua đó cho phép so sánh được góc pha giữa các điểm khác nhau trong hệ thống điện (hình minh họa trên). Việc xác định được góc pha tương đối giữa các nút trong hệ thống mang lại rất nhiều ứng dụng mới cho phân tích hệ thống trong thời gian thực. Độ chênh lệch góc pha giữa các nút đặc trưng cho trào lưu công suất truyền tải giữa chúng và là một thông tin quan trọng cho phép đánh giá mức độ ổn định của hệ thống điện. 2.4 So sánh giữa SCADA truyền thống khi có trang bị và không được trang bị PMU Thiết bị PMU rất phù hợp để theo dõi các trạng thái của hệ thống điện trong thời gian thực. PMU có sự tiến bộ đáng kể so với hệ thống SCADA/EMS, trong khi hệ Trang 9