i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện “Đánh giá độ tin cậy hệ thống lưới điện truyền tải 220kV 500kV Đồng bằng sông Cửu Long” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những số[.]
Trang 1i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện “Đánh giá độ tin cậy hệ thống lưới điện truyền tải 220kV - 500kV Đồng bằng sông Cửu Long” là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Những số liệu được sử dụng trong luận văn là trung thực được chỉ rõ nguồn trích dẫn Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào từ trước đến nay
Trà Vinh, ngày 04 tháng 9 năm 2019
Học viên
Nguyễn Chí Công
Trang 2ii
LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự
nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ
Trước tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Trần Văn Tấn người Thầy đã hướng dẫn, động viên giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn này Những nhận xét và đánh giá của Thầy, đặc biệt là những gợi ý về hướng giải quyết vấn đề trong suốt quá trình làm luận văn, thực sự là những bài học
vô cùng quý giá đối với tôi không chỉ trong quá trình viết luận văn mà cả trong hoạt động nghiên cứu chuyên môn sau này
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến TS Phạm Minh Hòa, trưởng Khoa
Kỹ thuật Công nghệ trường đại học Trà Vinh, Thầy đã giúp tôi từ những bước đầu định hướng về đề tài nghiên cứu của mình Thầy luôn động viên, hỗ trợ, giúp đỡ những lúc tôi cảm thấy khó khăn nhất và giúp tôi vượt qua mọi trở ngại
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giảng viên Khoa Kỹ thuật Công nghệ trường Đại học Trà Vinh, các Thầy Cô đã giúp đỡ, góp ý và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn của mình
Tôi xin cảm ơn Phòng Đào tạo Sau đại học đã nhiệt tình tạo điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu khoa học cũng như đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh
Trang 3iii
TÓM TẮT
Hệ thống lưới truyền tải 220kV-500kV là một phần trong hệ thống lưới điện
là nơi liên kết giữa nguồn và phụ tải Trên hệ thống lưới truyền tải 220kV – 500kV gồm các đường dây truyền tải, các trạm biến áp trung chuyển và các thiết bị đóng cắt, thiết bị bảo vệ Trong quá trình vận hành hệ thống lưới truyền tải cần phải được đảm bảo liên tục và ổn định trong thời gian dài vì vậy nên việc đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện mà trong đó có hệ thống lưới truyền tải ĐBSCL là cần thiết vì qua đó ta đánh giá được khả năng vận hành của hệ thống và khả năng đáp ứng của các thành phần trên hệ thống lưới truyền tải mà chúng ta đang vận hành
Việc lưu chuyển công suất giữa các trạm luôn được đảm bảo và duy trì Các trạm biến áp trên lưới truyền tải 220kV-500kV thường được thiết kế theo dạng sơ đồ
2 thanh cái hoặc sơ đồ 3/2 điều này giúp đảm bảo độ tin cậy cao trên hệ thống và liên kết giữa các trạm này chủ yếu là các đường dây song song hoặc mạch vòng khép kín đảm bảo được việc hạn chế mất điện Các sự cố trên lưới truyền tải 220kV -500kV chủ yếu là các sự cố thoáng qua nên việc liên lạc giữa các trạm luôn được đảm bảo
Do đó việc đảm bảo vận hành tin cậy hệ thống điện nhất là hệ thống lưới truyền tải
220 – 500kV rất quan trọng và lưới 500kV gắng liền với an ninh quốc gia
Do đó, luận văn tập trung đánh giá độ tin cậy lưới truyền tải 220 – 500kV ĐBSCL dựa trên mạng IEEE 24 bus chuẩn từ đó nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa trong vận hành đối với lưới điện truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL
Trang 4iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii
DANH SÁCH BẢNG x
DANH SÁCH HÌNH xii
PHỤ LỤC xiv
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1 TÍNHCẤPTHIẾTCỦAĐỀTÀI 1
2 TỔNGQUANCÁCTÀILIỆUCÓLIÊNQUAN 2
3 MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU 3
4 ĐỐITƯỢNGNGHIÊNCỨU 4
5 PHẠMVINGHIÊNCỨU 4
6 PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 4
7 KẾTQUẢDỰKIẾNCỦALUẬNVĂN 5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI 220 – 500KV 6
1.1 TỔNGQUANVỀLƯỚIĐIỆNTRUYỀNTẢI220KV–500KV 6
1.1.1 Định hướng quy hoạch 7
1.1.2 Mục tiêu phát triển 8
1.2 TỔNGQUANVỀĐỘTINCẬYCUNGCẤPĐIỆN 9
1.2.1 Các khái niệm về độ tin cậy 9
1.2.2 Độ tin cậy của hệ thống 10
1.2.2.1 Khả năng đáp ứng của hệ thống 10
1.2.2.2 Khả năng vận hành an toàn của hệ thống 10
1.2.3 Độ tin cậy của phần tử 11
1.2.3.1 Phần tử không phục hồi 11
1.2.3.2 Phần tử phục hồi 14
Trang 5v
1.2.4 Độ tin cậy quy định tại Điều 14 Thông tư 25/2016/TT-BCT 20
1.2.5 Tổng quan về độ tin cậy lưới điện truyền tải cả nước 21
1.2.6 Tổng quan về độ tin cậy lưới điện truyền tải điện 4 22
1.3 CÁCPHƯƠNGPHÁPĐÁNHGIÁĐỘTINCẬY 22
1.3.1 Phương pháp đồ thị giải tích 22
1.3.2 Phương pháp không gian trạng thái 23
1.3.3 Phương pháp cây hỏng hóc 24
1.3.4 Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo 24
1.4.CÁCCHỈTIÊUĐÁNHGIÁĐỘTINCẬYLƯỚITRUYỀNTẢI 24
1.4.1 SAIFI - Tần suất mất điện trung bình của lưới điện 25
1.4.2 CAIFI - Tần suất mất điện trung bình của khách hàng 25
1.4.3 SAIDI - Thời gian mất điện trung bình của lưới điện 25
1.4.5 CAIDI - Thời gian mất điện trung bình của khách hàng 26
1.4.6 CTAIDI - Tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng 26
1.4.7 ASAI (ASUI) - Độ sẳn sàng (không sẳn sàng) phục vụ trung bình 26
1.4.8 ENS - Năng lượng không được cung cấp 26
1.4.9 AENS - Điện năng trung bình không được cung cấp, mất điện trung bình 27
1.4.10 ACCI - Chỉ số mất điện khách hàng trung bình 27
1.4.11 MAIFI - tần suất trung bình của mất điện thoáng qua 27
1.5.CÁCYẾUTỐẢNHHƯỞNGĐỘTINCẬYLƯỚITRUYỀNTẢI 27
CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM ETAP 29
2.1.GIỚITHIỆUPHẦNMỀMETAP 29
2.1.1 Giới thiệu 29
2.1.2 Ứng dụng phần mềm Etap 29
2.1.3 Giao diện 30
2.2.CÁCPHẦNTỬCHÍNH 32
2.2.1 Nguồn (hệ thống) 32
2.2.2 Máy Phát 36
2.2.3 Bus 37
2.2.4 Đường dây 38
2.2.5 Máy biến áp 2 cuộn dây 40
Trang 6vi
2.2.6 Máy biến áp 3 cuộn dây 47
2.2.7 Tải 48
2.2.8 Máy cắt 51
2.3.PHƯƠNGPHÁPĐÁNHGIÁĐỘTINCẬY 54
CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG IEEE 24 BUS VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI 220KV – 500KV ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 55
3.1.HỆTHỐNGIEEE24BUS 55
3.1.1 Các thông số hệ thống 55
3.1.2 Kết quả mô phỏng trên Etap mạng IEEE 24 bus 58
3.1.2.1 Kết quả mô phỏng trào lưu công suất mạng IEEE 24 bus 58
3.1.2.2 Kết quả mô phỏng độ tin cậy IEEE 24 bus 64
3.2.HỆTHỐNGĐIỆN220–500KVKHUVỰCĐBSCL 69
3.2.1 Nguồn điện 69
3.2.2 Tổng quan về lưới điện truyền tải cả nước 70
3.2.3 Tổng quan về lưới điện truyền tải của công ty Truyền tải điện 4 70
3.2.4 Hệ thống truyền tải đồng bằng sông Cửu Long 71
3.2.4.1 Hệ thống đường dây tải điện Đồng bằng Sông Cửu Long: 71
3.2.4.2 Máy biến áp: 71
3.2.5 Tổng quan về phụ tải 71
3.2.5.1 Lưới điện 500kV 74
3.5.2.2 Lưới điện 220kV: 74
3.3 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI 220 – 500KV ĐBSCL 75
3.3.1 Các thông số hệ thống truyền tải 220-500kV ĐBSCL 75
3.3.2 Kết quả mô phỏng trên Etap lưới truyền tải ĐBSCL 79
3.3.2.1 Kết quả mô phỏng trào lưu công suất lưới ĐBSCL 79
3.3.2.2 Kết quả mô phỏng độ tin cậy lưới ĐBSCL 87
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 92
4.1.KẾTQUẢĐẠTĐƯỢC 92
4.2.HẠNCHẾ 93
4.3.HƯỚNGPHÁTTRIỂNCỦAĐỀTÀI 94
Trang 7vii
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 95
Trang 8viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
EVN: Viet Nam Electricity: Tập đoàn Điện lực Việt Nam
IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
NDCT+BT: Nhà máy nhiệt điện Cần Thơ và Bình Thủy
Trang 9ix
Trang 10x
DANH SÁCH BẢNG
Số hiệu bảng Tên bảng Trang
Bảng 3.1 Thông số máy phát mạng IEEE 24 bus 56
Bảng 3.2 Thông số tải mạng IEEE 24 Bus 56
Bảng 3.4 Chiều dài đường dây và thời gian mất điện của mạng IEEE 24 Bus 57
Bảng 3.5 Độ tin cậy của thanh cái và thời gian mất điện của mạng IEEE 24 Bus 57
Bảng 3.6 Thông số máy phát tại các bus mạng IEEE 24 Bus 58
Bảng 3.7 Thông số của các Bus tại mạng IEEE 24 Bus 59
Bảng 3.8 Thông số giao nhận công suất giữa các Bus tại mạng IEEE 24 Bus 60
Bảng 3.9 Thông số công suất tại các Bus tại mạng IEEE 24 Bus 61
Bảng 3.10 Thông số máy biến áp tại mạng IEEE 24 Bus 62
Bảng 3.11 Chỉ số công suất qua các đường dây tại mạng IEEE 24 Bus 62
Bảng 3.12 Dữ liệu đầu vào của nút trong ETAP 64
Bảng 3.13 Dữ liệu đầu vào của đường dây trong ETAP 65
Bảng 3.14 Dữ liệu đầu vào của các máy biến áp trong ETAP 66
Bảng 3.15 Dữ liệu đầu vào của các tải trong ETAP 66
Bảng 3.16 Dữ liệu đầu vào của các máy phát trong ETAP 67
Bảng 3.17 Nhu cầu công suất và điện năng toàn vùng ĐBSCL giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến 2025 73
Bảng 3.18 Tải của MBA trên hệ thống truyền tải 220-500kV ĐBSCL 76
Bảng 3.19 Thông số máy phát trên hệ thống truyền tải 220-500kV ĐBSCL 77
Bảng 3.20 Thông số độ tin cậy của máy phát lưới truyền tải 220-500kV ĐBSCL 78 Bảng 3.21 Chiều dài đường dây và thời gian mất điện của lưới truyền tải 220-500kV ĐBSCL 79
Bảng 3.22 Độ tin cậy và thời gian mất điện của thanh cái lưới truyền tải 220-500kV ĐBSCL 79
Bảng 3.23 Thông số các nút trên hệ thống truyền tải 220-500kV ĐBSCL 80
Bảng 3.24 Giao nhận công suất tại hệ thống truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 81
Bảng 3.25 Thông số công suất tại lưới truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 83
Bảng 3.26 Thông số máy biến áp tại lưới truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 84
Bảng 3.27 Giao nhận công suất tại lưới truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 85
Bảng 3.28 Dữ liệu đầu vào độ tin cậy của bus trong ETAP mạng ĐBSCL 87
Trang 11xi
Bảng 3.29 Dữ liệu đầu vào độ tin cậy của đường dây trong ETAP mạng ĐBSCL 88 Bảng 3.30 Dữ liệu đầu vào của đường dây trong ETAP mạng ĐBSCL 88 Bảng 3.31 Dữ liệu đầu vào độ tin cậy của các tải trong ETAP mạng ĐBSCL 89 Bảng 3.32 Dữ liệu đầu vào độ tin cậy của tải trong ETAP mạng ĐBSCL 89
Trang 12xii
DANH SÁCH HÌNH
Số hiệu hình Tên hình Trang
Hình 1.1 Bản đồ 13 tỉnh vùng ĐBSCL 6
Hình 1.2 Quy hoạch lưới điện ĐBSCL đến năm 2020 có xét đến năm 2025 7
Hình 1.3 Mô hình nguyên lý lưới điện 9
Hình 1.5 Hàm tin cậy R(t) 12
Hình 1.6 Hàm cường độ hỏng hóc (t) 14
Hình 1.7 Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng) 15
Hình 1.8 Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử 19
Hình 1.9 Sơ đồ lưới điện truyền tải NPT quản lý 21
Hình 1.10 Sơ đồ lưới điện do truyền tải 4 quản lý tính đến năm 2018 22
Hình 1.11 Sơ đồ nối tiếp 23
Hình 1.12 Sơ đồ song song 23
Hình 1.13 Sơ đồ hổn hợp 23
Hình 2.1 Cửa sổ chính 30
Hình 2.2 Các chức năng tính toán 31
Hình 2.3 Các phần tử AC 31
Hình 2.4 Các phần tử đo lường bảo vệ 32
Hình 2.5 Trang info của nguồn 33
Hình 2.6 Trang Rating của nguồn 34
Hình 2.7 Trang Reliability của nguồn 35
Hình 2.8 Trang Energy Price của máy phát 36
Hình 2.9 Trang info của Bus 37
Hình 2.10 Trang info của đường dây 38
Hình 2.11 Trang parameter của đường dây 39
Hình 2.12 Trang Info của máy biên áp 40
Hình 2.13 Trang Rating của máy biến áp 41
Hình 2.14 Trang Tap Position của máy biến áp 42
Hình 2.15 Trang Tap của máy biến áp 42
Hình 2.16 Chỉnh đầu phân áp máy biến áp 43
Hình 2.17 Trang Grounding của máy biến áp 44
Hình 2.18 Trang Sizing của máy biến áp 45
Trang 13xiii
Hình 2.19 Trang protection của máy biến áp 46
Hình 2.20 Trang Reliability của máy biến áp 47
Hình 2.21 Trang Info của tải 48
Hình 2.22 Trang Nameplate của tải 49
Hình 2.23 Trang Short Circuit của tải 50
Hình 2.24 Trang Infor của máy cắt 51
Hình 2.25 Trang Rating của máy cắt 52
Hình 2.26 Trang Reliability của máy cắt 53
Hình 2.27 Trang Reliability Analysis Study Case 54
Hình 3.1 Sơ đồ đơn tuyến HTĐ IEEE 24 bus 55
Hình 3.2 Kết quả mô phỏng trào lưu công suất tại mạng IEEE 24 bus bằng Etap 58 Hình 3.3 Kết quả mô phỏng công suất tại mạng IEEE 24 Bus 63
Hình 3.4 Sơ đồ mạng IEEE 24 Bus chạy độ tin cậy trên phần mềm ETAP 64
Hình 3.5 Kết quả mô phỏng độ tin cậy mạng ĐBSCL trong ETAP 68
Hình 3.6 Sơ đồ lưới 220-500kV đồng bằng sông Cửu Long năm 2018 75
Hình 3.7 Sơ đồ lưới 220-500kV ĐBSCL năm 2018 chạy trào lưu công suất 79
Hình 3.8 Trào lưu công suất tại tại lưới truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 86
Hình 3.9 Sơ đồ lưới truyền tải 220-500kV ĐBSCL chạy độ tin cậy trên ETAP 87
Hình 3.10 Kết quả mô phỏng độ tin cậy mạng ĐBSCL trong ETAP 90
Trang 14xiv
PHỤ LỤC
Số hiệu phụ lục Tên phụ lục Trang
Phụ lục 01: Sơ đồ lưới điện do truyền tải 4 quản lý tính đến năm 2018 1
Phụ lục 02: Chiều dài đường dây và thời gian mất điện của mạng IEEE 24 Bus 2
Phụ lục 03: Kết quả mô phỏng trào lưu công suất tại mạng IEEE 24 bus bằng Etap 4 Phụ lục 04a: Thông số giao nhận công suất giữa các Bus tại mạng IEEE 24 Bus 5
Phụ lục 04b: Thông số giao nhận công suất giữa các Bus tại mạng IEEE 24 Bus 6
Phụ lục 05a: Chỉ số công suất qua các đường dây tại mạng IEEE 24 Bus 8
Phụ lục 05b: Chỉ số công suất qua các đường dây tại mạng IEEE 24 Bus 9
Phụ lục 06: Sơ đồ mạng IEEE 24 Bus chạy độ tin cậy trên phần mềm ETAP 11
Phụ lục 07: Sơ đồ lưới 220-500kV đồng bằng sông Cửu Long năm 2018 12
Phụ lục 08: Chiều dài đường dây và thời gian mất điện của lưới truyền tải 220-500kV ĐBSCL 13
Phụ lục 09: Sơ đồ lưới 220-500kV ĐBSCL năm 2018 chạy trào lưu công suất 15
Phụ lục 10a: Giao nhận công suất tại hệ thống truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 16
Phụ lục 10b: Giao nhận công suất tại hệ thống truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 17
Phụ lục 11a: Giao nhận công suất tại lưới truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 20
Phụ lục 11b: Giao nhận công suất tại lưới truyền tải 220kV-500kV ĐBSCL 22
Phụ lục 12: Sơ đồ lưới truyền tải 220-500kV ĐBSCL chạy độ tin cậy trên ETAP 24 Phụ lục 13: Dữ liệu đầu vào độ tin cậy của đường dây trong ETAP mạng ĐBSCL 25 Phụ lục 14: Dữ liệu đầu vào độ tin cậy của các tải trong ETAP mạng ĐBSCL 27
Trang 151
PHẦN MỞ ĐẦU
Hiện nay để đáp ứng nhu cầu về kinh tế thì hệ thống điện ngoài nhiệm vụ là sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ bằng hệ thống các lưới truyền tải và các trạm biến áp phân phối, thì yêu cầu đặt ra là phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng theo quy định và độ tin cậy cung cấp điện hợp lý
Độ tin cậy cung cấp điện cùng với chất lượng điện năng là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện, mọi nghiên cứu, tính toán, các kỹ thuật và công nghệ áp dụng cho một hệ thống điện đều với mục đích đảm bảo hai chỉ tiêu này
Từ đó ta đưa ra những quy hoạch và phát triển hệ thống điện đảm bảo nhằm đạt được phát triển tối ưu và vận hành đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Việc tính toán độ tin cậy của hệ thống điện ngày càng được chú ý, rất nhiều công trình nghiên cứu đã cho phép đưa ra các thuật toán hiệu quả giải quyết triệt để việc tính toán độ tin cậy hệ thống điện và được áp dụng tính toán cho các lưới điện có cấu trúc khá phức tạp
Với việc nâng cao độ tin cậy giúp giảm mất điện trên diện rộng và kéo dài là một yêu cầu cấp thiết và quan trọng Ngoài việc ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cung cấp còn làm cho thiệt hại đến nhiều mặt từ phía người bán điện, công ty truyền tải và các hộ tiêu dùng Về kinh tế thì việc mất điện kéo dài ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp vừa và nhỏ, ngoài ra còn có các hộ tiêu dùng việc này gây thiệt hại không nhỏ đến nền kinh tế từ đó có ảnh hưởng không nhỏ đến tình hình xã hội Nên việc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cùng với chất lượng điện năng là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá một hệ thống điện
Khu vực ĐBSCL là một trong các khu vực có phụ tải phát triển nhất của toàn quốc với rất nhiều nhà máy và khu công nghiệp Trong những năm qua, các tỉnh trong khu vực đã thu hút được khá nhiều các dự án đầu tư nước ngoài và trong nước và đang phát triền mạnh mẽ các ngành công nghiệp khác nhau Cùng với sự phát triển
đó, kéo theo nhu cầu tiêu thụ điện của khu vực là rất lớn Nhu cầu phụ tải cực đại của khu vực ĐBSCL khoảng 3.421 MW Tổng công suất nguồn phát 3.539 MW và không