- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Mạnh Cường NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI THEO ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PHỨC TẠP, ỨNG DỤNG VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Mạnh Cường NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI THEO ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PHỨC TẠP, ỨNG DỤNG VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. - Trương Ngọc Minh đã luôn động viên tôi trong những thời điểm khó khăn và giúp đỡ không giới hạn để tôi hoàn thành luận án. - 1 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ VẤN ĐỀ NÂNG CAO GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH. - 4 1.1 Các chế độ của hệ thống điện, khái niệm về ổn định. - 4 1.2 Ổn định HTĐ có sơ đồ đơn giản, khái niệm về chế độ giới hạn. - 5 1.2.1 Ổn định góc lệch. - 5 1.2.2 Ổn định điện áp. - 7 1.2.3 Giới hạn ổn định điện áp - các kịch bản biến thiên thông số. - 9 1.3 Đặc điểm ổn định HTĐ có sơ đồ phức tạp. - 14 1.4 Phân tích ổn định HTĐ theo lý thuyết ổn định Lyapunov. - 14 1.4.1 Lý thuyết ổn định theo Lyapunov. - 14 1.4.2 Một số tiêu chuẩn ứng dụng đánh giá ổn định theo phương pháp xấp xỉ bậc nhất. - 21 1.4.4 Nhận xét, thảo luận về các tiêu chuẩn đánh giá ổn định. - 23 1.5 Các phương pháp xác định giới hạn ổn định HTĐ phức tạp. - 23 1.5.1 Đặc điểm và các khó khăn của bài toán tìm giới hạn ổn định. - 23 1.5.2 Tổng quan về các phương pháp đánh giá giới hạn ổn định HTĐ. - 25 1.6 Các biện pháp nâng cao ổn định cho HTĐ và vai trò của bài toán xác định giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định. - 38 1.6.1 Nâng cao giới hạn ổn định bằng các giải pháp cấu trúc. - 38 1.6.2 Nâng cao ổn định hệ thống bằng các biện pháp vận hành. - 38 1.7 Định hướng phương pháp nghiên cứu của luận án và giới hạn phạm vi nghiên cứu. - 40 2 PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY TIỆM CẬN TÍNH TOÁN NHANH GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TRÊN CƠ SỞ THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 41 2.1 Đặt vấn đề. - 41 iv 2.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp ngoại suy tiệm cận xác định giới hạn ổn định. - 42 2.2.1 Điều kiện HTĐ ở trạng thái giới hạn ổn định. - 47 2.2.4 Xây dựng biểu thức xấp xỉ xác định giới hạn công suất nút HTĐ theo điều kiện ổn định. - 50 2.2.5 Xây dựng chương trình tính toán giới hạn ổn định HTĐ theo phương pháp ngoại suy tiệm cận. - 54 2.3 Nghiên cứu diễn biến quá trình tiến đến mất ổn định của HTĐ đơn giản thông qua tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ và phương pháp NSTC. - 59 2.3.2 Giải trực tiếp hệ phương trình và xác định giới hạn ổn định theo phương pháp NSTC. - 61 2.3.3 Xác định giới hạn công suất nút theo điều kiện ổn định theo phương pháp tính toán liên tiếp và đối chiếu với kết quả của phương pháp NSTC. - 84 3 NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG ĐIỀU KIỆN HOẠT ĐỘNG CỦA THỊ TRƯỜNG ĐIỆN. - 85 3.1 Tổng quan về thị trường điện và vai trò của việc tính toán giới hạn truyền tải, giới hạn ổn định đối với vận hành thị trường điện. - 92 3.1.6 Bài toán đánh giá giới hạn ổn định HTĐ trong ISO của TTĐ 94 3.2 Giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định HTĐ. - 95 3.3 Mô hình tính toán giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định trong hoạt động của thị trường điện. - 99 3.4 Tính toán chỉ tiêu ổn định HTĐ phục vụ hoạt động TTĐ dựa trên phương pháp ngoại suy tiệm cận. - 120 4 NGHIÊN CỨU MỞ RỘNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP NSTC TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HTĐ. - 121 4.1 Giám sát và điều khiển diện rộng HTĐ và các nội dung liên quan đến ổn định hệ thống. - 121 4.2 Mô phỏng ứng dụng phương pháp cảnh báo ổn định theo các chỉ dấu nguy hiểm mất ổn định điện áp các nút. - 122 4.2.1 Phân tích sự thay đổi của các chỉ số cảnh báo ổn định với hệ thống điện Ward & Hale 6-Bus. - 123 4.2.2 Mô phỏng quá trình theo dõi và cảnh báo ổn định qua hệ số dự trữ công suất nút tính theo phương pháp NSTC. - 4 vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT A0 : Trung tâm điều độ Hệ thống điện quốc gia AC : Alternating Current – dòng điện xoay chiều AGC : Automatic Generation Control AI : Artificial Intelligence ATC : Available Transfer Capability BOT : Build - Operate - Transfer CĐQĐ : Chế độ quá độ CĐXL : Chế độ xác lập CS : Công suất CSPK : Công suất phản kháng CSTD : Công suất tác dụng DC : Direct Current – dòng điện một chiều ĐCTĐ : Điều chỉnh tự động ĐDSCA : Đường dây siêu cao áp ĐZ : Đường dây EVN : Electricity of Vietnam ERAV : Cục Điều tiết Điện lực FACTS : Flexible Alternating Current Transmission System GHCSN : Giới hạn công suất nút GHÔĐ : Giới hạn ổn định GENCO : Công ty phát điện HT : Hệ thống HTĐ : Hệ thống điện HVDC : High Voltage Direct Current IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers ISO : Independence System Operator LOLP : Loss of Load Probability MBA : Máy biến áp MCP : Market Clearing Price MFĐ : Máy phát điện MO : Market Operator NĐ : Nhiệt điện NMĐ : Nhà máy điện NMNĐ : Nhà máy nhiệt điện vii NMTĐ : Nhà máy thủy điện NPT : National Power Transmission Cooperation NSTC : Ngoại suy tiệm cận ÔĐT : Ổn định tĩnh OECD : Organization for Economic Cooperation and Development PC : Power Company - Công ty điện lực PL : Phụ lục PMU : Phasor Measurements Unit PTĐT : Phương trình đặc trưng PTVP : Phương trình vi phân PX : Power Exchange QTQĐ : Quá trình quá độ RETAILCO : Công ty bán lẻ điện SĐĐ : Sức điện động SO : System Operator SVC : Static Var Copenstator SVD : Singular Value Decomposition TBA : Trạm biến áp TBK : Tua bin khí TCSC : Thyristor Controlled Series Capacitor TĐ : Thủy điện TRANSCO : Công ty truyền tải điện TTĐ : Thị trường điện VD : Ví dụ VNL : Viện Năng lượng VOLL : Value of Loss Load WAMC : Hệ thống giám sát và điều khiển diện rộng viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tổng quan nội dung các công trình nghiên cứu đánh giá giới hạn ổn định. - 62 Bảng 2.2 So sánh sai số ở mỗi kịch bản tính toán giới hạn ổn định theo phương pháp NSTC so với phương pháp trực tiếp. - 72 Bảng 2.7 Kế quả tính toán giới hạn ổn định sơ đồ Ward&Hale khi công suất tải tăng 20. - 74 Bảng 2.10 Kết quả tính toán giới hạn công suất nút case IEEE 14-Bus. - 75 Bảng 2.11 So sánh các chỉ số giới hạn ổn định trước và sau khi đặt bù. - 76 Bảng 2.12 Công suất giới hạn tại một số nút của hệ thống IEEE 39 tính theo phương pháp NSTC và tính lặp. - 78 Bảng 2.13 Kết quả tính toán giới hạn CSTD nút tải theo 2 phương pháp . - 82 Bảng 2.14 Kết quả tính toán giới hạn CSPK nút tải theo 2 phương pháp 82 Bảng 3.1 Ma trận dự trữ công suất truyền tải theo tiêu chí ổn định tĩnh 101 Bảng 3.2 Giới hạn công suất nút Pghn– sơ đồ 6 Bus (đơn vị MW. - 105 Bảng 3.4 Ma trận dự trữ ổn định – sơ đồ 6 Bus (đơn vị. - 105 Bảng 3.5 Giới hạn CS nút và giới hạn CS truyền tải song phương tăng thêm – sơ đồ IEEE 14 Bus (đơn vị MW. - 106 Bảng 3.6 Ma trận Hệ số dự trữ truyền tải theo tiêu chí ổn định. - 118 Bảng 3.15 Ma trận dự trữ ổn định của các phương thức truyền tải song phương HTĐ Việt Nam năm 2020. - 124 Bảng 4.2 Hệ số dự trữ ổn định các nút. - 127 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản gồm một máy phát điện. - 6 Hình 1.2 Sơ đồ HTĐ đơn giản gồm một phụ tải nối với hệ thống CS vô cùng lớn. - 8 Hình 1.3 Miền giới hạn công suất truyền tải trên đường dây cấp điện phụ tải. - 10 Hình 1.5 Phân loại ổn định hệ thống điện. - 12 Hình 1.6 Minh họa tiêu chuẩn ổn định theo Lyapunov. - 24 Hình 1.10 Phương pháp chia đôi liên tiếp bước tính cuối cùng tìm giới hạn ổn định. - 26 Hình 1.11 Thuật toán tương đương hóa HTĐ thành hình tia để tìm giới hạn ổn định. - 27 Hình 1.12 Mô tả quỹ đạo nghiệm nguy hiểm để tìm giới hạn ổn định. - 29 Hình 1.13 Góc công suất ở các trạng thái khác nhau. - 45 Hình 2.6 Điểm cắt M ở vị trí ban đầu (a) và ở giới hạn ổn định (b. - 51 Hình 2.8 Sơ đồ khối chương trình tính toán. - 55 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý HTĐ đơn giản 3 nút. - 58 Hình 2.10 Diễn biến định thức ma trận Jacobi khi CSPK Q3 tăng đến giới hạn. - 65 Hình 2.13 Công suất giới hạn Pm3 và |J| tương ứng với sự thay đổi của CSTD tải P3. - 67 Hình 2.15 Diễn biến giới hạn CSTD Pm2 tương ứng với các giá trị của P2.. - 69 xi Hình 2.17 Sơ đồ Ward & Hale 6-Bus. - 71 Hình 2.18 Sơ đồ HTĐ IEEE 14-Bus. - 74 Hình 2.19 Sơ đồ Hệ thống điện IEEE 39-Bus. - 86 Hình 3.2 Phân loại mô hình thị trường điện. - 87 Hình 3.3 Các thành phần của thị trường điện. - 89 Hình 3.4 Lộ trình phát triển Thị trường điện tại Việt Nam. - 93 Hình 3.5 Giới hạn truyền tải. - 95 Hình 3.6 Kịch bản phương thức. - 99 Hình 3.8 Sơ đồ thị trường điện gồm nhiều nhà máy điện cấp cho nhiều phụ tải. - 100 Hình 3.9 Sơ đồ khối chương trình tính toán ma trận giới hạn truyền tải song phương theo tiêu chí ÔĐT. - 104 Hình 3.10 Sơ đồ Ward-Hale 6 Bus với thông số tổng trở nhánh. - 106 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý HTĐ IEEE 39 Bus. - 108 Hình 3.13 Hệ thống truyền tải điện 500 kV Việt Nam đến năm 2020. - 118 Hình 4.1 Biểu đồ phụ tải tương đối các nút sơ đồ Ward & Hale 6-Bus. - 123 Hình 4.2 Thay đổi hệ số dự trữ công suất nút. - 125 Hình 4.3 Thay đổi góc công suất các nút. - 126 Hình 4.5 Biến thiên hệ số dự trữ công suất các nút. - 128 Hình 4.6 Thời gian cần cảnh báo nguy hiểm mất ổn định điện áp. - Có rất nhiều rào cản kỹ thuật đối với khả năng truyền tải của lưới điện như: giới hạn phát nóng, giới hạn sụt áp và giới hạn theo điều kiện ổn định HTĐ. - Do đó, các HTĐ ngày nay thường có xu hướng khai thác tối đa giới hạn truyền tải cho phép để đảm bảo bài toán kinh tế hệ thống. - Trong các giới hạn truyền tải theo điều kiện kỹ thuật, giới hạn theo điều kiện ổn định HTĐ là khó xác định nhất, do sự đa dạng về bản chất hiện tượng ổn định, được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. - Một trong những câu hỏi lớn luôn được đặt ra là: trạng thái vận hành hiện tại của HTĐ còn cách giới hạn ổn định (GHÔĐ) bao xa và làm thế nào để định lượng được mức độ ổn định của trạng thái này? Kết quả tính toán có ý nghĩa rất quan trọng trong thiết kế và vận hành HTĐ. - Trong điều kiện vận hành, mỗi phương thức điều chỉnh chế độ đều liên quan đến sự thay đổi các đặc trưng ổn định và tương quan với chế độ giới hạn cho phép. - Khi hoạt động theo cơ chế thị trường điện các phương thức giao dịch xuất hiện liên tiếp và đa dạng, bài toán quản lý hệ thống xét đến giới hạn ổn định cần được giải quyết thường xuyên. - Trong thiết kế quy hoạch việc lựa chọn cấu trúc sơ đồ, phương án đặt thêm thiết bị nâng cao ổn định hệ thống cũng cần xem xét đến hàng loạt tình huống chế độ khác nhau liên quan đến giới hạn ổn định. - Đề tài luận án được đặt ra trong bối cảnh trên với 2 mong muốn góp phần nghiên cứu phương pháp tính toán nhanh chế độ giới hạn ổn định của HTĐ. - Để đáp ứng yêu cầu nêu trên, luận án đã áp dụng phương pháp đề xuất để tính toán giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định cho các hệ thống điện từ đơn giản đến phức tạp. - Luận án nghiên cứu khía cạnh giới hạn ổn định tĩnh của hệ thống điện, nhằm đánh giá mức độ ổn định của trạng thái hiện hành. - Các kịch bản tiến đến giới hạn ổn định bao gồm: giới hạn công suất nguồn bơm vào nút. - giới hạn công suất tải rút ra khỏi nút. - giới hạn công suất truyền tải từ một nút nguồn cho trước tới một nút tải cho trước bất kỳ trong hệ thống. - Từ các giới hạn này sẽ xác định được hệ số dự trữ ổn định tĩnh của trạng thái đang vận hành. - Ngoài ra, độ chính xác càng cao khi chế độ khảo sát càng gần với giới hạn. - Phương pháp mới đề xuất có khả năng xác định được: giới hạn công suất nguồn phát vào nút, giới hạn công suất tải rút ra từ nút, và giới hạn công suất truyền tải tăng thêm từ một nút nguồn cho trước tới một nút tải cho trước
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt