Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giám sát ổn định hệ thống điện trong thời gian thực

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:233

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm Nghiên cứu đề xuất phương pháp đơn giản hóa sơ đồ HTĐ từ sơ đồ phức tạp về dạng sơ đồ đơn giản phục vụ cho bài toán đánh giá ổn định HTĐ; Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán xác định nhanh miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp trong MPCS nút phụ tải;

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giám sát ổn định hệ thống điện trong thời gian thực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM VĂN KIÊN NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG THỜI GIAN THỰC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM VĂN KIÊN NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG THỜI GIAN THỰC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 62.52.02.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Ngô Văn Dưỡng 2. GS. TS Lê Kim Hùng Đà Nẵng - 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Phạm Văn Kiên
ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................i MỤC LỤC ................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG .........................................................................................x TRANG THÔNG TIN VỀ LUẬN ÁN.....................................................................xi DISSERTATION INFORMATION .................................................................... xiii MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu .......................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................3 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................4 5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 8 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .............................................................8 CHƯƠNG 1 10 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CỦA HTĐ ...........................................................................10 1.1. Mở đầu ...............................................................................................................10 1.2. Các phương pháp tính toán, phân tích và đánh giá ổn định HTĐ ......................12 1.2.1. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn năng lượng .................................13 1.2.2. Đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn Lyapunov ............................................15 1.2.3. Phương pháp phân tích đường cong PV và QV .......................................17 1.2.4. Phương pháp phân tích độ nhạy VQ (VQ Sensitivity Analysis) và phân tích trạng thái QV (QV Modal Analysis) ...........................................................21 1.2.5. Phương pháp đánh giá theo chỉ số ổn định ...............................................24 1.2.6. Các tiêu chuẩn thực dụng Markovits ........................................................28 1.3. Đề xuất phương pháp nghiên cứu ......................................................................30
iii 1.4. Kết luận chương .................................................................................................36 CHƯƠNG 2 37 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MIỀN LÀM VIỆC CHO PHÉP THEO ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TRONG MẶT PHẲNG CÔNG SUẤT .................37 2.1. Mở đầu ...............................................................................................................37 2.2. Phương pháp tính toán đẳng trị sơ đồ HTĐ .......................................................38 2.2.1. Hệ phương trình trạng thái HTĐ ở chế độ xác lập ...................................38 2.2.2. Đề xuất phương pháp GMAT để tính toán đẳng trị sơ đồ HTĐ ..............41 2.3. Chương trình tính toán đẳng trị sơ đồ sử dụng phương pháp GEMAT .............44 2.3.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán chương trình ................................................44 2.3.2. Chương trình tính toán đẳng trị sơ đồ HTĐ .............................................46 2.4. Xây dựng miền làm việc ổn định trong MPCS của HTĐ phức tạp ...................50 2.5. Xây dựng chương trình miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp trong mặt phẳng công suất ............................................................................59 2.5.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán chương trình miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp trong mặt phẳng công suất ..........................59 2.5.2. Xây dựng chương trình miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp trong mặt phẳng công suất ........................................................61 2.5.3. Đánh giá độ tin cậy của chương trình .......................................................63 2.6. Kết luận chương .................................................................................................69 CHƯƠNG 3 71 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN THEO CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH ......................................................................................71 3.1. Mở đầu ...............................................................................................................71 3.2. Tính chất ngẫu nhiên của các thông số vận hành và cấu trúc HTĐ ...................73 3.2.1. Hàm phân phối nhị thức (Binomial Distribution).....................................74 3.2.2. Hàm phân phối Poisson (Poisson Distribution)........................................74 3.2.3. Hàm phân phối chuẩn (Normal Distribution) ...........................................75 3.2.4. Hàm Weibull............................................................................................. 77
iv 3.3. Phương pháp xây dựng miền làm việc cho phép trong MPCS theo các thông tin bất định của HTĐ ......................................................................................................77 3.3.1. Thuật toán xây dựng miền làm việc cho phép trong MPCS theo các thông tin bất định của HTĐ ..........................................................................................77 3.3.2. Phương pháp xác định số điểm cắt đường đặc tính giới hạn ....................80 3.4. Xây dựng chương trình xác định vùng làm việc nguy hiểm trong MPCS của công suất nút phụ tải .................................................................................................81 3.4.1. Xây dựng chương trình xác định vùng làm việc nguy hiểm ....................81 3.4.2. Áp dụng tính toán cho sơ đồ IEEE 39 nút ................................................84 3.5. Kết luận chương .................................................................................................90 CHƯƠNG 4 92 ÁP DỤNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH CHO HTĐ 500KV VIỆT NAM THEO CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH ........................................92 4.1. Hiện trạng và tổng thể quy hoạch HTĐ 500kV Việt Nam đến 2025 .................92 4.1.1. Hiện trạng vận hành HTĐ 500kV ............................................................92 4.1.2. Quy hoạch HTĐ 500kV đến 2025 ............................................................94 4.2. Thông số vận hành các TBA 500kV Việt Nam .................................................96 4.2.1. Thực trạng Cung – Cầu điện năng ............................................................96 4.2.2. Thu thập, xử lý số liệu và xác định qui luật ngẫu nhiên của công suất các nút phụ tải ...........................................................................................................98 4.3. Xây dựng bộ số liệu ngẫu nhiên công suất P, Q cho các nút phụ tải tại các TBA 500kV ....................................................................................................................98 4.4. Áp dụng để tính toán xác định vùng làm việc nguy hiểm của công suất phụ tải trong MPCS cho HTĐ 500kV Việt Nam ................................................................100 4.4.1. Sơ đồ HTĐ ..............................................................................................100 4.4.2. Thông số các phần tử của hệ thống ........................................................100 4.4.3. Chọn chế độ vận hành cơ bản .................................................................100 4.4.4. Áp dụng để tính toán xác định vùng làm việc nguy hiểm của công suất phụ tải trong MPCS cho HTĐ 500kV Việt Nam .............................................102
v 4.5. Phân tích, đánh giá mức độ ổn định của HTĐ 500kV Việt Nam ....................105 4.6. Kết luận chương ...............................................................................................109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 1. Kết luận ...............................................................................................................111 2. Kiến nghị .............................................................................................................113 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 PHỤ LỤC i Phụ lục 1: So sánh kết quả tính toán, phân tích ổn định cho sơ đồ IEEE39 nút ..........i Phụ lục 2: Tổng trở các nhánh đường dây và máy biến áp sơ đồ IEEE39 nút ...........v Phụ lục 3: Kết quả phân tích các số liệu thống kê phụ tải tại các TBA 500kV Việt Nam 2016 ...................................................................................................................vi Phụ lục 4: Thông số HTĐ 500kV Việt Nam ......................................................... xxiii Phụ lục 5: Kết quả tính toán phân tích áp dụng cho HTĐ 500kV Việt Nam đến 2025 .................................................................................................................................xxx Phụ lục 6: Các mã code chính sử dụng trong luận án ................................................ li
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐTSĐ Đẳng trị sơ đồ ĐZ Đường dây EVNNPT Tổng công ty truyền tải điện quốc gia GDP Gross Domestic Product GIS Gas Insulation Switchgear HTĐ Hệ thống điện MBA Máy biến áp MFĐ Máy phát điện MLVOĐ Miền làm việc ổn định MPCS Mặt phẳng công suất NCKH Nghiên cứu khoa học NCSS Phần mềm thống kê của hãng NCSS PS Power system PSS/ADEPT Power System Simulator / Advanced Distribution Engineering Productivity Tool PSSE Power System Simulator for Engineering R Phần mềm thống kê mã nguồn mở SAS Statistical Analysis Systems SCADA Supervisory Control and Data Acquisition SPSS Statistical Product and Services Solutions TBA Trạm biến áp TĐK Tự động điều chỉnh kích từ máy phát điện SCA Siêu cao áp
vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Các bài báo công bố quốc tế về ổn định HTĐ từ 1950-2017 (theo Google Scholar) 5 Hình 1.1. Mô hình HTĐ đơn giản (a) và đặc tính công suất của Tuabin-MFĐ (b) 13 Hình 1.2. Mô hình HTĐ tại nút phụ tải (a) và đặc tính công suất phản kháng các máy phát và phụ tải (b) 14 Hình 1.3. Sơ đồ thay thế HTĐ của hình 1.1 17 Hình 1.4. Đường đặc tính PV xét với các dạng tải và cos2 khác nhau [2] 18 Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống điện đơn giản (a) và sơ đồ tính toán phân tích (b). 19 Hình 1.6. Đường cong QV ứng với các chế độ vận hành khác nhau [2] 19 Hình 1.7. Mô hình đường dây truyền tải 25 Hình 1.9. PVSM theo công suất phụ tải tại nút j xét cho sơ đồ IEEE 14 nút 27 Hình 1.8. Mô hình HTĐ nối với nút j (a) và sơ đồ thay thế tương đương (b) 27 Hình 1.10. Sơ đồ HTĐ có cấu trúc bất kỳ (a) và sơ đồ đẳng trị hình tia (b) 31 Hình 1.11. Miền làm việc cho phép trong MPCS xét ở chế độ bình thường (a) và chế độ nặng nề nhất (b) 32 Hình 1.12. Miền làm việc cho phép trong MPCS xét đến các yếu tố bất định của HTĐ 34 Hình 2.1. Sơ đồ đẳng trị HTĐ (a) và miền làm việc ổn định của công suất phụ tải trong MPCS (b) 38 Hình 2.2. Sơ đồ thay thế tương đương HTĐ IEEE 9 nút (a) và sơ đồ đẳng trị về nút phụ tải cần quan tâm (b) 41 Hình 2.3. Kết quả tính toán đẳng trị sơ đồ HTĐ dùng phương pháp GEMAT 44 Hình 2.4. Lưu đồ thuật toán đẳng trị sơ đồ thay thế HTĐ dùng phương pháp GEMAT 45 Hình 2.5. Giao diện chương trình tính đẳng trị sơ đồ. 47 Hình 2.6. Giao diện nhập thông tin nút (a), nhánh ĐZ (b), MBA (c) và thiết bị bù
viii (d) 47 Hình 2.7. Mở sơ đồ HTĐ đã có sẵn trong cơ sở dữ liệu 48 Hình 2.8. Giao diện nhập Thông tin về các phần tử của HTĐ vào thư viện 49 Hình 2.9. Giao diện database (a) và sơ đồ nguyên lý của HTĐ(b) 49 Hình 2.10. Bảng kết quả tính đẳng trị của HTĐ 50 Hình 2.11. Sơ đồ đẳng trị hình tia của HTĐ có F nguồn cung cấp. 51 Hình 2.12. Thuật toán tính toán và xây dựng miền làm việc nguy hiểm 60 Hình 2.13. Giao diện chương trình (a) và đường cong giới hạn ổn định tĩnh (b) cho sơ đồ IEEE 39 nút 61 Hình 2.14. Kết quả tính toán tại nút 25 sơ đồ IEEE 39 nút khi phụ tải làm việc trong vùng ổn định (a) và cách xác định hệ số dự trữ ổn định tĩnh (b) 62 Hình 2.15. Sơ đồ HTĐ IEEE 9 nút 63 Hình 2.16. Giao diện chương trình tính toán cho sơ đồ IEEE 9 nút 65 Hình 2.17. Bảng hiển thị và hai khối chứa các thiết bị mô phỏng 67 Hình 2.18. Giao diện màn hình giám sát trên máy tính kết nối với mô hình 67 Hình 2.19. Miền làm việc ổn định trong MPCS P-Q xét tại nút 5 68 Hình 3.1. Miền làm việc cho phép trong MPCS theo tiêu chuẩn ổn định dQ/dU
ix Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý HTĐ IEEE 39 Nút 88 Hình 3.13. Vùng làm việc nguy hiểm của công suất nút phụ tải 25 88 Hình 4.1. Sơ đồ hiện trạng HTĐ 500kV Việt Nam tính đến tháng 8/2017 93 Hình 4.2. Sơ đồ quy hoạch HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn 20162025 95 Hình 4.3. Biểu đồ phụ tải điển hình ngày từ Thứ 2 đến Chủ nhật năm 2016 96 Hình 4.4. Biểu đồ năng lượng ngày các tháng của HTĐ quốc gia 97 Hình 4.5. Tình hình nguồn cung điện tại Việt Nam giai đoạn 2001-2016 và dự phòng theo quy hoạch điện VII đến 2030 97 Hình 4.6. Giao diện nhập thông tin hệ thống của chương trình 102 Hình 4.7. Giao diện nhập số liệu Nút, nhánh DZ và nhánh MBA 103 Hình 4.8. Giao diện nhập số ngẫu nhiên 104 Hình 4.9. Kết quả ma trận trạng thái của HTĐ 500kV Việt Nam 104 Hình 4.10. Một phần giao diện sơ đồ nguyên lý HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn 2016-2025 105 Hình 4.11. Miền làm việc ổn định xét cho nút phụ tải TBA 500kV Đà Nẵng 106
x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Số liệu thông tin nút sơ đồ IEEE 9 nút 64 Bảng 2.2. Số liệu thông tin nhánh sơ đồ IEEE 9 nút 64 Bảng 2.3. Bảng kết quả tính toán phân tích các kịch bản vận hành 66 Bảng 3.1. Thông số thay thế của kháng điện và tụ bù 84 Bảng 3.2. Công suất phát và điện áp đầu cực các máy phát điện 85 Bảng 3.3. Công suất phụ tải 85 Bảng 3.4. Số liệu phụ tải tại các nút của sơ đồ IEEE 39Nút 87 Bảng 4.1. Sản lượng điện năng thương phẩm năm 2015, 2016 [60] 96 Bảng 4.2. Kết quả số liệu giá trị kỳ vọng trung bình  và độ lệch chuẩn  99 Bảng 4.3. Công suất nguồn phát và điện áp đầu cực thanh cái các TBA 101 Bảng 4.4. Công suất phụ tải ở chế độ xác lập 101 Bảng 4.5. Bảng tổng hợp kết quả tính toán các giới hạn ổn định tại các nút phụ tải của HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn đến 2025 108
xi TRANG THÔNG TIN VỀ LUẬN ÁN Tên đề tài luận án: Nghiên cứu giám sát ổn định hệ thống điện trong thời gian thực Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 62.52.02.02 Họ và tên nghiên cứu sinh: Phạm Văn Kiên Khóa đào tạo: 24 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Ngô Văn Dưỡng 2. GS. TS Lê Kim Hùng Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN Trên cơ sở mục đích nghiên cứu đã đặt ra, luận án “Nghiên cứu giám sát ổn định hệ thống điện trong thời gian thực” đã có những đóng góp mới trong lĩnh vực nghiên cứu ổn định điện áp, cụ thể như sau: - Đề xuất phương pháp tính toán đẳng trị sơ đồ GEMAT: có thể đẳng trị sơ đồ HTĐ bất kỳ về dạng sơ đồ thay thế đơn giản. Kết quả tính toán của phương pháp đề xuất GEMAT có thể dùng để áp dụng cho bài toán ngắn mạch, giải tích mạng điện và tính toán ổn định. - Xây dựng chương trình tính toán xác định miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh trong MPCS: Chương trình cho phép tính toán cho các HTĐ phức tạp và đã được áp dụng tính toán cho HTĐ IEEE 39 nút. Kết quả cho thấy chương trình tính toán hoàn toàn có thể thực hiện tính toán theo các thông số vận hành. - Đề xuất áp dụng một số hàm xác suất thống kê đặc trưng để khảo sát, phân tích và tạo ra bộ số liệu ngẫu nhiên phù hợp với sự thay đổi của các thông số vận hành của HTĐ như phụ tải, xác suất sự cố của các phần tử, yếu tố bất định về nguồn: Từ các tính chất của các hàm xác suất thống kê như phân phối
xii nhị thức; phân phối Poisson; phân phối chuẩn và hàm Weibull, và qua phân tích các phần mềm hỗ trợ phân tích và tạo bộ số liệu ngẫu nhiên, luận án đề xuất sử dụng phần mềm SPSS của hãng IBM để xây dựng bộ số liệu ngẫu nhiên cho công suất tại các nút phụ tải. - Xây dựng chương trình tính toán xác định vùng làm việc nguy hiểm theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh trong mặt phẳng công suất: Chương trình có thể cập nhật và xử lý số liệu; mô phỏng sơ đồ HTĐ; tính toán xác định vùng làm việc nguy hiểm; đánh giá mức độ nguy hiểm ứng với trạng thái vận hành của công suất nút phụ tải. - Ứng dụng chương trình tính toán xác định miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh trong MPCS để áp dụng cho HTĐ Việt Nam 500kV giai đoạn đến 2025 có xét đến các yếu tố bất định của phụ tải. Đà Nẵng, ngày 30 tháng 10 năm 2018 Tập thể cán bộ hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS. TS Ngô Văn Dưỡng: GS. TS Lê Kim Hùng: Phạm Văn Kiên
xiii DISSERTATION INFORMATION Dissertation title: Study on Monitoring of Power System Stability in Real- Time Specialization: Electrical Engineering Code No.: 62.52.02.02 Name of Ph.D. Student: Pham Van Kien Course: 24 Supervisor 1: Assoc. Prof. Ph.D. Ngo Van Duong Supervisor 2: Prof. Dr. Le Kim Hung Training Institution: University of Science and Technology - The University of Danang. SUMMARY OF NEW CONTRIBUTIONS OF THE DISSERTATION Based on the research objectives set out, the thesis "Study on monitoring of power system stability in real-time" has multiple contributions in research of voltage stability as follows: - Propose an equivalent method of GEMAT calculation: An arbitrary power system network can be represented by a simplified equivalent circuit. Results of the proposed GEMAT calculation method can be applied to calculate power system analysis, faults and stability. - Build a simulation program to evaluate the allowed operational region of power systems according to the static stability limitation in power plane: This program can analyze multiscale power system networks and has been used to analyze the IEEE 39Bus power network. The simulated results show that the program can be used to analyze any practical power networks with real operational parameters. - Propose unique probability functions to monitor, analyze and generate appropriate operational parameters such as loads, fault probability of elements
xiv and generator’s instability factors adapted to power system changes: Based on the results of supported software analysis on operational parameters and multiple probability’s functions such as the binomial distribution, Poisson’s distribution, standard distribution and the Weibull function, the software of SPSS from IBM is suitable to build the random parameters of load power at any node in the analyzed power system. - Build a program to calculate the dangerous operational regions of power system according to the limitation condition of static stability in the plane of power: This program can be updated and analyzed the system’s parameters, modeled the power system networks; calculate the dangerous operational regions of power system networks; evaluate level of danger according to operational conditions of load power. - Apply the simulation program of evaluating the allowed operational region of power systems according to the static stability limitation in power plane to evaluate the 500kV power system of Vietnam in 2025 phase with instability factors of loads. Da Nang, February 10, 2018 Academic Supervisors Ph.D. Student Assoc. Prof. Ph.D. Ngo Van Duong: Prof. Dr. Le Kim Hung: Pham Van Kien
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Trong bối cảnh hiện nay để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải điện và an ninh năng lượng để ổn định phát triển kinh tế, nhiều loại hình nhà máy điện đã và đang được xây dựng và đấu nối vào làm việc trong hệ thống điện (HTĐ). Bên cạnh đó cấu trúc của hệ thống điện ngày càng phức tạp: số nút tăng lên, vận hành mạch vòng kín,… Trong quá trình vận hành, trào lưu công suất trên các đường dây truyền tải thường xuyên thay đổi theo sự thay đổi của phụ tải tiêu thụ và công suất phát của các nhà máy điện. Khi công suất truyền tải vượt quá giới hạn cho phép sẽ dẫn đến sụp đổ điện áp và nặng nề hơn sẽ gây mất ổn định và tan rã HTĐ. Trên thế giới có rất nhiều nước đã xảy ra sự cố tan rã HTĐ liên quan đến ổn định của hệ thống, ví dụ gần đây về vấn đề ổn định điện áp đã xảy ra các sự cố được đánh giá rất nghiêm trọng vào năm 2003 tại Mỹ - Canada và Ý. Sự cố mất điện tại Mỹ - Canada ảnh hưởng đến một khu vực khoảng 50 triệu khách hàng với sản lượng công suất bị cắt khoảng 61,8 MW trong gần hai ngày. Ước tính tổng thiệt hại khoảng từ 4 đến 10 tỷ đô la Mỹ. Tại Canada là một khoản lỗ ròng với khoảng 18,9 triệu giờ làm việc, và các lô hàng sản xuất tại Ontario đã giảm 2,3 tỷ đô la Canada [1]. Ở Việt Nam, theo thống kê trong thời gian qua trên HTĐ 500kV Việt Nam đã có nhiều sự cố mất điện lớn, diện rộng có liên quan hiện tượng dao động công suất lớn, mất ổn định điện áp hoặc sụp đổ điện áp xảy ra vào các ngày 17/05/2005, 27/12/2006, 04/09/2007, 29/03/2009, 18/06/2009, 25/07/2009, 08/07/2010 và 22/5/2013 [2], [3]. Như vậy các sự cố sụp đổ HTĐ đều gây ra các vấn đề xã hội và tổn thất kinh tế nghiêm trọng, chi phí rất lớn. Bên cạnh đó, sự gia tăng liên tục nhu cầu của phụ tải điện đáp ứng yêu cầu phát triển của nền kinh tế đã khiến cho HTĐ vận hành gần hơn với giới hạn
2 công suất cực đại nên tần suất mất ổn điện áp xảy ra nhiều hơn. Hơn nữa, HTĐ ngày nay khi kết nối thêm các nguồn năng lượng mới như gió, mặt trời, công suất phát của các nguồn này rất phức tạp, luôn biến đổi rất nhanh và chứa các yếu tố bất định. Để đảm bảo cho HTĐ vận hành an toàn, ngoài việc tính toán các chỉ số ổn định khi xây dựng các kịch bản vận hành ở chế độ offline thì trong quá trình vận hành ở thời gian thực (Real-time) cần phải tính toán, đánh giá và giám sát được mức độ ổn định của HTĐ tương ứng với các trạng thái vận hành khác nhau để có giải pháp xử lý kịp thời đảm bảo HTĐ vận hành an toàn. Đánh giá khả năng ổn định của HTĐ đã có nhiều công trình nghiên cứu được công bố trong và ngoài nước, tuy nhiên mỗi phương pháp đều có những hạn chế nhất định. Trên cơ sở đó luận án lựa chọn “Nghiên cứu giám sát ổn định hệ thống điện trong thời gian thực” với mong muốn tìm phương pháp tính toán phân tích ổn định phù hợp, tích hợp được các yếu tố bất định vào quá trình tính toán với thời gian đảm bảo đủ nhanh. Kết quả đạt được của luận án sẽ cung cấp cho các nhân viên vận hành một công cụ giám sát, đánh giá mức độ ổn định HTĐ, đồng thời khi sử dụng hệ thống SCADA để cung cấp thông tin về thông số vận hành của HTĐ kết hợp với mô hình mô phỏng cho phép tìm kiếm được giải pháp phù hợp nhằm nâng cao độ dự trữ ổn định cho HTĐ tương ứng với các chế độ vận hành khác nhau. 2. Mục đích nghiên cứu Xuất phát từ các vấn đề đã đặt ra, luận án chủ yếu giải quyết các vấn đề có liên quan đến nội dung về phân tích các phương pháp đánh giá ổn định HTĐ, từ đó lựa chọn phương pháp phù hợp để giám sát ổn định điện áp tại nút phụ tải theo chế độ vận hành. Xây dựng chương trình giám sát ổn định HTĐ thông qua miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp dựa vào thông tin đo lường, cụ thể như sau:
3 - Nghiên cứu đề xuất phương pháp đơn giản hóa sơ đồ HTĐ từ sơ đồ phức tạp về dạng sơ đồ đơn giản phục vụ cho bài toán đánh giá ổn định HTĐ; - Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán xác định nhanh miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp trong MPCS nút phụ tải; - Phân tích lựa chọn phương pháp xác định các hàm ngẫu nhiên của các thông số vận hành trên cơ sở bộ số liệu thu thập được từ thực tế vận hành trong thời gian quá khứ; - Trên cơ sở đó xây dựng chương trình giám sát ổn định điện áp trong mặt phẳng công nút phụ tải theo các yếu tố bất định của nguồn, tải và cấu trúc lưới; - Chương trình có thể lấy dữ liệu từ hệ thống SCADA để tiếp nhận thông tin về thông số vận hành của HTĐ sẽ tạo ra công cụ cho phép giám sát ổn định điện áp của HTĐ theo công suất nút phụ tải trong thời gian thực. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a. Đối tượng nghiên cứu - Các phương pháp tính toán phân tích và đánh giá ổn định của HTĐ; - Các yếu tố bất định của các nguồn phát và phụ tải, xác suất sự cố trên các đường dây truyền tải, máy biến áp; - Phương pháp đẳng trị sơ đồ theo thuật toán loại trừ Gauss, các phương pháp biến đổi ma trận; - Tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU để đánh giá khả năng ổn định điện áp theo sự thay đổi của công suất nút phụ tải. b. Phạm vi nghiên cứu Sử dụng tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU và phương pháp đẳng trị sơ đồ để tính toán xây dựng thuật toán xác định đặc tính giới hạn công suất nút phụ tải
4 theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp [4]. Trên cơ sở đó tính toán xây dựng chương trình xác định vùng làm việc nguy hiểm của công suất nút phụ tải theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp. Áp dụng tính toán xây dựng chương trình giám sát ổn định điện áp tại các nút phụ tải của HTĐ Việt Nam giai đoạn đến năm 2025, có xét đến các yếu tố ngẫu nhiên của công suất nút phụ tải. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu a. Cách tiếp cận ❖ Trong nước Đối với Việt Nam, lĩnh vực nghiên cứu đánh giá ổn định của HTĐ đã có các công trình khoa học được nghiên cứu và công bố, trong đó có thể kể đến các công trình tiêu biểu sau: - Các công trình của GS. TS. Lã Văn Út cùng nhóm cộng sự đã nghiên cứu, tính toán đánh giá ổn định cho đường dây truyền tải 500kV Bắc – Nam, trước khi đóng điện hòa vào HTĐ Việt Nam. Đồng thời các kết quả tính toán đề xuất một số giải pháp nâng cao độ dự trữ ổn định cho HTĐ Việt Nam [4], [5]; - Phân tích nhanh tính ổn định và xác định giới hạn truyền tải công suất trong HTĐ hợp nhất có các đường dây siêu cao áp, năm 2002 của tác giả Ngô Văn Dưỡng [4]; - Điều khiển nâng cao ổn định của HTĐ nhằm áp dụng cho hệ thống Việt Nam 2005 của tác giả Nguyễn Bê [6]; - Tính toán phân tích ổn định động của HTĐ Việt Nam theo mô hình chi tiết có xét đến khả năng ứng dụng TCSC, năm 2006 của tác giả Thạch Lễ Khiêm [7]; - Nghiên cứu áp dụng các phương pháp và phương tiện điều khiển để nâng cao ổn định và làm việc tin cậy của HTĐ, năm 2009 của tác giả Lã Minh