Nghiên cứu ứng dụng của TCSC trong việc ngăn chặn mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (477.4 KB, 27 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-------------------------
ĐÀM ANH TUỆ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA TCSC
TRONG VIỆC NGĂN CHẶN MẤT ỔN ĐỊNH
DO NHIỄU LOẠN NHỎ
LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Thái Nguyên - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.
Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài liệu
tham khảo.
Tác giả luận văn
Đàm Anh Tuệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn, ngoài nỗ lực bản thân, tác giả đã nhận đƣợc rất nhiều sự
quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các Thày, các Cô trong suốt quá trình giảng
dạy và khoa Đào tạo sau đại học trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên, đặc biệt là sự hƣớng dẫn tận tình, chu đáo của thày TS Nguyễn Đăng
Toản trƣờng Đại học Điện lực Hà Nội.
Thái Nguyên, ngày 24 tháng 8 năm 2010
Đàm Anh Tuệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của
mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh
tế quốc dân. Do sự phát triển kinh tế và các áp lực về môi trƣờng, sự cạn kiệt tài
nguyên thiên nhiên, cũng nhƣ sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, sự thay đổi theo
hƣớng thị trƣờng hóa ngành điện làm cho HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về quy
mô, phức tạp trong tính toán thiết kế, vận hành do đó mà HTĐ đƣợc vận hành rất
gần với giới hạn về ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố
có thể xảy ra. Theo kết quả nghiên cứu, HTĐ có thể bị sự cố bởi các nhiễu loạn nhỏ
(hay dao động công suất). Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây trên thế giới với những
hậu quả to lớn là những ví dụ sinh động cho luận điểm này. Chính vì vậy mà trong
đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về ổn định với nhiễu loạn nhỏ, phƣơng
pháp nghiên cứu và đặc biệt là ứng dụng của một loại FACTS điển hình là TCSC
trong việc nâng cao ổn định do nhiễu loạn nhỏ.
Trong luận văn này, chúng tôi dùng phƣơng pháp hệ số phần dƣ để lựa chọn tối
ƣu điểm đặt của thiết bị TCSC với mục tiêu nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ.
Kết quả đƣợc thực hiện với HTĐ Việt Nam đã chứng minh những hiệu quả của việc
đặt thiết bị bù TCSC. Các nội dung chính của luận văn: Tính cấp thiết của đề tài
đƣợc trình bày trong chƣơng I của luận văn. Chƣơng II của luận văn tóm tắt một số
sự cố tan rã HTĐ điển hình trên thế giới trong một số năm gần đây. Trong đó, sự
mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ là một trong những nguyên nhân chính. Các nguyên
nhân chủ yếu dẫn đến các sự cố này, các định nghĩa, cũng nhƣ là phƣơng pháp
nghiên cứu ổn định nhiễu với loạn nhỏ đƣợc trình bày cụ thể trong chƣơng này.
Chƣơng III, giới thiệu về thiết bị TCSC dùng để nâng cao ổn định với nhiễu loạn
nhỏ. Các kết quả mô phỏng với HTĐ Việt Nam đƣợc trình bày trong chƣơng IV của
luận văn. Chƣơng V là các kết luận chủ yếu và các kiến nghị.
Các từ khoá: Tan rã hệ thống điện, ổn định với nhiễu loạn nhỏ, hệ số phần dư, TCSC.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................2
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................3
MỤC LỤC ..................................................................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................6
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................7
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................................8
Chương I GIỚI THIỆU CHUNG ..........................................................................10
1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................................... 10
1.2 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN ...................................................................... 12
1.2.1 Nghiên cứu các sự cố tan rã hệ thống điện liên quan đến vấn đề mất ổn định do
nhiễu loạn nhỏ………………………………………………………………………...12
1.2.2 Tìm hiểu phƣơng pháp nghiên cứu và biện pháp nâng cao ổn định với nhiễu loạn
nhỏ bằng thiết bị FACTS……………………………………………………………..13
1.3 CẤU TRÖC CỦA LUẬN VĂN ............................................................................................ 14
1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN .............................................................................................. 14
Chương II ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ .................................................15
2.1 PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY .................................. 15
2.1.1 Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới………………………..15
2.1.2 Các nguyên nhân của sự cố tan rã hệ thống điện……………………………….27
2.1.3 Cơ chế xảy ra sự tan rã hệ thống điện…………………………………………..30
2.1.4 Các dạng ổn định hệ thống điện………………………………………………...33
2.2 ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ .................................................................................... 33
2.2.1 Định nghĩa………………………………………………………………………33
2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ổn định góc rôto với nhiễu loạn nhỏ………………...35
2.2.3 Phƣơng pháp nâng cao ổn định góc với nhiễu loạn nhỏ………………………..42
2.3 CÁC ĐỀ XUẤT NHẰm NGĂN CHẶN CÁC SỰ CỐ TAN RÃ hỆ THỐNG ĐIỆN ........................ 43
2.4 KẾT LUẬN ............................................................................................................................ 46
Chương III ỨNG DỤNG TCSC TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ
THỐNG ĐIỆN DO NHIỄU LOẠN NHỎ ................................................................47
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
3.1 THIẾT BỊ TCSC .................................................................................................................... 47
3.1.1 Giới thiệu chung………………………………………………………………...47
3.1.2 Các lợi ích của việc dùng TCSC………………………………………………..47
3.1.3 Mô hình TCSC………………………………………………………………….49
3.1.4 Phạm vi ứng dụng của TCSC trong thực tế…………………………………….54
3.2 TÌM HIỂU PHẦN MỀM PSS/E ............................................................................................ 56
3.2.1 Giới thiệu chung………………………………………………………………...56
3.2.2 Giới thiệu tổng quan về chƣơng trình PSS/E…………………………………...57
3.2.3 Các thủ tục cơ bản khi tính toán trào lƣu công suất…………………………….59
3.2.4 Tính toán tối ƣu trào lƣu công suất……………………………………………..62
3.2.5 Tính toán mô phỏng quá trình quá độ, sự cố bằng PSS/E……………………...73
3.3 KẾT LUẬN ............................................................................................................................ 77
Chương IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG ..................................78
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM................................................. 78
4.1.1 Tình trạng vận hành hiện tại của hệ thống điện Việt Nam……………………..78
4.1.2 Quy hoạch phát triển năng lƣợng trong giai đoạn 2006-2010-2015……………88
4.2 CÁC TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG KHI CHƢA CÓ TCSC................................................... 102
4.3 DÙNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN DƢ ĐỂ LỰA CHỌN ĐIỂM ĐẶT TCSC ....................... 105
4.4 CÁC MÔ PHỎNG KHI CÓ TCSC ...................................................................................... 108
4.4.1 Các giá trị riêng………………………………………………………………..108
4.4.2 Dao động điện với tín hiệu đầu vào khác nhau………………………………..109
4.5 KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 113
Chương V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................115
5.1 KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 115
5.1.1 Nghiên cứu các sự cố………………………………………………………….115
5.1.2 Nghiên cứu về TCSC trong việc nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ……………115
5.2 KIẾN NGHỊ ......................................................................................................................... 116
Tài liệu tham khảo ................................................................................................117
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình vẽ II-1: Sụp đổ điện áp trong HTĐ pháp ngày 12/1/1987 ....................................................... 17
Hình vẽ II-2: Quá trình sụp đổ điện áp trên hệ thống 500kV- WSCC -USA- 1996 ........................ 20
Hình vẽ II-3: Sơ đồ và trình tự các sự cố dẫn đến tan rã HTĐ WSCC -USA-10/8/1996 ................ 20
Hình vẽ II-4: Tổng công suất truyền tải trên đƣờng dây California-Oregon [20] ............................ 21
Hình vẽ II-5: Công suất tác dụng trong HTĐ Đan Mạch (vùng Zealand) ....................................... 24
Hình vẽ II-6: Tần số và điện áp trong HTĐ Đức và Hungary trƣớc và sau khi 3h 25 phút 33 giây
khi HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ châu Âu- UCTE ..................................................................... 25
Hình vẽ II-7: Tần số của HTĐ châu Âu trƣớc và sau khi tan rã [17] ............................................... 27
Hình vẽ II-8: Tóm tắt các nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ .............................................. 30
Hình vẽ II-9: Cơ chế xảy ra sự cố tan rã HTĐ ................................................................................. 32
Hình vẽ II-10: Sự phân loại các dạng ổn định HTĐ ........................................................................ 33
Hình vẽ II-11: Công suất trên đƣờng dây liên lạc California-Oregon trong quá trình sảy ra sự cố tan
rã lƣới điện ngày 10/8 /1996 [20].................................................................................................... 34
Hình vẽ II-12: Hàm truyền đạt ......................................................................................................... 40
Hình vẽ III-1: Mô hình TCSC cơ bản .............................................................................................. 49
Hình vẽ III-2: Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở ..................................................... 51
Hình vẽ III-3: Một TCSC điển hình ................................................................................................. 52
Hình vẽ III-4: Các nguyên lý vận hành cơ bản của TCSC ............................................................... 53
Hình vẽ III-5: TCSC lắp đặt trong HTĐ Brazil ............................................................................... 56
Hình vẽ III-6: Sơ đồ khối của PSS/E ............................................................................................... 59
Hình vẽ IV-1: Dự báo nhu cầu phụ tải đến năm 2015 ..................................................................... 79
Hình vẽ IV-2: Giá trị riêng của các biến trạng thái trong mùa mƣa. .............................................. 103
Hình vẽ IV-3: Giá trị riêng của các biến trạng thái trong mùa khô. ............................................... 104
Hình vẽ IV-4: Điểm đặt TCSC trên đƣờng dây 500kV lộ đơn của EVN2010............................... 107
Hình vẽ IV-5: Các giá trị riêng của hệ thống khi đặt TCSC trên đƣờng dây Hà Tĩnh - Đà Nẵng . 108
Hình vẽ IV-6: Dòng công suất với tín hiệu đầu vào P ................................................................... 110
Hình vẽ IV-7: Dòng công suất với tín hiệu đầu vào I .................................................................... 111
Hình vẽ IV-8: Dòng công suất trên đƣờng dây Hà Tĩnh - Đà Nẵng với tín hiệu đầu vào P, I ....... 111
Hình vẽ IV-9: Công suất phát của nhà máy HÕA BÌNH và HÀM THUẬN ................................. 112
Hình vẽ IV-10: Góc rotor của nhà máy điện Hoà Bình, Hàm Thuận, Phú Mỹ .............................. 113
7
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng III-1: Danh sách các TCSC đã đƣợc lắp đặt ........................................................................... 54
Bảng IV-1: Điện năng tiêu thụ của Việt Nam từ 1995 - 2005 ......................................................... 78
Bảng IV-2: Gia tăng nhu cầu phụ tải hàng năm từ 1995 - 2005 ...................................................... 78
Bảng IV-3: Dự báo nhu cầu phụ tải đến năm 2015 .......................................................................... 79
Bảng IV-4: Các nhà máy điện hiện có ............................................................................................. 80
Bảng IV-5: Tổng điện năng sản xuất trong giai đoạn 2000 - 2005 .................................................. 82
Bảng IV-6: Tổng nhu cầu điện năng ................................................................................................ 83
Bảng IV-7: Tóm tắt về đƣờng dây và các trạm biến áp ................................................................... 84
Bảng IV-8: Điện năng và công suất ở các trạm biến áp 500kV ....................................................... 85
Bảng IV-9: Các sự cố trên đƣờng dây 500kV .................................................................................. 86
Bảng IV-10: Nhu cầu điện năng trong giai đoạn 2006-2010-2020 .................................................. 88
Bảng IV-11: Tổng hợp nhu cầu điện năng của các miền ................................................................. 89
Bảng IV-12: Các nhà máy điện đƣợc đƣa vào vận hành đến năm 2015 .......................................... 90
Bảng IV-13: Danh sách đƣờng dây 500kV hiện có và đã đƣợc quy hoạch ..................................... 98
Bảng IV-14: Danh sách trạm biến áp 500kV hiện có .................................................................... 100
Bảng IV-15: Hệ số phần dƣ của HTĐ trong mùa mƣa .................................................................. 105
Bảng IV-16: Hệ số phần dƣ của HTĐ trong mùa khô ................................................................... 106
8
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Conseil International des Grands Réseaux Électriques
CIGRE
or : International Council on Large Electric systems
(Hiệp hội các hệ thống điện lớn)
E.ON Netz
EPRI
ESM
FACTS
HTĐ
HVDC
IEEE
MAM
MPĐ
PMU
PSS
PSS/E
A Transmission System Operator in Germany
(Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức)
Electric Power Research Institute
(Viện nghiên cứu điện lực Mỹ)
Energy System Management
(Hệ thống quản lý năng lƣợng)
Flexible AC Transmission System
(Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt)
Hệ thống điện
High Voltage Direct Current
(Đƣờng dây tải điện một chiều)
Institute of Electrical and Electronics Engineers
(Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ)
Modifier Arnoldi method
(Phƣơng pháp Arnoldi hiệu chỉnh)
Máy phát điện
Phasor Measurement Unit
(Hệ thống đo góc pha)
Power System Stabilizer
(Bộ ổn định công suất)
Power System Simulation Engineering
(Mô phỏng hệ thống điện)
Power Technology Inc.
PTI
(Công ty phần mềm Inc - Mỹ)
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
