Tính toán phân tích chế độ làm việc của lưới điện 220KV Lào Cai – Yên Bái – Việt Trì- Vĩnh yên giai đoạn cấp điện từ Trung Quốc xét đến chế độ sự cố đóng máy phát điện Thác Bà vào làm việc

Tính toán phân tích chế độ làm việc của lưới điện 220KV Lào Cai – Yên Bái – Việt Trì- Vĩnh yên giai đoạn cấp điện từ Trung Quốc xét đến chế độ sự cố đóng máy phát điện Thác Bà vào làm việc. Vài nét về hiện trạng hệ thống điện miền B ắc và nhu cầu nhập khẩu điện năng từ Trung Quốc....

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

TINH TOAN PHAN TICH CHE DO LAM VIEC CUA LUGI DIEN

220 KV LAO CAI— YEN BAI = VIET TRI - VINH YEN GIAI

ĐOẠN CẤP ĐIỆN TỪ TRƯNG QUỐC XÉT ĐẾN CHẾ ĐỘ SỰCỐ

ĐÓNG MÁY PHÁT ĐIỆN THÁC BÀ VÀO LÀM VIỆC

| TƯỜNG ĐH SÁCH KHÓA HN NGANH: MANG-VA'HE THON “WEN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi Các kết quả tính toán nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một bản luận văn nghiên cứu nào khác

Hà nội, ngày 14 tháng lÌ năm 2006

TÁC GIÁ LUẬN VĂN

Chuong 1 VAI NET VE HIEN TRANG HE THONG DIEN MIEN BAC VA NHU

CAU NHAP KHAU DIEN NANG TU TRUNG QUỐC tt 10 1.1 Nhu cầu tiêu thụ điện năng hiện nay và đặc điểm của phụ tải điện miền ; ccceccecscecsesecseeee, “.:

10

1.$, Những thuận lợi và khó khăn 22 14 1.5 Nhập khẩu điện năng từ nước ngoà, 22 2S 17

Chương 2 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIA KHA NANG DAM BAO ON

19

21, Đặt vấn đề re

19 2.2 Mô hình lưới điện trong tính toán phân tích chế độ xác lập của HTĐ L9 *‹2.1.Nhánh chuẩn

thue lục TT ————=—— — ._. ¬

a

eee 3.1.1 Sơ đồ kết đây lưới điện khu ec 4I

3.2.1 Tính toán phân tích chế độ phụ tải cực đại TH nh nu 45

3-/ Tính toán phân tích chế độ sau Khi bù 2222 68

3-7.1 Chế độ phụ tải cực đại 2S 68

3.9 Tính đao động điện áp trên lưới khi đóng cắt tụ 83

3.9.1 Tính dao động điện áp khi đóng tụ Việt Trì và Vĩnh Yên 83

3.9.2 Tính dao động điện áp khi cắt tụ Việt Trì và Vĩnh Yên 85 3.10 Kết luận về chế độ xác lập và ổn định ĩnh ì 87

Chương 4 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG LƯỚI ĐIỆN XINQIAO Đị

4.3.3 Sự cố ngắn mạch trên ĐD 220 kV Yên Bái đi Việt Trì 100

—-

105

Lé Tat Thanh- CH Kỹ Thuật diện 9004-9006

Danh mục băng 0à hình uẽ 4

DANH MUC CAC BANG

STT

4 Bang 3.4 | Thông số đữ liệu đường dây 44

Tri

1 Kết quả điện áp chế độ cực đại tại các nút chính | _

Lê Tết Thờnh- CH Kỳ Thuật điện 2004-2008

Bảng kết quả tính dao động điện áp

| Sơ đồ thay thé của nhánh ij trong HTD

Sơ đồ thay thế máy biển áp hai cuộn đây |

Sơ đồ thay thế của máy biến áp ba cuộn day _ |

Sơ đồ khối chương trình tính toán CDXL theo

phương pháp Newton- Raphson và chu trình lặp đánh giá mức độ ổn định HTĐ tìm giới hạn ổn

33

| Hình 2.11 | Xác định miền ổn định của nút tải 36

lo trình 3.1 | Sơ đồ kết dây cơ bản lưới điện Xin Qiao-Lào Cai | 44

' 13 | Hình3.2 | Kết quả tính toán GĐXL lưới điện Xin Qiao-Lào | 48

Cai chế độ cực đại |

E Hình 3.3 | Kết quả tính toán CĐXL lưới điện Xin Qiao-Lao | 50

15 | Hình3.4 | Biểu đồ miễn ổn định nh phụ tải trạm Phúc Yên | 5]

khi dién 4p Xian Qiao 230 kV

16 | Hinh3.5_ | Biểu đồ miên ổn định nh phụ tải trạm Phúc Yên | 54

khi điện áp Xin giao 220 kV

17 | Hình3.6 | Biểu đồ miền ổn định tĩnh phụ tải trạm Phúc Yên | 56

khi điện ấp Xin Qiao 215 kV

18 | Hinh 3.7 | Hình 3.7 Biểu đồ miền ổn định nh phụ tải trạm 67

Phúc Yên khi bù dọc (nét liền) và không bù doc

(nét đứt) |

19 | Hình3.8 | Hình 3.8 Biểu đồ miền ổn định tính phụ tải trạm | 67

Vĩnh Yên khi bù đọc (nét liền) và không bù dọc _| (nét đứt)

29 | Hình 3.9 | Kết quả tính toán CĐXL lưới điện Xin Qiao-Lao | 7l

ma ' Cai chế độ cực đại sau khi bù -

21 | Hình 3.10 ic {qua tinh todn CDXL ludi điện Xin Qiao-Lào | 72

R Cai chế độ cực đại sau khi bù | |

22 | Hình 3.11 | Kết quả tính toán CDXL lưới điện Xin Qiao-Lào | 73

| Cai chế độ cực tiểu sau khi bù

Lê Tất Thành- CH Kỹ Thuật điện 2004-2006

——

Hình 3.13 | Biểu đồ miền ổn định tinh phụ tải trạm Phúc Yên | 78

khi điện áp Xin Qiao 215 kV, khi đã bù (nét liền)

và khi chưa bù (nét đứt)

an Hình 3.14 | Biểu đồ miền ổn định tĩnh phụ tải tram Phúc Yên | 8 |

sau khi bù và điện áp Xian Qiao giảm xuống 210 KV- Thác Bà không phát

Hình 4

— Đồ thị góc lệch tương đối máy phát Thác Bà 96

28 | Hinh 4.3 | Dé thị góc lệch tương đối máy phát Thác Bà 98

psc

eee

22 | Hinh 4.4 | Đồ thị góc lệch tương đối máy phát Thác Bà

30 | Hình4.5 | Đồ thị góc lệch tương đối máy phát Thác Bà

|

|_-

32 Hình 4.7 Đồ thị góc lệch tương đối máy phát Thác Bà

33 | Hình4§ | Đồ thị góc lệch tương đối máy phát Thác Bà

MỞ ĐẦU

Tinh trang thiéu dién nang trén toan HTD Quốc gia nói chung và trên HTĐ

miền Bắc nói riêng trong những năm gần đây đã dẫn đến vấn để đầu tư xây dựng thêm nhiều nguồn điện mới và mua điện từ các nước lắng giềng Ngày 15-10-2005 ký kết hợp đồng giữa Tổng công ty điện lực Việt Nam (EVN) và công ty điện lực Vân Nam (Trung Quốc) trong đó Việt Nam sẽ mua điện từ Trung Quốc hướng Lào Cai cấp điện ấp 229 kV truyền tải điện năng cho phụ tải các tỉnh Tây Bắc Việt Nam, lưới điện khu vực sẽ vận hành chính thức vào

ngày 01- 01- 2007 Với tổng sản lượng điện năng hàng năm đạt từ 1.1z l.3 tỷ

kWh, tổng công suất cực đại đạt 300 MW, nguồn từ trạm truyền tải Xin Qiao

(Trung Quốc) sẽ cấp sang Việt Nam qua Lào Cai, Yên Bái, Việt Tn, Vĩnh

Yên Theo bản ký kết hợp đồng, vì lý do ổn định không thể hoà HTĐ Trung

Quốc và HTĐ Việt Nam do vậy phía Việt Nam sẽ mở vòng tại một số điểm, lưới điện khi đi vào vận hành sẽ độc lập với lưới điện Việt Nam đồng thời đảm bảo chất lượng điện năng như thoả ước

Đường dây truyền tải với khoảng cách dài, mang tải lớn, phụ tải chủ yếu tập tung ở cuối nguồn, tiêu thụ nhiều công suất vô công đồng thời bao gồm nhiều

khu công nghiệp quan trọng, yêu cầu về chất lượng điện năng rất cao, điều đặc biệt khi nút Xin Qiao không phải là nút nhà máy đã đòi hỏi cấp thiết công việc nghiên cứu tính toán phân tích chế độ xác lập trong các chế độ vận hành,

tính toán bù công suất vô công, tính toán phân bổ điện áp, tính toán phân tích

ổn định tĩnh và ổn định động, tính toán dao động điện ấp khi vận hành tụ bà cho lưới điện khu vực Đây cũng là mục đích và vấn để mà luận văn đề cập

nghiên cứu tìm ra phương pháp vận hành an toàn, tin cậy, chất lượng và kinh

tế cho lưới điện khu vực Với vấn đề yêu cầu thực tế trên đây, luận văn đã đi

sâu tính toán phân tích chế độ vận hành, nghiên cứu ổn định động, ổn định

tĩnh, nghiên cứu hiệu quả ứng dụng 5WVC, tụ bù đọc trong công tác thiết kế và

Lê Tu Thành- CH Kỹ Thuật điện 2004-2006

vận hành lưới điện, nâng cao chất lượng điện năng, nâng cao ổn định chung cho lưới điện khu vực Xin Qiao-Lào Cai

Với nội dung nghiên cứu và tính toán trên đây, kết quả tính toán đang được

lưới điện khu vực Xingiao-Lào Cai vận hành kiểm nghiệm thực tế (vận hành

đóng điện thử vào ngày 25- 09 - 2006 và vận hành chính thức vào ngày 01-01- 2007) Đề có được kết quả ứng dụng vào thực tế trên là nhờ sự tận tình giúp

đỡ, hướng dẫn của thầy giáo GS.TS Lã Văn Út, sự quan tâm chỉ đạo sát sao

của các cán bộ lãnh đạo Tâp đoàn điện Lực EVN, Trung Tâm Điều Độ HTĐ Quốc gia, Trùng Tâm Điều Độ HTĐ miền Bắc và các đồng nghiệp

Vậy em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt em tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo GS.TS Lã Văn Út Thầy đã quan tâm, tận tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn, hướng cho em phương pháp tư duy khoa học, nhìn nhận vấn

đề, cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề đồng thời vận dụng lý thuyết vào ứng

dụng thực tế Tác giả luận văn đồng cảm ơn ban lãnh đạo cơ quan Trung Tâm

Điều Độ HTĐ Quốc gia, Trung Tâm Điều Dé HTD miền Bắc và các đồng

nghiệp đã tạo điều kiện về thời gian, tài liệu, đóng góp ý kiến cho tác giả trong thời gian hoàn thành luận văn Nội dung nghiên cứu vận hành HTĐ độc lập với HIĐ Việt Nam trong đó có nhà máy điện, đường đây truyền tải dài, các thiết bị bù, thiết bị điều khiển là đề tài khá rộng, cùng với thời gian con han chế do đó luận văn không tránh khỏi những thiếu sót em cũng kính mong các Thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp phát hiện, bổ sung những đóng góp ý kiến

quý báu để đề tài nghiên cứu được phong phú hơn, hoàn thiện hơn và bản thân

em cũng học hỏi tiến bộ nhiều hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên lớp Cao học Kỹ thuật điện khoá 2004-2006

Lé Tat Thanh

Lé Tat Thanh- CH KY Thudt dién 2004-2008

Khái quát chung HỨTĐÐ miền Bắc 10

CẦU NHẬP KHẨU ĐIỆN NĂNG TỪ TRUNG QUỐC

Với nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng, cơ cấu nguồn hiện tại

không đáp ứng đủ công suất đỉnh của phụ tải, các nhà máy điện xây dựng mới

không vào vận hành kịp tiến độ đã dẫn đến tình trạng thiếu điện trong những

năm gần đây cho phụ tải cả nước nói chung và phụ tải miền Bắc nói riêng đồng thời kết đây không đồng bộ, phân bố nguồn và phụ tải không đồng đều

đã gây nên quá tải cục bộ một số đường dây máy biến áp trên hệ thống điện

miền Bắc Do đó yêu cầu thực tế đã đòi hỏi xây dựng các dự án mua điện từ nước ngoài để đáp ứng nhanh kịp thời nhu cầu của phụ tải và cũng là một

trong các biện pháp chống quá tải cho các đường dây, máy biến áp vốn đã vận hành trong tình trạng tải cao hoặc quá tải Một trong những dự án lớn quan

trọng là mua điện từ Trung Quốc hướng Lào Cai Một số tình hình đặc điểm chung hệ thống điện miền Bắc như trình bày sau

1.1 Nhu cầu tiêu thụ điện năng hiện nay và đặc điểm của phụ tải điện miền Bắc

Tính đến thời điểm quí II năm 2006 sản lượng trung bình ngày của các phụ

tải hệ thống điện miền Bắc đạt khoảng 58 + 62 triệu KWh tổng công suất cực đại đạt 3500 MW-+-3700 MW và công suất cực tiểu vào khoảng 1750 MW +

1900 MW, với tốc độ tăng trưởng công suất cực đại trung bình hàng năm là 10%-12%/ năm, tốc độ tăng trưởng trung bình sản lượng hàng năm là 13% - 16% Hiện nay phụ tải trên hệ thống điện miền Bắc có 2 cao điểm bao gồm cao điểm sáng xảy ra vào khoảng thời gian từ 10 giờ 30” đến l1 giờ hàng ngày, cao điểm tối rơi vào khoảng từ 18 giờ mùa đông hoặc 19 giờ mùa hè

hàng ngày, tỷ lệ giữa thấp điểm và cao điểm là 0,51- 0,6 Biểu đồ phụ tải điển

La Tất Thành-CHÍ Kỳ Thuật điện 2004-2006

Khái quát chung HT miền Bắc | 1!

hình của hệ thống điện miễn Bắc với cao điểm trưa chuyển dịch tăng song ưu

thế vẫn là cao điểm tối Biểu đồ phụ tải nhọn vào cao điểm trưa và cao điểm

tối, lõm vào thấp điểm đêm, thành phần phụ tải ánh sáng sinh hoạt chiếm chủ

đạo trong giờ cao điểm tối Tháng tiêu thụ điện năng lớn nhất là các tháng mùa hè từ tháng 4 đến tháng 8 hàng năm Tháng 7 và tháng 8 hệ thống điện miền Bắc có sản lượng cao nhất, tháng tiêu thụ điện năng thấp nhất là tháng l

` +

va 2 hang nam

Biểu đồ phụ tải có xu hướng ngày càng đầy với những đặc điểm chính:

- Tốc độ tăng trưởng điện năng vào: giờ ban ngày (từ 8 + L7 giờ) nhanh hơn tốc

độ tăng trưởng điện năng vào gid cao điểm Tính tại thời điểm L1h trưa, tốc đệ

- Cực đại cao điểm tối vào mùa hè có xu hướng chuyển từ 19h đến 20h bat dau

từ năm 2001

- Tỷ lệ giữa P„„„/P„„„ của hệ thống cũng tăng dần

- Phụ tải đỉnh ban ngày (11h sáng) có xu hướng tăng nhanh và có những ngày cao hơn phụ tải đỉnh tối, sự chênh lệch giữa cao điểm tối và cao điểm ngày có

xu hướng giảm dần Nhu cầu tiêu thụ điện năng vào ban ngày tăng nhanh ro rệt do những nguyên nhân sau: tỷ trọng điện tiêu thụ cho nghành công nghiệp trong tổng điện năng thương phẩm ngày càng tăng va biểu đồ ngày có xu hướng chuyển dịch cao điểm sang ban ngày trong những năm tới

1.2 Kết dây trên Hệ thống điện miền Bắc:

Phụ tải hệ thống điện miền Bắc có đặc điểm là phần lớn tập trung ở khu vực đô thị và các khu công nghiệp Các trạm lớn liên kết với nhau theo các mạch vòng và các đường dây kép, đảm bảo cung cấp điện tin cay

Cac xuat tuyén 220 kV quan trong cua khu vực miền Bắc là các đường dây nối

từ nhà máy thuý điện Hoà Bình đi các trạm biến ap truyền tải như Hà Đông, Chèm, Việt trì, Nho Quan và các xuất tuyến từ nhà máy nhiệt điện Pha Lai di

Lê Tất Thành-CH Kỹ Thuật điện 2004-2006

Khái quát chung HTD mién Bac 12

các trạm Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái Nguyên, Sóc Sơn, Phố Nối, Đồng Hoà,

Tràng Bạch, Hoành Bồ Các xuất tuyến từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình hầu hết sử dụng dây dẫn loại ACK-500 Hiện tại các đường đây này thường xuyên vận hành với mức mang tải cao Trong trường hợp sự cố một tổ máy phát của nhiệt điện Phả Lại 2 thì các đường dây này bị quá tải nhẹ Nếu có sự cố xảy ra với Ì đường dây thì các đường dây còn lại sẽ bị quá tải nặng Các đường dây

từ 2 nhà máy nhiệt điện Phả Lại đi các trạm Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái Nguyên, Sóc Sơn, Phố Nối, Đồng Hoà; Tràng Bạch, Hoành Bồ sử dụng dây

dẫn loại ACSR 520, ACKP 400 Mức mang tải hiện tại của các đường dây này

đều tương đối thấp, khi sự cố một đường dây thì các đường dây còn lại đều

đảm bảo vận hành trong điều kiện cho phép

Theo điều kiện phân bố địa lý tự nhiên, khả năng cung cấp và tiêu thụ điện

miền Bắc có thể chia thành 6 khu vực chính như sau:

Khu vực Tây Bắc: Bao gồm các tỉnh Hoà Bình, Sơn La, Lai Châu Khu vực này kinh tế chưa phát triển, tổng điện năng tiêu thụ khoảng 2% tổng điện năng tiêu thụ của toàn miền Bắc Nguồn cấp cho 3 tỉnh này là đường dây độc đạo

173 Hoà Bình loại dây AC185 với chiều đài 349.3 km Nên chất lượng điện áp

không đảm bảo, điện áp thấp vào cao điểm và điện áp cao vào thấp điểm đêm,

đường dây dài, hay sự cố, độ tin cậy cung cấp điện thấp Hiện nay để cung cấp điện năng cho phụ tải khu vực này đã có đường dây 176 Việt trì dự phòng Khu vực miền núi phía Bắc bao gồm 9 tỉnh Lào Cai, Hà Giang, Cao Bang, Bắc

Can, Tuyén Quang, Lang Son, Yen bai, Thai Nguyén, Phu Tho San luong

điện năng tiêu thự chiém khoang 13% tổng sản lượng điện năng toàn miền Bắc Trong đó các tỉnh Lào cai, Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái đang cấp nguồn từ Trung Quốc Các tỉnh còn lại cấp nguồn từ nhà máy thuỷ điện Thác

Bà với tổng công suất đặt 115 MW và nguồn từ các trạm 220 kV Thai Nguyên, Sóc Sơn, Việt Trì Trong khu vực này phụ tải lớn nhất về sản lượng

và công suất là phụ tải thuộc tỉnh Phú Thọ

Lê Tất Thành-CH Kỳ Thuật điện 2004-2006

Khái quát chung HT miễn Bắc 13

Khu vực Đông Bắc bao gồm 4 tỉnh Hải Dương, Bac Giang, Quang Ninh, Hải Phòng là khu vực có tốc độ tăng trưởng phụ tải lớn của miền Bắc sản lượng

điện năng chiếm khoảng 22 % tổng sản lượng toàn miền Nguồn điện trong

khu vực có các nhà máy Phả Lai I, Pha Lai 2, Uong Bí và các trạm biến ấp

220 kV: Hoành Bồ, Tràng Bạch, Vật Cách, Hải Phòng, Phố Nối Các trạm biến ấp 110 kV khu vực này hầu hết được cấp từ 2 đường đây 110 kV nên độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo

Khu vực quanh Hà Nội bao gồm các tỉnh thành: Thủ đô Hà Nội, Hà Tây, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hưng Yên Đây là khu vực tiêu thụ điện năng lớn nhất toàn

miền Bắc, tốc độ tăng trưởng phụ tải cao và cũng là khu vực nhiều khu công

nghiệp lớn nên yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện áp đồi

hỏi rất cao Hiện nay khu vực có các trạm biến áp truyền tải 220 KV cung cấp

điện năng cho khu vực từ các nhà máy điện như Hà Đông, Chèm, Mai Động,

Bắc Ninh, Phố Nối và trạm quan trọng Đông Ảnh là trạm liên kết giữa các

vùng Phụ tải khu vực có độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng rất tốt, tính dự phòng rất cao vì cấp từ các trạm biến áp truyền tải quan trọng

Khu vực nam sông Hồng và Bắc Trung Bộ: bao gồm các tỉnh thành Hà Nam,

Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh Nguồn cấp cho khu vực từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, Nhiệt điện Ninh Bình, nguồn cấp

từ các trạm 500 kV Nho Quan, Hà Tĩnh, các trạm 220 kV Ninh Binh, Thanh Hoá, Nam Định, Thái Bình, Nghi Sơn, Hưng Đông

Hiện nay trên hệ thống điện miễn Bắc có 15 bộ tụ bù tinh | 10 kV với tổng

dung lượng định mức 1061.1 MVAR ở cấp điện áp định mức 129.9 KV nên chất lượng điện áp trên toàn hệ thống điện miền Bác rất tốt, không còn khu vực nào có điện áp thấp, tăng khả năng tải công suất hữu công, giảm mức mang tải công suất vô cho các đường day Duong dây 500 kV mạch 2 từ Nam

ra Bắc đã tăng độ tin cậy cung cấp điện, tải khoảng 1500 MW vào giờ cao

điểm cho phụ tải miền Bắc, nâng cao điện áp khu vực Bắc Trung Bộ

+

Lê Tất Thành-CHI Kỳ Thuật điện 2004-2006

Khái quát chung HTĐ miền Bắc 14

[mi

1.3 Các nhà máy điện trên Hệ thống điện miền Bác:

Các nhà máy điện đang vận hành trên Hệ thống điện miền Bắc bạo gồm 8 nhà

máy Hoà Bình, Phả Lại L, Phả Lại H, Uông Bí, Thác Bà, Ninh Binh, Cao Ngan,

Na Duong

Tinh dén hét nam 2005 tổng công suất đặt các nguồn điện trên hệ thống điện miền Bắc đã tăng lên 3549.5 MW, các nhà mấy thuỷ điện nhỏ chủ yếu cấp điện cho phụ tải địa phương với tổng cong suat lip dat 51.5 MW

Ngoài ra hiện nay có một số nhà máy điện thuộc sở hữu của một số đơn VỊ ngoài Tổng công ty điện lực Việt Nam (EVN) tham gia phát điện lên hệ thống

điện Quốc gia bao gồm: Nhiệt điện (NÐ) Na Dương hai tổ may 2x55 MW, nha may ND than Cao Ngan tổng công suất lắp đặt 115 MW, nhà máy thuỷ

điện (TD) Nam Mu 3x4 MW, nha may TD Na Loi (3x3MW)

Trong giai doan 2006-2010 theo dự kiến sẽ có các công trình nhà máy điện đưa vào vận hành trên hệ thống điện miền Bắc nhu ND than Uông Bí mở rong 2x300 MW, ND Hai Phong IT 2x300 MW sé vio van hanh thang 07/2008, NB

Cam Pha I — 300 MW cuối năm 2005 mới khởi công, tổ may 1 TD Tuyén

Quang đến tháng 08/2007 mới vào van hanh, ND than Mao Khé 1200 MW du Kiến đến năm 2009 đưa vào van hanh, ND Mong Duong 2x500 MW vio cudl

nam 2010

1.4 Những thuận lợi và khó khăn:

Hiện nay hệ thống điện (HTĐ) miền Bắc cơ bản đảm bảo cung cấp điện an

toàn ổn định cho các khu vực trên địa bàn Sau khi đưa đường dây 220 kV Hà Tinh-Vinh mach 2, cdc máy biến áp 220 kV tai cdc tram 220 kV Thái Nguyên, Việt Trì, Bác Ninh, Hoành Bồ, Yên Bai, Nam Định, Phố Nối và đường dây trạm biến áp 500 kV Nho Quan, 500 kV Thường Tín vào vận hành

đã mang lại hiệu quả cấp điện ổn định, chất lượng và tin cậy cho phụ tải khu

Khai quat chung HTD mien Bac L5

vực Hầu hết các đường dây 220, 110 kV trên hệ thống điện miền Bắc đều vận

hành khép kín tạo thành các mạch vòng

Việc đóng điện đường dây 500 KV mạch 2 đã tạo thêm mạch liên kết giữa lưới

điện 500 kV và 220 kV, tăng cường độ ổn dink, tang do tin cay cung cấp điện,

cải thiện điện áp ở các miền, cung cấp điện nang Ur miền Nam và đảm bảo chất lượng điện năng cho miền Bắc, đặc biệt là khu vực thành phố Hà Nội

Mặt khác giảm việc điều tiết nguồn phát của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình với

hệ thống điện Việc đưa vào vận hành đường dây 500 kV mạch 2 đóng vai trò

quan trọng trong việc tải điện từ các nhà máy điện lên hệ thống điện quốc g1a, trao đổi điện năng giữa các miền trong HTĐ Quốc gia, tạo nên mối liên kết

mạnh giữa 3 miền Bắc — Trung — Nam với công suất trao đổi từ 1000 đến 1400

MW vào giờ cao điểm Trong các năm gần đây miền Bắc có xu hướng nhận điện từ miền Trung và miền Nam

Nhiều công trình mới đường đây và trạm 220 — L10 kV đã chính thức đưa vào

vận hành góp phần đáng kể trong việc đảm bảo cung cấp điện, chống quá tải

và nâng cao ổn định vận hành của hệ thống điện

Việc khai thác tối đa các bộ tụ bù tính cao ấp tại các trạm 220 kV đã làm giảm

đáng kể tổn thất điện năng trên lưới truyền tải, góp phần đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục, ổn định và kinh tế

Khó khăn co ban trong van hanh HTD mién Bac hiện nay là mặc dù đã đưa vào vận hành một số đường dây, trạm biến ap 220 kV, 110 kV va van hanh các nhà máy điện mới nhưng kết cấu lưới truyền tải chưa đáp ứng được mức tăng trưởng và yêu cầu sử dụng điện năng ngày càng cao của phụ tải, đặc biệt

là các phụ tải công nghiệp lớn, chưa tạo nên mức độ dự phòng cần thiết cho hệ thống, đặc biệt vao gid cao điểm khi phụ tải đạt giá trị cực đại vẫn phải cắt giảm tải đo thiếu nguồn Lưới truyền tải 220/110 KV trong hệ thống điện miền Bắc hiện nay hầu hết vận hành hai mạch song song hoặc mạch vòng liên kết giữa các trạm biến ấp truyền tải do đó độ an toàn cung cấp điện đã được cải

Lé Tat Thanh-CH Ky Thuat dién 2004-2006

Khai quat chung HTD mién Bac 16

thiện đắng kể so với các năm trước đây Tuy nhiên ở một số khu vực lưới điện

220 kV đã vận hành lâu năm, tình trạng thiết bị đã xuống cấp tiết diện dây dẫn nhỏ như tuyến đường đây Thanh Hoá - Nghị Sơn — Hưng Đông - Đồng Hới là loại đây ACK 300 không đáp ứng nhu cầu truyền tải điện năng cho phụ tải hiện tại và tương lai

Lưới 110 kV khu vực mạch vòng Thác Bà đã qua nhiều năm vận hành chưa được cải tạo nâng cấp nhiều, nên vào mùa mưa thường xẩy ra sự cố gây tách

Nhiều đường dây 110 kV có tiết diện nhỏ (AC120, AC150) không đáp ứng nhu cầu phụ tải tăng cao Vân thường xuyên đầy hoặc quá tải đường dây Đông

Anh đi Việt Trì Thường xuyên mở máy cắt 112 Đông Anh để tránh quá tải 2

đường dây Chèm đi Đông Anh

Các nhà máy nhiệt điện hiện đang vận hành trên hệ thống điện miền Bắc với

nhiều tổ máy chế tạo từ những năm 7O đã quá cũ, không đạt hiệu suất cao của các thiết bị như lò hơi, turbin, máy phát và các thiết bị phụ dẫn tới điện tự dùng lớn, tiêu hao nhiên liệu cao, vận hành không kinh tế, độ 6n định trong

vận hành không cao, các nhà máy nhiệt điện (NĐÐ) Phả Lại I, ND Uong Bi,

ND Ninh Binh, nha may thuỷ điện Thác Bà có tuổi thọ công trình đã cao, công

suất phát không lớn, liên tục có sự cố, nhà máy NÐ Ninh Bình vẫn vận hành

chủ yếu là nâng cao điện áp khu vực, chạy bù, không có hiệu quả kinh tế, ảnh hưởng tới môi trường Tất cả những yếu tố đó đã gây khó khăn không nhỏ cho

công tác vận hành lưới điện, đặc biệt vào giờ cao điểm khi phụ tải tăng cao

Theo thống kê của trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc trong các năm gần đây

vào giờ cao điểm hệ thống điện miền Bắc phải sa thải một lượng lớn công suất

do thiếu công suất đỉnh Tháng 05 và 06-2005 đã cắt giảm phụ tải miền Bắc

do thiếu nguồn, ước tính sản lượng điện phải cất giảm khoảng 238 triệu kWVh Vào giờ cao điểm nguồn trên hệ thống điện miền Bắc vẫn chưa đáp ứng đủ công suất cho nhu cầu phụ tải, lượng công suất lớn vẫn phải truyền tải từ miền

Lé Tat Thanh-CH Ky Thuật điện 2004-2006

Khái quát chung HTĐ miền Bắc 17

Nam ra trên 2 đường dây 500 kV điều này gây khó khăn trong vân hành và nguy hiểm cho hệ thống điện Quốc gia khi sự cố 1 trong 2 mạch đường đây

500 kV Do vậy hiện nay trên hệ thống điện miền Bắc vẫn áp dụng sa thải phụ

tải nhanh theo tần số thấp và sa thải đặc biệt khi có sự cố đường dây 500 kV hoặc sự cố nguồn trên hệ thống điện vậy nên phụ tải vẫn phải mất điện diện rộng khi có sự cố lớn trên hệ thống

1.5 Nhập khẩu điện năng từ nước ngoài

Như giới thiệu hiện trạng chung HTĐ miền Bắc ở trên do nhu cầu phụ tải tăng nhanh, một số nguồn điện vào chậm đồng thời tình trạng các nha may

điện hiện nay trên HTĐ miền Bắc vận hành đã lâu với công suất khả dụng thấp đã dẫn đến khu vực miền Bắc có nguy cơ thiếu điện từ năm 2004 đồng

thời do kết cấu lưới không đồng bộ phân bố nguồn và tải không đồng đều nên hiện tượng quá tải một số đường dây và máy biến áp vẫn xảy ra Để khắc phục hiện trạng thiếu điện năng và quá tải đường dây máy biến áp hiện nay Tổng công ty điện lực Việt Nam (EVN) đã và đang có những hợp tác điện lực với khu vực phía nam Trung Quốc Đến cuối tháng 06-2005 EVN đã mua điện

cấp 110 kV từ tỉnh Vân Nam và tỉnh Quảng Tây qua 3 hướng biên giới:

- Nhập khẩu 60 MW từ Hà Khẩu về Lào Cai vào đầu tháng 10-2004 và dự

kiến tăng lên 70 MW vào năm 2006 cung cấp điện cho phụ tải các tỉnh Lào

Cai, Lai Châu |

- Tháng 5-2005 có thêm điểm nhập khẩu 25 MW từ Đông Hưng (Trung Quốc)

về Móng Cát, Tiên Yên và sẽ tăng lên 50 — 60 MW (tháng 4-2006 đã cấp điện

về đến Mông Dương cũng qua nguồn từ Đông Hưng)

- Nhập khẩu 40 MW từ cửa khẩu Thanh Thuỷ về Hà Giang từ tháng 28-06-

2005 dự kiến tăng lên 70 MW dén 100 MW vào năm 2006 Tổng công suất nhập khẩu qua 3 điểm dự kiến năm 2006 là 190 MW đến 230 MW

Lê Tất Thành-CH Kỳ Thuật điện 2004-3006

Khái quát chung HT miền Bac 18

—— Hiện nay Tổng công ty điện lực Việt Nam và công ty điện lực Vân Nam (Trung Quốc) đang nghiên cứu các giải pháp để tháng 11-2006 Việt Nam sẽ

nhập khẩu từ Vân Nam bằng lưới điện 220 kV cấp từ Xin Qiao qua Lào Cai về Yên Bái, Việt Trì và điểm cuối nguồn là Vĩnh Yên 220 kV với tổng công suất

lớn nhất 300 MW, sản lượng hàng năm đạt 1.1zl.3 tỷ kWh Do chưa kip chuẩn bị các điều kiện thuận lợi cho hoà đồng bộ 2 HT nên trước mắt phía Việt Nam sẽ vận hành tách lưới 220 kW một số khu vực Đến đầu năm 2009 khi nhà máy thuỷ điện MaLLưTang 2 — 300 MW đưa vào vận hành Việt Nam

sẽ tiếp tục nhập khẩu qua hướng Thanh Thuy (Ha Giang) cling bằng lưới điện

220 kV Dự tính đến năm 2015 Việt Nam có khả năng nhập khẩu từ Vân Nam khoảng 2000 MW

Khả năng nhập khẩu điện qua lưới 500 kVW đang được tính toán, sơ bộ cho

thấy có thể kết nối lưới điện Việt Nam với khu vực nam Trung Quốc qua đường dây 500 kV tir tram 500/220 kV Honghe (chau Hong Ha - Vân Nam)

Ngoai nhap khau dién tir Trung Quoc, trong những năm tới nước ta còn nhập

khẩu điện từ các nước trong khu vực như Lào, Campuchia, Thái Lan

Lê Tất Thành-CH Kỹ Thuật điện 2004-2006

lưới truyền tải và các hộ tiêu thụ điện

làm việc của các phần tử khi thiết kế và vận hành HTĐ, đánh giá các chỉ tiêu

động hoá HTĐ đồng thời phân tích tạo lập các tín hiệu điều khiển vận hành

HTĐ trong thời gian thực

nhanh, sử dụng đơn giản và thuận tiện Ngoài ra có tính thích ứng cao khi mô phỏng các yếu tố biến động của điều kiện vận hành và phương thức điều chỉnh

điều khiển

22 MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN TRONG TÍNH TOÁN PHẦN TÍCH CHẾ ĐỘ

XÁC LAP CUA HTD

tính với những giả thiết đơn giản hoá sau:

- Thông số điện trở, điện kháng được xem là không đổi

- Sức điện động và điện kháng máy phát không đổi

Lê Tất Thành-CH Kỹ Thuật điện 2004-2006

Mô hình HTTĐ trong chế độ xúc lập 20

2.2.1 Nhánh chuẩn

Lưới điện hiện đại thường bao gồm nhiều cấp điện áp, cấu trúc mạch vòng,

hình tia cung cấp từ nhiều nguồn Các phần tử trong hệ thống điện ngày càng đa dạng với nhiều thiết bị mới Để có mô hình toán học với tinh van nang

và phù hợp cao với CĐXL của hệ thống điện cần chuẩn hoá các nhánh và cách biểu diễn sơ đồ Người ta thường sử dụng khái niệm nhánh chuẩn nối giữa nút

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế của nhánh tj trong HTD

Đặc trưng của nhánh là tổng trở Z¿ nối nối tiếp với một máy biến áp lý tưởng

với hệ số kụ„ phức bao gồm phần thực và phần ảo, biến đổi cả mô đun và góc

pha, vì khi thay đổi lưới thì cũng thay đổi góc pha của điện áp tại i va j May

biến áp lý tưởng không có tổn thất, không có tổng trở, chỉ có tỷ số biến đổi

Mô đun của hệ số biến áp k,, bang tỷ số giữa các vòng dây của máy biến áp thực, khi nối trong mạch sẽ bằng tỷ số mô đun điện áp hai phía Góc pha của

k¿ phụ thuộc vào tổ đấu dây của máy biến áp Kụ = oe

Các phần tử không liên quan đến hệ số biến áp (điện trở, điện kháng) có thể

coi là nhánh chuẩn có hệ số biến áp bằng 1, góc lệch pha bằng 0 Z¿¡ bao gồm

điện trở, điện dung và điện cảm Mọi phần tử trong hệ thống điện trong tính

toán chế độ xác lập đều phải đưa về nhánh chuẩn Tập hợp nhánh chuẩn ta có

lưới chuẩn, sơ đồ tính toán chuẩn được định nghĩa bao gồm toàn các nhánh

Lê Tát Thành-CH Kỹ Thuật điện 3004-2006

Mô hình HT trong chế độ xúc lập 21

chuẩn Tai các nút của sơ đồ còn có các nguồn biểu diễn bằng dòng điện bên

trong J hoặc điện áp đầu cực U

2.2.2 Mô hình các phần tử cơ bản của hệ thống điện

a) Đường dây trên không và cáp:

Với đường đây trên không và các đường dây cáp cấp điện áp 330 kV >U> 66

kV thì sơ đồ thay thế bằng một nhánh bao gồm ba phần tử với ba thông số R,

R = rạ] là tổng trở đường đây (O), I là chiều dài đường dây (km)

X = xạ.l là điện kháng đường dây (€2)

B=- j bạ1 (1/O) tổng điện dung ký sinh sinh ra

rạ điện trở đơn vị của đường dây (O/km), xạ điện kháng đơn vị của đường dây

(O/km), bạ dung dẫn đơn vị của đường dây (1/©km), hệ số biến áp kị = Ì

b) Máy biến áp điện lực:

Máy biến áp hai cuộn dây được thay thế băng sơ đồ hình T' với tôn hao không

tải của máy biến áp thay bằng nhánh Rạ, Xạ Các trị số điện trở, điện kháng

được quy về một phía máy biến áp và tính trong hệ đơn vị có tên Phía còn lại được nối với sơ đỗ ngoài thông qua máy biến áp lý tưởng có hệ số biến áp là

k Máy biến áp lý tưởng với ý nghĩa là thay đổi góc pha và tỷ số biến, góc pha

phụ thuộc vào tổ đấu dây của máy biến áp

Lô tốt Thònh-CHÍ Kỹ Thuật dién 2004-2006

M6 hink HTD trong ché dé xac lap 22

Hình 2.4 Sơ đồ thay thế của máy biến áp ba cuộn dây

c) Các kháng điện, tụ điện

Kháng điện và tụ điện được thay thế đơn giản bằng các nhánh có điện kháng

và dung kháng tương ứng, nhánh chuẩn có k, =1 Kháng điện đóng vai trò như

phụ tải tiêu thụ công suất phản kháng, tụ bù tính ngược lại đóng vai trò như nguồn phát công suất phản kháng lên lưới Điện kháng của kháng điện được tính như sau:

Mo hinh HTP trong chế độ xạc lập 23

Q,„„.: công suất ba pha định mức của kháng điện (MV An) Đối với tụ bù tĩnh bù công suất phản kháng lên hệ thống điện, nhà sản xuất thường cho các giá trị định mức U„„ (điện áp dây) và Q„ tương ứng Từ đó giá trị dung kháng được tính theo công thức sau:

O cụ, đ) Mô hình hoá máy phát điện:

Trong sơ đồ tính toán chế độ xác lâp máy phát điện được thay thế như sau:

Trong chế độ xác lập bình thường thì công suất điện từ cân bằng với công suất

cơ của turbin P„ = P khi đó tần số và điện áp tại các nút nằm trong giới hạn

vận hành an toàn cho phép của hệ thống điện

Nếu máy phát điện là loại không có thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TK)

ta mô phỏng bằng một nguồn lý tưởng có E = const được mắc nối tiếp với

một điện kháng Xa

Lê Tốt Thùnh-CH Ky Thuật điện 2004-2008

M6 hink HTD trong chế độ xác lập 24

C) Mô hùnh hoá các phụ tái

Phụ tải điện thường được xác định đưới dang công suất lấy từ nút của lưới, có thể là nút thanh cái điện áp cao 110 kV, 220 kV của trạm biến áp đặc trưng

cho phụ tải toàn khu vực hoặc nút có thể là thanh cái điện áp 380 V, hay 3-35

kV Tuy theo bài toán trong yêu cầu thiết kế hay vận hành, mức độ chính xác khác nhau mà phụ tải được mô phỏng là giá trị trung bình, trị số cực đại hay là đường cong đặc tính tĩnh của phụ tải Tính toán chế độ của lưới cung cấp điện trong chế độ vận hành thì thường phải xét đến đặc tính tĩnh của phụ tải

- Khi mô hình hoá phụ tải ở đang đặc tính tính:

Phụ tải được mô phỏng theo đặc tính tính là quan hệ phi tuyến theo điện áp thanh cái và tần số của hệ thống điện Nút tải được coi là nơi lấy công suất ra theo quan hệ hàm số với tần số và điện ấp nút xác định bằng thực nghiệm và

thống kê: P,(U;, f) = @,(Ủ,, Ð và Q,CU,, Ð = nn,CU,, Ð, cụ thể như sau:

P(U, f) = Pạ (ao + a¡U + a;U”)(œ + œ¡Ð

QUU, f) = Qo(by + b,U + b,U*)(By + BA

Trong do:

U, fla giá trị điện ấp và tần số được tính trong hệ đơn vị tương đối

Trong chế độ xác lập ta có công suất ứng với giá trị điện áp và tần số định mức Pạ, Qạ Các hệ số tiệm cận là a, b, œ, B thoả raãn điều kiện:

aj +a, +a, =bot+b,+b,= 1

Oy +, = Bo +B, = 1

- Khi coi phu tai la hang s6: P = const, Q = const

Tương ứng với aa = 1, bh = 1, Gy = 1, By = O và các hệ số còn lại bằng 0

- Khi mô hình hoá phụ tải ở dạng tổng trở 2, cố định:

Đây là trường hợp đơn giản hoá mô hình phụ tải, phụ tải được tính như một

nhánh nốt! đất

Lê tật Thònh-CH Kỹ Thuật điện 2004-9006

Hình 2.6 Sơ đồ thay thế của phụ tải

Trị số tổng trở tải khi cho Pạ và Q¿ ứng với Ưu„ là:

- Khi phụ tải được cấp bởi máy biến ấp điều áp dưới tải:

Trong phạm vi điều chỉnh được của máy biến ấp (phạm vi thay đổi được của đầu phân áp) + AU thì coi P = Py va Q = Qo vì điện áp thanh cái bạ áp hầu như

không đổi còn khi nằm ngoài phạm vi điều chỉnh được của máy biến ấp (MBA) thì phụ tải sẽ thay đổi theo đặc tính tĩnh của nó Vậy có thể viết:

P(U+AU) khi U< U,,, - AU P(U) =| Po khi U,,, - AU< U< Uy, + AU

P(U-AU) khi U > U,,, + AU

Đối với công suất phản kháng ta cũng có công thức tương tự

2.3 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG DONG NUT

lưới chuẩn bao gồm n+l nút trong đó có cả nút đất Nhánh nối các nút với

nhau và tương ứng có tổng dẫn tương hỗ, nếu không có phần tử thực nào nối

giữa nút ¡ và nút j thì tổng tro Zz; = co Moi nut đều có nguồn dòng bơm vào:

- Nếu là nút trung gian J, = 0

- - Nguồn dòng đã cho J; = const

Lẻ Tết Thành-CH Kỳ Thuật điện 2004-2006

Mô hình HT trong chế độ xác lập 26

Nếu điện áp không đổi thì ta có nguồn ấp U; = const

Một nhánh chuẩn có sơ đồ tương ứng:

> 2j T7 3

Hình 2.7: Sơ đồ thay thế nhánh chuẩn 1J trong mô phỏng hệ thống điện

Phương trình cân bằng dòng nút theo Kechofft I:

Lé Tat Thanh-CH Ky Thuat dién 2004-2006

Mô hình HTĐ trong chế độ xác lập 27

Thay vào phương trình trên ta có:

is

-bằng dòng nút sau:

YU, +¥,U, + +Y¥,U, =,

YU, + ¥.U, te +Y,U, =J,

Đây là hệ phương trình dòng nút cho đòng chuẩn và nhánh chuẩn, ở đây điện

áp là đại lượng pha, công suất 1 pha Trong đại lượng dây thì công suất cần nhân với 3 và điện áp tính là điện áp day

Điều kiện để tồn tại chế độ xác lập là cân bằng công suất Hệ phương trình

cân bằng dòng nút không đảm bảo hết chế độ xác lập mà ta cần có hệ phương

trình cân bằng công suất nút: nhân cả hai vế của hệ phương trình 1.7 với trị SỐ liên hợp của điện áp nút U ; U 2 Ö, " U, ta được hệ phương trình cân bằng công suất nút:

YU? +¥,UU, tet ¥,U,0, =5, =P - JO, V„Ú,Ú, +Y„U} + +Y,„Ù,Ủ, =Š, =P, - JO; (2.8)

Công thức đưới dạng tổng quất:

Lê Tất Thành-CH Kỹ Thuật điện 2004-2006

Mô hình HT trong chế độ xác lập 28

7#í

Nếu nút tải thì - §, =—P + /Q, còn nếu ¡ là nút trung gian thì vế phải bằng 0

Đây là điện ấp phức, công suất phức và tổng dẫn phức

Ta có U,=U,⁄ð, = U, (cosỗ,+j sinõ,) và ¥, = ¥,2Za, =90°thay vào hệ phương trình 2.8 ta viết dưới dạng lượng giác với 2 hệ phương trình có n phương trình:

Y,U, sina, + Ð_Y.U,U, sim(ổ, ~ ổ,—øœ,)= P(U,,/)

JV=l]

J Hi

, ° (2.9) Y„U cosa, -3_Y.Ư,U, cos(ổ, —ở, —#„) =Ó,(U,, ƒ)

J=[

J#i Vậy hệ phương trình mô hình chế độ xác lập của hệ thống điện là hệ phi

tuyến, đại số và rất phức tạp Tính phi tuyến thể hiện trong hệ phương trình,

trong đặc tính phụ tải và nguồn Do vậy các phương pháp tính toán ngày nay

đều dựa trên phương pháp lặp Xác định biến số trong hệ phương trình chế độ

a) Khi hé théng cé mét nha may diéu tan:

- Cho trước ] giá trị góc ö, và cho giá trị của nó tuỳ ý, các góc pha còn lại sẽ

so sánh tương đối với góc cho trước này Nút có góc õ, gọi là nút cơ sở

- Công suất của nhà máy điều tần là biến P¿, công suất của các nhà máy còn lại là cho trước Nhà máy điều tần chính là nút k và gọi là nút cân bằng Vậy

ta có núi cơ sở s và nút cân bằng k Thường thì người ta chọn nút cân bằng trùng với nút cơ sở trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện Tần số hệ

thống có trị số 50 Hz

b) Khi hệ thống có nhiều nhà máy điều tần với đặc tính điều chỉnh tĩnh:

Đây là trường hợp HTĐ có nhiều khu vực, môi khu vực có một nhà máy điều tần Lúc này trong tính toán chế độ xác lập ta có:

Lê Tất Thành-CH Kỹ Thuật điện 3004-3008

ä, Với nút trung gian thì P, = 0, Q, = 0 và biến số là U¿, ð,

Nút nguồn thực chất là các nhà máy điện, trạm bù:

- Nút nguồn bình thường cho trước giá trị P;¿Q; biến số sẽ là ,, ð, Trong đó với giới hạn công suất vô công của nhà mấy Q > Q;> Qặn:

- Nút nguồn phát bù công suất phản kháng: cho trước P,, Q, biến số là U,, ồ,

- Nút nguồn có nhà máy điều tần hay là nút cân bằng: cho giá trị điện áp U;

cần giữ và õ, = 0, ẩn số là P; và Q

- Nút bù: bao gồm máy bù đồng bộ, nút có tụ bù tĩnh, nút có bù điều chỉnh trơn SVC, ta cũng xem như nút nguồn P, = 0, Ủ; và ẩn số là Q, và ð,

24 PHƯƠNG PHÁP NEWTON - RAPHSON GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH

CHẾ ĐÔ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

Thuật toán Newton và Gauss-Zeiden được ap dụng phổ biến để giải hệ

phương trình chế độ xác lập của HTD Phương pháp Newton-Raphson có thể _ ấp dụng giải cho mọi hệ phương trình phi tuyến bất kỳ Nội dung phương pháp:

= (x¡, x; x,) Hệ phương trình phi tuyến dạng tổng quát sau:

W.(x,,x;, „) = Ô Ứ,(x.,x,, x„)=0 WỨ,(Xị, X;› .-X„} (2.19)

W(x,,x; *„) = 0

dạng khai triển chuỗi Taylor ở lân cận điểm x”

Lê Tất Thanh-CH Ky Thudt dién 2004-2006

Ow, Ow, Ow,

Đặt gì” = xị - xế? gọi là độ lệch nghiệm Để nghiên cứu phương trình đầu 2.1 I

ta nghiên cứu phương trình gần đúng 2.12 là phương trình xấp xỉ bậc nhất của

chuối Taylor và là hệ phương trình bậc nhất Do đó nghiệm của 2.12 là

biến số sẽ là các độ lệch s,, s; e„ Do đó hệ 2.13 là hệ phương trình tuyến tính Ta có 6, = x, - xế”, vì đã cho nghiệm xấp xỉ đầu x;/” và nếu tìm được

Lê Tát Thành-CH Kỹ Thuật điện 2004-9008

Mô hình HTĐ trong chế độ xác lap 3]

e thì ta có thé xác định được nghiệm gần đúng tiếp thco: x! =£/ + x”, sau

bước x;” ta tìm được xf”, là nghiệm gần đúng hơn Vậy sau mỗi bước lặp thì cho nghiệm chính xác hơn, sau đó lấy nghiệm xấp xỉ xO) = (x xa x)

để làm xấp xỉ đầu và tính tiếp bằng cách thay vào hệ 2.13 và tìm ce!” tir hé

phuong trinh tuyén tinh 2.13 Phep lap tiếp theo thực chất là tính lại ma trận

Jacobi và vế phải của hệ 2.13 Sau đó ta lại có nghiệm chính xác hơn khi tìm _ được ø(Ð: x2, = x0), + e¡"” cứ như vậy lời giải cuối cùng cho đến khi e, đủ bé

Phép lặp Newton nếu hội tụ sẽ tiến nhanh đến lời giải khi chọn được xấp xÏ đầu gần với nghiệm chính xác, ngược lại thì phép lặp sẽ phân kỳ

2.5 ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ VẤN ĐỀ DANH GIA

MỨC ĐỘ ỒN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN PHÚC TẠP

Khả năng ổn định tĩnh của HTĐ được đảm bảo nếu có những kích động

nhỏ ngẫu nhiên xảy ra nhưng các thông số chế độ của HTĐ vẫn nằm trong giới hạn cho phép vận hành Hiện nay người ta có thể áp dụng các tiêu chuẩn

để đánh giá xem HTĐ có ổn định hay mất ổn định ở một trường hợp cụ thể nào đó Tuy nhiên khi nghiên cứu ổn định cũng cần thiết đánh giá HTĐ có ổn

định hay không ứng với rất nhiều tình huống vận hành thực tế khác nhau,

ngoài ra ứng với một tình huống cụ thể cũng cần tìm giới hạn để HTĐ có thé vận hành an toàn mà không mất ổn định điều này dòi hỏi cần xác định miền

ồn định của HTĐ Để đánh giá HTĐ có ổn định hay không có thể dựa vào các khái niệm và tiêu chuẩn của A.M.Lyapunov và có thể tìm được miền giới hạn mất ổn định tuy nhiên tính phức tạp, khối lượng tính toán lớn nên người ta

thường phối hợp áp dụng các phương pháp khác nhau, các tiêu chuẩn có tính

chất gần đúng một trong những tiêu chuẩn để nghiên cứu ổn định HTĐ đó là tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ của P.S.Gidanov và tiêu chuan Hurwitz

Với nội dung tiêu chuẩn Hurwitz là hệ thống sẽ ổn định nếu tất cả các hệ số

của phương trình đặc trưng và các định thức Hurwitz dương Điều đó có nghĩa

Lê Tất Thùònh-CH Kỹ Thuật điện 2004-2006

Mô hình HTĐ trong chế độ xác lập 32

là thay đổi dần dần các thông số chế độ cho đến khi HTĐ mất ổn định thì

hoặc là một hệ số nào đó đổi dấu hoặc là một định thức nào đó đổi dấu Hurwitz cũng chứng minh rằng ở chế độ giới hạn mất ổn định thì định thức Hurwitz cấp n sẽ đổi dấu đầu tiên tương ứng với hoặc là sự đổi dấu của số hạng tự do a„ hoặc tương ứng với sự đổi dấu của định thức n-l Trong đó khi

số hạng tự đo a, ứng với mất ổn định dạng phi chu kỳ còn sự đổi dấu của định thức n-l ứng với mất ổn định dang chu ky Do vay để khảo sát miền ổn định

tnh chỉ cần quan sát đấu của số hạng tu do a, hoặc dấu của định thức HurwItz n-1 Mặt khác mất ổn định dạng chu kỳ nguyên nhân gây ra là do các thông số của thiết bị tự động điều chỉnh và mất ổn định dạng phi chu kỳ nguyên nhân gây ra do thông số chế độ hệ thống Do vậy nếu giả thiết các thiết bị tự động

điều chỉnh làm việc đúng thì mất ổn định xảy ra trên HTĐ là mất ổn định phi

chu kỳ và chỉ cần áp dụng tiêu chuẩn a,> 0 để phát hiện tất cả các trường hợp

mất ổn định Ưu điểm của tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ là tìm được giới hạn vận hành ổn định tĩnh khi thay đổi thông số chế độ và có thể đánh giá được độ dự trữ ổn định tĩnh Một thuận lợi là định thức Jacobi của hệ phương trình chế độ xác lập trong tính toán CĐXL áp dụng thuật toán Newton-

Raphson sẽ trùng với số hạng tự do của phương trình đặc trưng a, va tu chương trình tính toán chế độ xác lập ta có thể xây dựng chương trình tìm giới hạn miền ổn định tĩnh nhờ quan sát dấu của định thức Jacobi Do vậy nếu thay đổi các thông số hệ thống điện và tính CĐXL ở mỗi bước thay đổi thì có thể xác định được giới hạn nhờ dấu của định thức Jacobi Hình 2.14 là sơ đồ khối chương trình tính toán CĐXL theo phương pháp Newton- Raphson, khi quá trình lập hội tụ và định thức Jacobi có dấu dương ta có kết quả của CĐXL, phần mở rộng có nét đứt là thêm chu trình lặp với chương trình đánh giá mức

Mô hình HTĐ trong chế độ xác lập 33

Raphson và chu trình lặp đánh giá mức độ ổn định HTĐ tìm giới hạn ổn định tĩnh

tính, Định thức Jacobi có dấu âm ứng với HTĐ mất ổn định phi chu kỳ Khối

tính toán CĐXL đưa ra các thông tin ứng với 3 trường hợp:

miền ồn định

Lê Tất Thành-CH K§ Thuật điện 2004-2006

2.6 TINH TOAN CHE BO VA ON DINH TINH BANG PHAN MEM

UNG DUNG CONUS

Trong quá trình tính toán phân tích chế độ, tính toán ổn định tĩnh trong giai

đoạn thiết kế, vận hành phục vụ phương án mua điện từ Trung Quốc hướng

Xin Qiao đi Lào Cai sử dụng phần mềm ứng dụng Conus của Bo mén HTD

trường ĐH Bách khoa Hà nội

Chương trình tính toán Conus được thiết kế và phát triển từ nghiên cứu đầu

tiên của các nhà khoa học Nga Như trình bày ở trên ngoài chức nãng tính toán

chế độ xác lập HTĐ, tính toán bù công suất phản kháng, tính toán phân bổ

điện áp Conus còn có chức năng bổ sung với chương trình mở rộng tính toán ổn định tĩnh HTĐ dựa vào kết quả tính giá trị định thức Jacobi của hệ

Mé hinh HTD trong ché dé xaclap — 35

tính toán thực dụng tìm miền ổn định, đánh giá mức độ én dinh cua HTD có

định được: Hệ số dự trữ ổn định chung toàn hệ thống, hệ số dự trữ ổn định hệ

thống theo tình huống nguy hiểm nhất, các nút có miền ổn định hẹp, các nút

dinh tinh chung cho HTD:

La Tất Thanh-CH Ky Thuat dién 2004-2006

Giả sử HTĐI và HTĐ2 được nối với nhau bởi đường dây truyền tải, chiều

công suất trao đổi đang từ HTĐI sang HTĐ 2

Thay đổi đồng loạt phụ tải P, + j Q, trên HTĐ 2 cho đến khi HTĐ mất ồn định

tĩnh, Conus sẽ tìm gia công suất trao đổi giới hạn Pụy, và Quy từ HTĐI sang

HTD 2 Do dự trữ ổn định tĩnh được xáẻ định từ kết quả tính toán chế độ giới

hạn truyền tải và kết quả tính toán chế độ ban đầu:

Py

_Đ,

K, = 100% P

b) Đánh giá ổn định tĩnh cho một nút tải bất kỳ

Xác định hệ số dự trữ ổn định tĩnh tại nút phụ tải bằng cách thay đổi thông số

P, và Q, với hệ số coso của phụ tải không thay đổi cho đến giới hạn truyền tải, giới hạn ổn định tĩnh, hệ số dự trữ được xác định theo công thức sau:

Mô hình HTĐ trong chế độ xac lap 37

Thay đổi cả độ lớn của P, Q, thay đổi hệ số cos Conus sẽ xác định được miền

ồn định tĩnh của một nút tải bất kỳ khi tiến tới biên giới hạn ổn định

Với ưu điểm chạy ổn định, ít báo lỗi, kết quả tính toán chính xác, tốc độ tính

toán nhanh Hiện nay chương trình Conus đang được phát triển, liên kết trao

đổi giữ liệu với các chương trình phần mềm khác như PSSE

Ngoài tính toán về ổn định tính, chương trình Conus còn bao gồm các chức năng: tính toán phân tích chế độ xác lập của HTD tính toán toán bù công suất phản kháng, tính toán phân bổ điện áp

Phiên bản thời kỳ đầu của Conus chạy trên hệ điều hành MS-DOS_ với những

nhược điểm về thao tác vào đữ liệu, giao điện chưa thân thiện với người sử

dụng Ngày nay bộ môn Hệ thống điện đã và dang nang cấp, sửa đổi phát

triển chương trình Conus hoàn thiện hơn, chạy trên hệ điều hành Windows, với phiên bản Conuswin: giao điện thân thiện, dễ sử dụng, cập nhật chỉnh sửa

dữ liệu khá dễ dàng, chương trình chạy ổn định hơn, linh hoạt trong tính toán

áp dụng tính toán cho nhiều lĩnh vực của hệ thống điện, đưa ra kết của áp dụng thực tế sát thực Chương trình được ứng dụng trong học tập, nghiên cứu khoa học, trong công tác vận hành HTĐ (tính toán ổn định phục vụ thiết kế

đường dây 500 kV Bắc Nam), trong các ban nghành (Viện Năng Lượng,

Trung tam DD HTD Quéc gia)

đ) Một số chức năng tính toán

Giao điện vào đữ liệu của chương trình rất đơn giản, được trình bày dưới dang các “Sheet” như trong phần mềm ứng dụng Excel, mỗi Sheet và một trường dữ

liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng có thể truy cập để dàng từng

thông số của HTĐ mà không cần bất Kỳ thao tác phức tạp khác

Các dữ liệu mô phỏng HTĐ được lưu dưới dạng File *.abc với các đặc điểm cơ bản của cấu trúc file số liệu là mỗi thông số được thể hiện trên l hàng ngang,

tất cả các nhanh trong HTP đều được qui đổi về dạng nhánh chuẩn

+ Trường vào ra dữ liệu nút:

Lê Tất Thành-CM Kỹ Thuật điện 2004-2006

Mô hình FƯTĐ trong chế độ xác lập 38

Các thông tin cần khai báo bao gồm U - điện áp cơ bản nút kV, P, - phụ tải tác dụng của nút, Q, — phụ tải phản kháng của nút, P, — công suất phát tác dụng

của nút thể hiện nút máy phát, Q; - công suất phát phản kháng của nút khi nút

là máy phát hoặc máy bù đồng bộ hoặc S5VC , Ủ,„ giá trị điện áp nút cần giữ, Quà giới hạn dưới công suất phát phân kháng của máy phát hoặc thiết bị

bù vô công, Q„ giới hạn trên công suất phát phản kháng của máy phát hoặc thiết bị bù vô công

+ Đường dây siêu cao áp:

Được khai báo riêng với nhánh đường dây, tương tự chương trình cho phép khai báo các thông số đơn vị và chiều dài đường dây

+ Nhánh MBA:

Nhánh MBA được liên kết với trường khai báo nút và trường thông số MBA

được thể hiện qua nút và số hiệu MBA

+ Thông số MBA: S„„ công suất định mức MBA, U,„ điện áp định mức MBA,

U, điện áp cuộn cao (KV), U, điện ấp cuộn hạ (KV), U, điện ấp cuộn trung

(kV), U, c+(%) điện ấp ngắn mạch giữa cuộn cao và cuộn trung (%), U, ¢ a(%) điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao và cuộn hạ (%), Ú, +u(%) điện áp

ngắn mạch giữa cuộn trung và cuộn hạ (%), Pẹ, tồn thất không tải MBA (KW), Pc„ tổn thất ngắn mạch MBA (KkW), [,% dòng điện không tải phần trăm MBA

Lé Tat Thành-CH Kỹ Thuật điện 2004-2006

Mô hình HTĐ trong chế độ xạc lập 30

Các thông số của MBA do nhà chế tạo đưa ra được cập nhật trực tiếp từ trường

biến áp được qui định bởi một số hiệu đánh số thứ tự 1+ n, chương trình sẽ

truy cập vào từng máy biến áp thông qua số hiệu này

+ Làm biến thiên thông số tải:

(code), miền biến thiên X„„„„ + Xu„„„„ bước biến thiên (Delta X) Đây là trường

giới hạn phụ tải đảm bảo ổn định tĩnh và độ ổn định tại một nút tải bất kỳ

cũng như hệ số dự trữ ổn định chung của toàn HTĐ

thống thay đổi, ao, a;, a; bạ, bạ, bạ, œ, B là các hệ số của đặc tính tĩnh phụ tải:

P(U, f) = Pp (ag + aU + a;U”(œ¿ + o,f)

QU, f) = Qo (by + BU + b,U*)(Bo + Bif)

37 NANG CAO GIGI HAN ON BINH BANG BU CONG SUAT PHAN

KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN

Với đặc điểm lưới điện khu vực khi đường dây dài truyền tải công suất đi

xa, phụ tải tập trung chủ yếu là cuối nguồn tiêu thụ nhiều công suất phản

Xin Qiao rất cao, do không phải là nút nhà máy nên điện áp Xin Qiao có thể

cao giới hạn ổn định tĩnh chung cho lưới điện thì có thể áp dụng phương pháp

bù công suất phản kháng

+

Lê Tết Thành-CH Kỹ Thuật điện 2004-2006