Phân tích an toàn vận hành lưới điện do công ty truyền tải điện 3 quản lý

Do đặc điểm của phụ tải điện thường xuyên có biến động, đối với người vận hành hệ thống điện, việc dự báo và đánh giá được các tình huống biến động hoặc sự cố để chuẩn bị sẵn các giải ph

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐỖ PHI HÙNG

PHÂN TÍCH

AN TOÀN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN DO CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 3 QUẢN LÝ

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số : 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học : GS TS LÊ KIM HÙNG

Phản biện 1: TS TRẦN TẤN VINH

Phản biện 2: TS VŨ PHAN HUẤN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật, chuyên ngành kỹ thuật điện họp tại Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 03 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công ty Truyền tải điện 3 là đơn vị quản lý vận hành lưới điện truyền tải từ cấp điện áp 220kV đến 500kV thuộc 09 tỉnh khu vực miền Trung là Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Lâm Đồng, Ninh Thuận và Bình Thuận Cùng với sự phát triển của hệ thống điện Việt nam, lưới điện do Công ty quản lý không ngừng phát triển Đến tháng 8/2017, Công ty quản lý vận hành 1619.77 km đường dây 500 kV, 2993.08 km đường dây 220 kV, 05 trạm biến áp 500 kV và 09 trạm biến áp 220 kV

Do đặc điểm của phụ tải điện thường xuyên có biến động, đối với người vận hành hệ thống điện, việc dự báo và đánh giá được các tình huống biến động hoặc sự cố để chuẩn bị sẵn các giải pháp xử lý tối ưu nhằm đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện luôn là một yêu cầu quan trọng Tuy nhiên, đối với lưới điện càng phức tạp, bài toán này càng khó thực hiện vì yêu cầu khối lượng tính toán và thời gian tính toán rất lớn, trong lúc người vận hành phải xử lý tình huống trong thời gian ngắn nhất

Để đảm bảo vận hành an toàn cho hệ thống điện, cần phân tích đánh giá tổng thể và đưa ra các tình huống vận hành nguy hiểm nhằm có phương pháp giải quyết thích hợp kịp thời Vì vậy, tác giả

chọn đề tài “Phân tích an toàn vận hành lưới điện công ty Truyền tải điện 3 quản lý” làm đề tài luận văn tốt nghiệp

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu và phân tích an toàn vận hành lưới điện do công ty Truyền tải điện 3 quản lý, xác định các tình huống nguy hiểm, từ đó

đề xuất các giải pháp thích hợp nhằm nâng cao an toàn vận hành lưới điện

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là lưới điện ở cấp 220 kV và

500 kV do công ty Truyền tải điện 3 quản lý, tính đến hiện trạng tháng 8 năm 2017

Phạm vi nghiên cứu là vận hành an toàn lưới điện, bao gồm tính toán kiểm tra trào lưu công suất trên các đường dây, máy biến áp và giá trị điện áp tại các nút trong tình huống vận hành bình thường và khi sự cố một phần tử (N-1), hai phần tử (N-2) Từ đó đề xuất các giải pháp thích hợp nhằm nâng cao an toàn vận hành lưới điện

4 Phương pháp nghiên cứu

+ Thu thập các số liệu về thông số kỹ thuật lưới điện do công ty Truyền tải điện 3 quản lý và một số các nhà máy điện có liên quan trong khu vực

+ Thu thập số liệu về tình hình phụ tải

+ Thiết lập sơ đồ lưới điện bằng phần mềm Powerworld

Simulator (PW)

+ Sử dụng phần mềm PW để phân tích an toàn lưới điện + Trên cơ sở kết quả tính toán của phần mềm, phân tích và đưa

ra các giải pháp giải quyết các tình huống nguy hiểm

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Đề tài dựa trên các số liệu thực tế, tính toán và phân tích các chế

độ vận hành của lưới điện, từ đó đề xuất các giải pháp giải quyết các tình huống nguy hiểm, nhằm nâng cao an toàn vận hành của lưới điện Công ty Truyền tải điện 3 quản lý, góp phần đảm bảo cung cấp

điện an toàn, liên tục và ổn định, đáp ứng cho nhu cầu phát triển của đất nước

6 Bố cục đề tài

Với mục tiêu đề tài như trên, bố cục luận văn gồm các phần sau:

Phần mở đầu

Chương 1- Cơ sở lý thuyết về phân tích an toàn

Chương 2- Phân tích an toàn vận hành lưới điện do công ty Truyền tải điện 3 quản lý

Chương 3- Đề xuất các giải pháp nâng cao an toàn vận hành lưới điện công ty Truyền tải điện 3

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÂN TÍCH AN TOÀN

1.1 Ngữ cảnh về yêu cầu phân tích an toàn hệ thống

1.1.1 Yêu cầu về vận hành an toàn hệ thống

Trong vận hành, hệ thống điện thường xuyên có biến động, đặc biệt là khi có thao tác đóng - cắt hoặc sự cố phải cô lập bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống cũng đều dẫn tới thay đổi trào lưu công suất Đối với các biến động gây thay đổi lớn về trào lưu công suất, có thể dẫn đến quá tải các phần tử khác hoặc gây ra hiện tượng điện áp thấp hoặc cao quá qui định tại một số nút, đòi hỏi phải có biện pháp giải quyết phù hợp trong thời gian ngắn nhất để đảm bảo vận hành an toàn cho hệ thống

Để có các giải pháp giải quyết phù hợp trong thời gian ngắn nhất, đòi hỏi người vận hành cần có các biện pháp phòng ngừa bằng

cách tiến hành phân tích các tình huống (contingency analysis), đánh

giá các tình huống nào có thể gây nguy hiểm đến vận hành an toàn

hệ thống và chuẩn bị sẵn các phương án giải quyết thích hợp nhất

1.1.2 Chức năng của phân tích an toàn hệ thống điện

Phân tích an toàn hệ thống điện bao gồm ba 3 chức năng chính: + Chức năng kiểm soát hệ thống

điện áp tại các nút đối với từng sự cố và đưa ra giải pháp giải quyết Vấn đề đặt ra ở đây là phải tính toán trong thời gian bé nhất nhưng vẫn phải đảm bảo tính chính xác của kết quả tính toán trong một phạm vi cho phép chấp nhận được

Dựa trên kinh nghiệm, người ta nhận thấy phần lớn các sự cố không gây hậu quả nghiêm trọng về an toàn Vì vậy, nhiều phương pháp nghiên cứu đã được sử dụng dựa trên đặc điểm này Qui trình

thực hiện thể hiện như Hình 1.2

Hình 1.2- Qui trình phân tích an toàn trong thời gian thực

Có hai nhóm phương pháp chính trong phân tích an toàn:

- Phương pháp “Sắp xếp”: Đánh giá mức độ trầm trọng của

một sự cố bởi một hàm toán học mô tả trạng thái hệ thống khi xảy ra một sự cố trong hệ thống Hàm này được gọi là chỉ số nghiêm trọng

(Performance Index-PI)

- Phương pháp “Đánh giá trạng thái”: Mục đích của phương

pháp này là đánh giá trạng thái (lọc nhanh) các sự cố để chọn ra các

sự cố cần tính toán phân bố công suất đầy đủ

1.2 Một số phương pháp phân tích an toàn

Dữ liệu trong

thời gian thực Thuật toán phân tích sự cố

Danh sách sự

cố có thể nguy hiểm

Phân tích đầy đủ sự cố

Xuất ra những sự cố nào gây mất an toàn hệ

thống

Nội dung mục này trình bày hai phương pháp thông dụng

trong nhóm phương pháp “Đánh giá trạng thái” là phương pháp Tính

toán phân bố công suất một phần 1P-1Q và phương pháp Hệ số chuyển tải

1.2.1 Phương pháp tính toán phân bố công suất một phần (1P-1Q)

Lưu đồ thuật toán phương pháp 1P-1Q như Hình 1.3

1.2.2 Phương pháp hệ số chuyển tải

a- Hệ số chuyển tải khi cắt một đường dây:

Lưu đồ thuật toán hệ số chuyển tải khi cắt một đường dây

thể hiện như Hình 1.4

b- Hệ số chuyển lượng công suất phát:

Lưu đồ thuật toán hệ số chuyển lượng công suất phát thể

hiện như Hình 1.5

1.3 Kết luận Chương 1

Dựa trên các phương pháp phân tích hiện nay, một số phần mềm ứng dụng cũng đã ra đời, hỗ trợ rất nhiều cho người vận hành đáp ứng mục tiêu vận hành an toàn hệ thống (VD: Powerworld Simulator, CONUS, PSS/E, PSS/ADEPT…) Tuy nhiên hệ thống điện đang ngày càng phát triển không chỉ về qui mô mà còn cả về mức độ phức tạp, đòi hỏi thuật toán phân tích an toàn càng phải được hoàn thiện và phát triển sâu hơn Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính với tốc độ xử lý ngày càng cao và khả năng lưu trữ dữ liệu ngày càng lớn, các phương pháp phân tích an toàn hệ thống hiện nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu phát triển để nâng cao độ tin cậy về kết quả phân tích và rút ngắn thời gian tính toán nhằm áp

dụng tốt hơn trong thời gian thực

Hình 1.3 Lưu đồ thuật toán phương pháp 1P-1Q

Hình 1.4 Lưu đồ thuật toán hệ số chuyển tải khi cắt một

đường dây

Hình 1.5 Lưu đồ thuật toán hệ số chuyển lượng công suất phát

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN

CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 3 2.1 Giới thiệu chung về công ty Truyền tải điện 3

2.1.1 Qui mô lưới điện công ty Truyền tải điện 3 quản lý

Công ty Truyền tải điện 3 chịu trách nhiệm quản lý vận hành lưới điện truyền tải các tỉnh phía nam miền Trung, bao gồm Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa và một phần Ninh Thuận Cùng với sự phát triển không ngừng của ngành điện cả nước, qui mô quản lý vận hành của Công ty không ngừng phát triển Tính đến hết tháng 8 năm 2017, qui mô quản lý lưới điện truyền tải

của Công ty bao gồm 09 tỉnh phía nam miền Trung với 1619.77 km

đường dây 500kV, 2993.08 km đường dây 220kV, 05 trạm biến áp 500kV và 09 trạm biến áp 220kV có tổng công suất máy biến áp ở cấp 500kV và 220 kV là 7238 MVA

2.1.2 Tình hình vận hành lưới điện do công ty Truyền tải điện 3 quản lý những năm gần đây

2.2 Thiết lập sơ đồ lưới điện do công ty Truyền tải điện 3 quản

lý bằng phần mềm Powerworld Simulator

2.2.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm Powerworld Simulator

Powerworld Simulator (PW) là một phần mềm mô phỏng hệ thống điện của hãng PTI - Mỹ, có giao diện thân thiện, trực quan và

có tính tương tác cao với người sử dụng PW rất mạnh trong phân tích kỹ thuật, thể hiện dưới môi trường đồ họa mang tính trực quan nên tạo thuận lợi trong việc phân tích vận hành hệ thống điện

PW tích hợp một số các sản phẩm, với cốt lõi là phương tiện giải quyết bài toán phân bố công suất rất mạnh, có thể giải quyết hiệu

quả với hệ thống lên đến 100000 nút PW cũng bao gồm các công cụ

có thể giải quyết rất tốt các vấn đề liên quan tính toán ngắn mạch, phân tích an toàn, vận hành kinh tế,…

2.2.2 Một số giả thiết khi thiết lập sơ đồ

- Lưới điện do công ty quản lý kết nối với lưới điện phía Bắc qua đường dây 500kV Pleiku 2-Thạnh Mỹ vào thanh cái 500kV trạm Pleiku 2 và đường dây 500kV Pleiku- Dốc Sỏi vào thanh cái 500 kV trạm Pleiku Khả năng tải của mỗi đường dây 500kV nói trên, bị hạn chế bởi công suất định mức của tụ bù dọc, là 1732 MVA Xem như thanh cái 500kV trạm Pleiku có nối vào máy phát chuẩn (Slack) và thay thế đường dây 500kV Pleiku 2-Thạnh Mỹ bằng máy phát PV có công suất Smax của máy phát là 1732 MVA

- Các đường dây 220kV và 500kV kết nối từ lưới điện của Công ty đến các trạm biến áp khác thuộc công ty Truyền tải điện 2

và công ty Truyền tải điện 4 xem như là các phụ tải Không xét đến các ĐZ quản lý vận hành chung giữa các công ty

- Các phát tuyến có cấp điện áp 110kV đấu nối vào thanh cái 110kV của trạm biến áp xem như là một phụ tải cấp điện áp 110kV,

có công suất phụ tải lấy bằng tổng công suất qua các MBA 220kV/110kV tại trạm

- Các MBA xem như chỉ đặt nấc phân áp ở nấc giữa, không chọn chế độ tự động điều chỉnh điện áp

- Các nhà máy điện gồm nhiều tổ máy được xem như một tổ máy với công suất phát cao nhất là tổng công suất của các tổ máy và công suất phát tối thiểu là công suất phát tối thiểu của một tổ máy

2.2.3 Sơ đồ lưới điện công ty Truyền tải điện 3

Căn cứ vào thông số kỹ thuật các phần tử trên hệ thống điện

và số liệu phụ tải, thiết lập sơ đồ lưới điện công ty Truyền tải điện 3

2.3.1 Chế độ vận hành ứng với phụ tải ở mức cao, mùa khô

Qua thống kê số liệu vận hành trong năm 2017 truy xuất từ phần mềm quản lý kỹ thuật PMIS và so sánh đánh giá, tác giả lựa chọn số liệu phụ tải lúc 14 giờ ngày 24 tháng 3 năm 2017 ứng với

chế độ phụ tải mức cao, mùa khô (xem sơ đồ lưới điện trên phần

b Tình huống cắt hai phần tử ra khỏi vận hành (N-2)

Đối với các tình huống cắt đồng thời hai phần tử ra khỏi vận hành, cần xem xét 3 tình huống:

 Tình huống cắt hai ĐZ khỏi vận hành

 Tình huống cắt một ĐZ và một MBA ra khỏi vận hành

 Tình huống cắt một ĐZ và một MF ra khỏi vận hành

2.3.2 Chế độ vận hành ứng với phụ tải ở mức thấp, mùa mưa

Căn cứ số liệu vận hành truy xuất từ phần mềm quản lý kỹ thuật PMIS của công ty Truyền tải điện 3 và so sánh đánh giá, tác giả lựa chọn thời điểm ứng với phụ tải ở mức thấp, mùa mưa, vào lúc 2 giờ ngày 02/9/2017

b Chế độ cắt 2 phần tử ra khỏi lưới điện (N-2)

Đối với các tình huống cắt đồng thời hai phần tử ra khỏi vận hành, cần xem xét 3 tình huống:

 Tình huống cắt hai ĐZ khỏi vận hành

 Tình huống cắt một ĐZ và một MBA khỏi vận hành

 Tình huống cắt một ĐZ và một MF ra khỏi vận hành

2.3.3 Tổng hợp các tình huống nguy hiểm

Các tình huống nguy hiểm ứng với các trường hợp 1 và

N-2 trong các chế độ phụ tải ở mức cao, mùa khô và phụ tải ở mức

thấp, mùa mưa được tổng hợp như trong Bảng 2.10

2.4 Kết luận Chương 2

Sau khi dùng phần mềm PW để thiết lập sơ đồ lưới điện công ty Truyền tải điện 3, tiến hành phân tích các tình huống nguy hiểm ứng với hai chế độ phụ tải ở mức cao, mùa khô và phụ tải ở mức thấp vào mùa mưa, trong các tình huống N-1, N-2, nhận thấy:

Đối với tình huống N-1, lưới điện của công ty Truyền tải điện 3 vận hành khá ổn định Tuy nhiên qua phân tích cho thấy khả

năng đáp ứng yêu cầu vận hành chưa đảm bảo hoàn toàn khi sự cố một trong hai MBA đang vận hành song song tại các TBA 500 kV Đắk Nông, 220 kV Qui Nhơn, 220 kV Krông Búk và 220kV Nha Trang vì sẽ gây ra tình trạng quá tải ở MBA còn lại Ngoài ra, khi cắt MBA AT2 trạm biến áp 500kV Di Linh sẽ gây quá tải ĐZ 220 kV Tháp Chàm – Nha Trang Đối với tình huống N-2, tình trạng quá tải xảy ra trên các ĐZ 220kV Di Linh – Bảo lộc, Tháp Chàm – Nha Trang, Di Linh - Đức Trọng, Đức Trọng - Đa Nhim, Đa Nhim – Tháp Chàm và MBA AT2 tại TBA 500 kV Di Linh Ngoài ra đối với các MF Vĩnh Tân 2 và Vĩnh Tân 4, khi một trong hai MF này tách khỏi vận hành đồng thời với 01 ĐZ liên quan sẽ gây quá tải cho một vài ĐZ khác

Nhìn chung, lưới điện do công ty Truyền tải điện 3 quản lý đảm bảo khả năng vận hành an toàn trong chế độ bình thường Tuy nhiên trong các chế độ N-1 và N-2 còn tiềm ẩn nguy cơ vận hành không an toàn ở một số tình huống như đã phân tích ở phần trên Để nâng cao khả năng vận hành an toàn lưới điện, cần có những giải pháp kỹ thuật thích hợp nhằm giải quyết vấn đề

BẢNG 2.10 TỔNG HỢP KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC TÌNH HUỐNG NGUY HIỂM

B32; B34; B42; B44 G51 và (B12-B30 hoặc B16-B42

hoặc B40-B41 hoặc B49-B50) 01 Quá tải: B37-B47 G52 và B37-B47 01 Quá tải: B40-B41 G52 và B40-B41 01 Quá tải: B37-B47

Trọng

CHƯƠNG 3

ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO AN TOÀN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 3 3.1 Phân tích các tình huống nguy hiểm

Như đã phân tích ở chương 2, trong một số tình huống ứng với các chế độ vận hành N-1 và N-2, lưới điện do công ty Truyền tải điện 3 quản lý không đảm bảo vận hành an toàn, cần có giải pháp khắc phục thích hợp

Trên cơ sở dữ liệu các tình huống nguy hiểm đã ghi nhận được, tác giả nhận thấy:

- Tại các TBA 220kV Nha Trang, Krông Búk, Qui Nhơn đang vận hành hai MBA song song, gồm 01 MBA 125 MVA và 01 MBA 250 MVA, qua kết quả phân tích các tình huống nguy hiểm, nhận thấy khi cắt điện MBA 250 MVA sẽ gây quá tải MBA 125 MVA còn lại Tại TBA 500kV Đắk Nông, khi cắt một trong hai MBA đang vận hành song song ở chế độ tải cao, mùa khô, cũng sẽ gây quá tải MBA còn lại

- Khi cắt riêng lẻ một trong hai MF Vĩnh Tân 2 hoặc Vĩnh Tân 4 thuộc Trung tâm nhiệt điện Vĩnh Tân, không ảnh hưởng đến vận hành an toàn hệ thống, nhưng khi cắt đồng thời với một ĐZ khác, trong một vài tình huống sẽ gây quá tải cho một số ĐZ khác Nguyên nhân là do thực tế công suất phát ra của các MF này phần lớn cấp cho phụ tải phía 500kV khu vực miền Nam thông qua ĐZ

500 kV 02 mạch Vĩnh Tân - Sông Mây, trong sơ đồ xem như là phụ tải tại thanh cái 500kV trạm Vĩnh Tân Vì vậy, khi một trong hai MF này tách khỏi vận hành trong lúc đang phát công suất lớn, hệ thống

sẽ phải truyền tải lượng công suất lớn từ nơi khác đến để bổ sung lượng công suất thiếu hụt, dẫn đến quá tải một vài ĐZ liên quan gồm