Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HOÀNG ĐẠT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HOÀNG ĐẠT

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

Trang 2

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2012

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Trang 3

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Hướng dẫn khoa học:

TS HỒ VĂN HIẾN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2012

Trang 4

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên học viên: Phạm Hồng Đạt MSHV: 0955250007

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện Khóa: 2009 - 2011

Tên đề tài: Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện

Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui định) của một luận văn thạc sĩ

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012

Giảng viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ học tên)

Hồ Văn Hiến

Trang 5

Luận văn thạc sĩ Lý lịch khoa học

HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang i GVHD:TS.Hồ Văn Hiến

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:

Họ và tên: Phạm Hoàng Đạt Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 15 /01 /1980 Nơi sinh: TPHCM

Quê quán: Hà Tây Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: 72/4A Phường Tân Thới Nhất, Quận 12, TPHCM

Ngành học: Điện Khí Hóa - Cung Cấp điện

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:

Thời gian công tác Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

2003- 2004 Công ty DNTN BÁCH VIỆT-

KCN Tân Bình

Nhân viên Bảo trì

2006 - đến nay Trường ĐH Công Nghiệp

TPHCM

Giảng Viên Khoa Điện

Trang 6

Luận văn thạc sĩ Lời cam đoan

HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang ii GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2012

Người cam đoan

Phạm Hoàng Đạt

Trang 7

Luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn

HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang iii GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Hồ Văn Hiến

- Người đã quan tâm, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm để em có thể thực hiện tốt luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn tất cả Quý Thầy Cô Trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP

Hồ Chí Minh, Trường ĐH Bách khoa TP Hồ Chí Minh đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích, đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 12 năm 2012

Người thực hiện

Trang 8

áp dịch pha điều khiển thyristor (TCPST) và bộ điều khiển phân bố công suất hợp nhất (UPFC) được kết nối nối tiếp và song song phối hợp

Các thiết bị FACTS là rất hiệu quả và tăng khả năng truyền tải công suất của đường dây tới mức giới hạn cho phép trong khi duy trì mức độ ổn định

Các thiết bị FACTS nối song song được sử dụng để điều khiển điện áp truyền tải, phân bố công suất, giảm tổn thất phản kháng và làm giảm dao động công suất cho mức truyền tải công suất cao Trong nghiên cứu này, xác định vị trí dung lượng đặt SVC được nghiên cứu cho mô hình đường dây truyền tải có vị trí bù ngang thay đổi Ảnh hưởng của

sự thay đổi mức độ bù ngang đến vị trí đặt SVC của thiết bị FACTS song song để thu được lợi ích có thể cao nhất được nghiên cứu Tìm thấy rằng vị trí tối ưu của thiếu bị FACST song song biến đổi theo mức độ sự thay đổi của bù ngang để thu được lợi ích lớn nhất trong các điều kiện về khả năng truyền tải công suất

Trang 9

Luận văn thạc sĩ Mục lục

HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang v GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục v

Danh sách các hình vii

Chương I Tổng quan 01

1.Đặt vấn đề 02

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 02

3 Phạm vi nghiên cứu 02

4 Phương pháp nghiên cứu 02

5 Giá trị thực tiễn của đề tài 03

6 Nội dung dự kiến 03

Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT 04

1 Khái niệm chung về ổn định hệ thống điện 04

1.1 Ổn định động và ổn định tĩnh 04

1.2 Mô hình hệ thống điện 06

1.3 Điểm cân bằng (Equibibrium or singular point) 09

2 Các khái niệm liên quan đến ổn định điện áp 09

2.1 Đặc tính hệ thống truyền tải 09

2.2 Thuận lợi của đường cong Q – V đến khảo sát và phân tích ổn định điện áp 19

3 Đặc tính của nguồn phát 19

4 Đặc tính tải 20

5 Một số thiết bị bù công suất phản kháng 21

5.1 Tụ bù ngang 21

5.2 Thiết bị bù ngang có điều khiển 21

5.3 Bù dọc 21

6 Tiêu chuẩn ổn định điện áp 21

6.1 Tiêu chuẩn ổn định điện áp dΔQ/dV 21

6.2 Tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp đối với hệ thống lớn 24

7 Các bộ điều khiển FACTS ứng dụng trong hệ thống điện 24

7.1 Giới thiệu FACTS 24

7.2 Ứng dụng và các lợi ích của thiết bị FACTS 26

8 Ứng dụng thiết bị SVC trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện 27

9 Phương pháp phân tích Modal Q – V đánh giá ổn định điện áp HTĐ 35

9.1 Ma trận rút gọn Jacobi……… 35

9.2 Giới thiệu trị riêng, vector riêng và mô hình ma trận modal 39

9.2.1 Giá trị riêng 39

9.2.2 Vector riêng 40

9.2.3 Mô hình ma trận modal 40

Trang 10

Luận văn thạc sĩ Mục lục

HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang vi GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

9.2.4 Độ nhạy 42

9.2.5 Hệ số tham gia 43

9.3 Phương pháp phân tích ma trận modal Q –V đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống điện 43

9.3.1 Hệ số tham gia của nút P ki 47

9.3.2 Hệ số tham gia của nhánh P ji 48

9.3.3Hệ số tham gia của máy phát P mi 50

Chương III: Khảo sát, phân tích và đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống truyền tải 345kV 53

1 Giới thiệu mạng 5 nút 53

2 Khảo sát mạng 5 nút 54

3 Mô phỏng bằng Powerworld 67

Chương 4: Kết luận và đề xuất 68

1 Kết luận 68

2 Những hạn chế 68

3 Đề xuất 68

Tài liệu tham khảo 70 Phụ lục 71-79

Trang 11

Luận văn thạc sĩ Danh sách các hình

HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang viii GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1 Minh họa ổn định của hai hệ cơ học 07

Hình 2.2 Hệ thống hình tia đơn giản 13

Hình 2.3 Đồ thị của I V, ,P ,Q R R R theo phụ tải 15

Hình 2.4 Đường cong P-V ứng với các hệ số công suất khác nhau 17

Hình 2.5 Đặc tính P-V với hệ số công suất trễ 18

Hình 2.6 Đặc tính P-V với hệ số công suất sớm 19

Hình 2.7 Sơ đồ mạng hình tia đơn giản 24

Hình 2.8 Đặc tính đường cong phụ tải 25

Hình 2.9 Sơ đồ tia đơn giản và giản đồ vector 27

Hình 2.10 Đường đặc tínhQ V S( )vớiP L  0và P L  0 28

Hình 2.11 Đường đặc tínhQ V L( ) và Q V S( ) 29

Hình 2.12 Bảng so sánh đánh giá các thiết bị bù 32

Hình 2.13 Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 35

Hình 2.14 Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 36

Hình 2.15 Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 37

Hình 2.16 Mô hình vị trí SVC 39

Hình 2.17 Sự thay đổi P và Q khi có SVC đối với mô hình SMIB 39

Hình 2.18 Đường cong góc – công suất đối với mô hình SMIB 41

Hình 2.19 Đặc tính công suất khi có và không có SVC 42

Hình 3.1 Sơ đồ lưới 5 nút 64

Trang 12

Chương I: Giới thiệu luận văn GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

HVTH: Phạm Hoàng Đạt Trang 1

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN

1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Hiện nay, vấn đề ổn định điện áp không còn là vấn đề mới lạ đối với tất cả

chúng ta Tuy nhiên, nó đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc nghiên cứu và

đánh giá ổn định hệ thống, cũng như chất lượng điện năng trong hệ thống, gần đây

vấn đề mất ổn định điện áp là một những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng

sụp đổ điện áp Vì vậy, việc khảo sát, phân tích ổn định điện áp để xác định những

thông tin về giới hạn ổn định và cơ chế gây ra mất ổn định điện áp từ đó đưa ra

những dự báo, tìm biện pháp cải thiện, khắc phục kịp thời hiện tượng sụp đổ điện áp

có thể xảy ra Nếu không có những dự báo tương đối chính xác về ổn định điện áp

để đưa ra khắc phục kịp thời thì sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng, gây ra ảnh

hưởng sự phát triển của nền kinh tế và an ninh của hệ thống điện Việc dự báo sụp

đổ điện áp trong hệ thống điện là một trong những bài toán quan trọng trong quá

trình phân tích ổn định điện áp Đặc biệt đối với một hệ thống lớn, đường dây dài và

phức tạp Để phần nào hiểu rõ vấn đề này, trong luận văn này sẽ đi tìm hiểu phương

pháp phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện với phương pháp phân tích

modal Q-V và kết hợp việc thành lập các đường cong V-P, Q-V được thành lập bài

toán phân bố công suất Khi đó có thể kết luận rằng hệ thống điện ổn định, mất ổn

định hay sụp đổ Từ đó dựa vào đặc tính độ dốc của đặc tính Q-V và giá trị riêng

lamda bé và dương và các hệ số xem nút nào ổn định kém hay gần với điểm tới hạn

ranh giới mất ổn định nhất, biết được các nhánh và các máy phát quan trọng việc

tham gia giữ ổn định điện áp để có những biện pháp cải thiện kịp thời

Trong luận văn này dự kiến sẽ sử dụng thiết bị bù tĩnh là thiết bị bù công suất

phản kháng có điều khiển, ứng dụng công nghệ FACT mà cụ thể là thiết bị SVC để

bù vào những nút được khảo sát là kém ổn định nhất trong hệ thống để cải thiện

nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện Vì lý do đó nên chọn đề tài là:" ỔN

ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN"

Trang 13

Nước ta hiện đang trên đà hội nhập cùng kinh tế thế giới, cụ thể đã gia nhập vào

WTO để phát triển kinh tế Để phát triển kinh tế, đòi hỏi ngành điện đáp ứng nhu

cầu tải ngày càng tăng trong khi các nguồn phát còn hạn chế Do vậy vấn đề an ninh

của hệ thống là mối quan tâm rất lớn của ngành năng lượng nói chung và ngành

điện nói riêng Trong đó, việc khảo sát và phân tích đánh giá về ổn định điện áp

được đặc lên mối quan tâm hàng đầu để đưa ra những giải pháp ngắn hạn cũng như

chiến lược lâu dài để phát triển nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng

lớn

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ:

 Khảo sát ổn định điện áp, phương pháp nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp

 Giới thiệu và ứng dụng thiết bị bù công suất phản kháng sử dụng công nghệ

FACT: cụ thể dùng SVC để nâng cao ổn định điện áp

 Áp dụng và khảo sát, đánh giá ổn định điện áp cho lưới truyền tải 345KV khi

chưa bù và có bù SVC

 Một số giải pháp khác nhằm nâng cao ổn định điện áp của hệ thống

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:

Đề tài nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp cho mạng 5 nút với hệ thống điện

truyền tải có điện áp 345KV.Đưa ra biện pháp cải thiện ổn định điện áp ứng dụng

FACT, cụ thể dùng thiết bị bù tĩnh SVC

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Mô hình hóa và mô phỏng bằng phần mềm Matlab và Powerworld

Dữ liệu đã được công bố vào năm 2010: Sử dụng đường cong PV/QV phân

tích ổn định điện áp hệ thống điện 500kV Việt Nam – PGS.TS Đinh Thành Việt –

Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Trang 14

5 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:

 Đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống 345KV được nâng cao vấn đề an ninh

năng lượng và chất lượng điện năng của hệ thống

 Mở rộng cho hệ thống phức tạp nhiều nút

6 NỘI DUNG DỰ KIẾN:

Chương I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

Chương II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TÌM HIỂU FACT

Chương III: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO

HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CÓ ĐIỆN ÁP 345KV

Chương IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang 15

Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

CHƯƠNG II:

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TÌM HIỂU FACT

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối có mối quan hệ tương tác

lẫn nhau rất phức tạp tồn tại vô số các nhiễu tác động lên hệ thống Hệ thống phải đảm

bảo được tính ổn định khi có tác động của những nhiễu này

Ổn định hệ thống điện là khả năng trở lại vận hành bình thường hoặc ổn định sau

khi chịu tác động nhiễu Đây là điều kiện thiết yếu để hệ thống có thể tồn tại và vận hành:

chế độ xác lập chẳng hạn, để tồn tại cần phải có sự cân bằng công suất trong hệ (làm các

thông số của hệ mới giữ không đổi) và đồng thời phải duy trì được độ lệch nhỏ của các

thông số định mức dưới những kích động ngẫu nhiên nhỏ (làm các thông số này lệch khỏi

các giá trị tại điểm cân bằng); hoặc do những tác động của những thao tác đóng cắt, hệ

thống điện cần phải chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác

Khi hệ thống mất ổn định, có thể phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải, có thể

làm tan rã hệ thống và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế Do đó cần nghiên

cứu ổn định trong thiết kế và vận hành hệ thống phải đảm bảo:

 Ổn định trong mọi tình huống vận hành bình thường và sau sự cố

 Có thể vận hành bình thường trong mọi tình huống thao tác vận hành và kích động

của sự cố

1.1 Ổn định động và ổn định tĩnh

Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống sau những kích động (nhiễu nhỏ) phục hồi

được chế độ ban đầu Nếu liên tưởng đến ổn định của hai hệ sau ta có thể hiểu thêm về

khái niệm ổn định tĩnh Ở hệ 1 (Hình 2.1 - a) vị trí cân bằng của con lắc là ổn định

Nghĩa là giả sử nếu như có những nhiễu nhỏ (thường xuyên hiện hữu trong không

gian) thì con lắc sẽ giao động Tuy nhiên do lực cản không khí, dao động tắt dần và con

lắc sẽ trở về vị trí ban đầu

Trang 16

Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

Hình 2.1: Minh họa ổn định của hai hệ cơ học

Tương tự như vậy, vị trí a của hệ (Hình 2.1) sẽ ổn định Tuy nhiên vị trí b là vị trí giả

sử cân bằng nhưng không ổn định Lý do là chỉ cần nhiễu nhỏ (gió nhẹ) thì hòn bi sẽ rời

khỏi điểm B Hệ thống điện như trên đã nói, chế độ xác lập khi có điều kiện cân bằng

công suất sẽ có các thông số không thay đổi hoặc chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các giá

tri ban đầu Tuy nhiên, trong hệ thống khi vận hành có rất nhiều tác động nhỏ, ngẫu

nhiên: sự thay đổi của công suất phụ tải Hệ thống khi ấy vẫn phải duy trì được độ lệch

nhỏ hoặc trở về các vị trí ban đầu của các thông số chế độ Tính chất này chính là tính ổn

định tĩnh của hệ này Ổn định động của hệ thống khả năng của hệ phục hồi được trạng

thái ban đầu hoặc gần trạng thái ban đầu sau những kích động lớn (nhiễu lớn)

Như trên đã nói nếu có thể chuyển được sang chế độ xác lập mới thì hệ sẽ có tính ổn

định động Các kích động lớn ở đây có thể được hiểu như sau:

 Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện

 Đóng cắt các phần tử lưới điện

 Tăng giảm đột ngột

Giả sử như có một máy phát điện đang phát công suất p0 nay do nhu cầu cần phải

tăng ngay công suất lên P1 Ở thời điểm này sẽ có sự tăng động ngột công suất cơ P =

1

P-P0 nên máy phát quay nhanh lên Nếu sự tăng tải này đảm bảo cho máy phát theo thời

gian giảm tốc lại và trở về vị trí cân bằng ổn định mới thì ta nói hệ có tính ổn định động

Ngược lại, nếu máy phát liên tục tăng tốc, nó sẽ rời khỏi đồng bộ và phải bắt buộc phải

được cắt ra khỏi lưới, khi ấy hệ mất ổn định động

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	5,04 MB