Tính toán, phân tích và để xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kv do công ty lưới điện cao thế miền trung quản lý

Để đáp ứng cung cấp điện cho phụ tải, hệ thống điện được mở rộng và phát triển, nhiều nguồn điện mới được đưa vào vận hành, liên kết lưới điện tăng, dẫn đến nhiều vấn đề về vận hành cần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ PHÚ HÒA

TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ

KINH TẾ LƯỚI ĐIỆN 110KV DO CÔNG TY

LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG QUẢN LÝ

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số : 60 52 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2017

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

PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Cùng với nhịp độ tăng trưởng của nền kinh tế và sự gia tăng dân số toàn cầu, nhu cầu tiêu thụ năng lượng không ngừng tăng lên trong đó năng lượng điện đóng vai trò then chốt Trong những năm qua, sản lượng điện cung cấp cho các ngành kinh tế và sinh hoạt của nhân dân trên toàn quốc không ngừng tăng lên Điện thương phẩm năm 2010 là 159,3 tỷ kWh, công suất cực đại 8.284 MW Trong khi

đó năm 2016, tổng sản lượng điện thương phẩm là 159,3 tỷ kWh, công suất cực đại khoảng 26,65 MW Dự kiến năm 2015, sản lượng điện thương phẩm khoảng 165.000 tỷ kWh, công suất cực đại khoảng 32.500MW Để đáp ứng yêu cầu cung cấp điện cho phát triển kinh tế

xã hội của đất nước

Để đáp ứng cung cấp điện cho phụ tải, hệ thống điện được mở rộng và phát triển, nhiều nguồn điện mới được đưa vào vận hành, liên kết lưới điện tăng, dẫn đến nhiều vấn đề về vận hành cần được quan tâm phân tích, đánh giá: sự làm việc tin cậy của hệ thống trong các chế độ vận hành, chất lượng điện năng, tổn thất điện năng, hệ thống bảo vệ rơle, hiệu quả kinh tế trong vận hành…

Trong thực tế hiện nay, việc quy hoạch trung và dài hạn trong

hệ thống điện Quốc gia chỉ đề cập đến nguồn và lưới điện từ cấp điện

áp 220kV trở lên, Quy hoạch phát triển Điện lực tỉnh thành phố đề cập đến nguồn và lưới điện có cấp điện áp ≤ 110kV Do cách phân chia phạm vi của các quy hoạch, nên công tác tính toán phân tích đánh giá đối với lưới điện 110kV trên phạm vi liên kết từng miền chưa được đề cập cụ thể; việc tính toán kiểm tra khả năng truyền tải của lưới điện đấu nối, các liên kết giữa nhà máy điện với hệ thống điện miền, tìm các giải pháp thích hợp để đáp ứng nhu cầu truyền tải trong các chế độ khác nhau là cần thiết

Đề tài đi sâu tìm hiểu các phương pháp tính toán, phân tích và

đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kV

do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu các phương pháp tính toán, phân tích chế độ làm việc của hệ thống điện nói chung, hệ thống điện 110kV nói riêng trong các chế độ vận hành

- Nghiên cứu tính toán ảnh hưởng của các chế độ sự cố đến độ tin cậy vận hành của hệ thống

- Tìm hiểu, lựa chọn phần mềm tính toán để sử dụng cho đề tài

- Áp dụng tính toán, phân tích và đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Các phương pháp tính toán, phân tích chế độ làm việc của hệ thống điện

- Phần mềm tính toán mô phỏng hệ thống điện PSS/E

- Lưới điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu các phương pháp tính toán phân tích chế độ làm việc của hệ thống điện, lựa chọn phương pháp phù hợp để tính toán cho mạng điện khu vực

- Tìm hiểu các phương pháp và phần mềm tính toán cho hệ thống điện, phân tích lựa chọn phần mềm để sử dụng

Thu thập số liệu về hệ thống điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý, tính toán phân tích các chế độ vận hành để tìm ra các trạng thái nguy hiểm

- Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý

5 TÊN ĐỀ TÀI

- Căn cứ vào mục tiêu nghiên cứu, đề tài được đặt tên như sau:

“Tính toán, phân tích và đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kV do công ty lưới điện cao thế miền Trung quản lý”

6 BỐ CỤC VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI

- Bố cục đề tài dự kiến chia làm 3 phần gồm: Phần mở đầu, nội dung đề tài và phần kết luận, kiến nghị

- Nội dung đề tài gồm 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện miền Trung và lưới

điện 110kV Công ty Lưới điện cao thế miền Trung

Chương 2: Tìm hiểu các phương pháp tính toán, tìm hiểu phần mềm PSS/Ei

Chương 3: Tính toán, phân tích các chế độ vận hành lưới điện

110kV Công ty Lưới điện cao thế miền Trung

Chương 4: Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế

lưới điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG VÀ LƯỚI ĐIỆN 110KV CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG

Khu vực miền Trung bao gồm 13 tỉnh, thành phố là: Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Thành phố Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà và 4 tỉnh Tây nguyên là Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk và Đắk Nông Khu vực này có diện tích khoảng 98000 km2

gần bằng 1/3 diện tích cả nước Miền trung có địa hình hẹp, dộ dốc lớn và trải dài gần 1000 km từ chân đèo Ngang ở phía Bắc đến cầu Du Long ở phía nam tỉnh Khánh Hòa

Hệ thống điện miền Trung liên kết với HTĐ Quốc gia qua các đường dây và trạm biến áp sau:

- Nhận từ 6 TBA 500kV: Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Thạnh Mỹ, Pleiku, Pleiku 2 và ĐắkNông

- Liên kết với Hệ thống điện miền Bắc thông qua:

+ Đường dây 220kV NMNĐ Vũng Áng – T220 Đồng Hới (E1)

+ Đường dây 220 kV NMĐ Formusa – T220 Ba Đồn

- Liên kết với Hệ thống điện miền Nam qua đường dây 220kV, 110kV:

+ Đường dây 220 kV T220 Nha Trang – Tháp Chàm 2

+ Đường dây 220 kV mạch kép T500 – Bình Long

+ Đường dây 110 kV T110 Nam Cam Ranh – Ninh Hải + Đường dây 110 kV T110 Cam Ranh – Tháp Chàm 2

+ Đường dây 110 kV T110 ĐăkR’Lấp – Bù Đăng

1.1.1 Phụ tải Hệ thống điện miền Trung

1.1.1.1 Phân tích biểu đồ phụ tải:

1.1.1.2 Phụ Tải HTĐ miền Trung

1.1.2 Nguồn và lưới hệ thống điện miền Trung

1.1.2.1 Nguồn điện

1.1.2.2 Lưới điện

1.1.2.3 Kết lưới cơ bản của hệ thống điện miền Trung

1.2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THUỘC CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG

1.2.1 Giới thiệu chung

tế - xã hội và an ninh quốc phòng của các địa phương miền trung Chính vì thế, việc tính toán, phân tích các chế độ vận hành và đề xuất một số pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kV do Công

ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý để khắc phục các tình trạng trên là cần thiết

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN,

TÌM HIỂU PHẦN MỀM PSS/E

2.1 TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN

2.1.1 Định nghĩa bài toán

Giải tích chế độ xác lập của lưới điện (PF: Power Flow, Load Flow Calculation) là xuất phát từ các phương trình chế độ xác lập để xác định phân bố dòng, áp, công suất trong lưới, bằng cách giải các phương trình này PF là một bộ phận của tính toán tối ưu hóa (optimization) chế độ làm việc, tính toán ổn định (stability) hay phân tích chế độ sự cố Tính toán PF thuộc loại tính toán nghiên cứu (study), không sử dụng các dữ liệu thời thực (real time)

Nếu gọi điện áp phức (chế độ xác lập) ở một nút lưới k là k

i   với Y km là phần tử phức ma trận tổng dẫn nút với nút cơ sở điện áp là nút trung tính (đất) Ký hiệu 

m chỉ tổng lấy theo mọi nút (kể cả nút k, nhưng

trừ nút đất) Vì đây là ma trận hằng nên vế phải của phương trình (biểu diễn lưới điện) là tuyến tính với u m, trong khi đó nếu công suất nút được cho chứ không phải dòng nút, ta có vế trái (đặc trưng cho nguồn và tải) cho bởi *

/)(p k  jq k u k là phi tuyến đối với điện áp (dấu * chỉ số phức liên hợp)

Biến đổi phương trình này ta có công suất nút (công suất pha ứng với áp pha hoặc công suất 3 pha ứng với áp dây):

Trong đó số phức tổng dẫn biểu diễn bởi: Y km  Gkm jBkm Thế thì ta có:

m m k

k k

km m km m

B v G w k

Z

B w G v k

S

)(

)(

)(

)(

) ( )

(

k Z v k S w q

k Z w k S v p

k k

k

k k

m

k km km m

)

i    và tách thực, ảo, ta rút ra được 2 phương trình cho phần thực, ảo ký hiệu tuần tự là:

( ) (

0 )

( ) (

2 2

2 2

k k

k k k k

k k

k k k k

w v

v q w p k Z k

w v

w q v p k S k

km m k

m

km km

m m

k k

k

k

j j Y

u u

j Y

j u

j u

jq

p

)exp(

)exp(

)exp(

)exp(

Trong đó: km k m Tách thực ảo ta được:

m k k m

km km km

m k k

Y u u q

Y u u p

)sin(

)cos(

m k k

m

km km km km

m k k

B G

u u q

B G

u u p

)sincos

(

)sincos

Giả sử lưới điện có n+1 nút đánh số từ 0 đến n, không kể nút

trung tính Tại mỗi nút có 4 biến thực: p k,q k,u k,k hoặc

k

k

k

p , , , Nếu cho trước 2(n+1) các đại lượng này, thì từ

2(n+1) phương trình chế độ xác lập nói trên, ta có thể xác định 2(n+1) biến còn lại Giả thiết này được thõa mãn, nếu như ta xem xét

trường hợp biểu diễn nút phụ tải bởi công suất P, Q hằng số đã biết (bao gồm cả nút nối dây có P=0, Q=0 hoặc Q=Qc với Qc mô tả công suất trên điện dung của đường dây nối tới nút), còn ở nút nguồn điện

cho trước công suất tác dụng P và môđun điện áp u (các nút loại này

được gọi là nút điều khiển điện áp)

Tuy nhiên xem xét kỹ hơn ta có 2 nhận xét sau:

- Phương trình tọa độ cực (2.5), (2.6) chứa một biến số là góc pha của điện áp, nhưng các phương trình này chỉ phụ thuộc vào góc

tương đối giữa 2 nút km k m, do đó nếu cộng thêm một đại lượng nào đó vào tất cả các góc thì không làm thay đổi phương trình

Đó là vì về mặt vật lý góc điện áp được định nghĩa so với một “mốc” nào đó tùy chọn Điều này cũng có nghĩa rằng ta phải chọn trước góc cho một nút nào đó

- Không thể xác định trước công suất P ở tất cả các nút của lưới điện, vì điều kiện cân bằng công suất quy định phải có một nút tại đó công suất phát vào lưới phụ thuộc tổng công suất phụ tải, tổn thất công suất trên lưới và công suất đã cho ở các nút nguồn khác Nút này gọi là nút cân bằng công suất (swing bus, slack bus) và được chọn trong số các nút nguồn Vì thế không thể cho trước P ở tất cả các nút nguồn như giả thiết ở trên

Tóm lại, 3 loại nút thường được xử lý trong tính toán PF là:

1 Nút PV hay nút điều khiển điện áp: Công suất tác dụng P và

biên độ điện áp u được cho trước Đây thường là các nhà máy điện với u ddwwocj duy trì bởi thiết bị điều chỉnh tự động điện áp (AVR-

automatic voltage regulator) hay các trạm bù công suất phản kháng Việc duy trì điện áp được thực hiện bởi điều chỉnh công suất phản kháng nguồn phát ra Tất nhiên khoảng điều chỉnh này có giới hạn do giới hạn của dòng stator và giới hạn của dòng kích từ của máy điện đồng bộ, cũng như điều kiện làm việc ổn định ở chế độ thiếu kích thích Do đó ở các nút loại này thường phải xét điều kiện ràng buộc:

max min

k k

Q   (2.7)

2 Nút PQ: Thường là nút phụ tải điện ở đó công suất tiêu thụ

giả thiết là không biến động theo độ lệch nhỏ của điện áp trong chế

độ xác lập

3 Nút cân bằng: Phát sinh do tổn thất công suất trong lưới là

không biết trước khi tính toán giải tích chế độ Nút này thường được chọn trong số các nút nguồn và ứng với nhà máy điện làm nhiệm vụ

điều chỉnh tần số Tại nút cân bằng cho trước u,θ Thông thường các

chương trình PF dùng một nút cân bằng, tuy nhiên cũng có thể xử lý bài toán giải tích trong hệ thống hợp nhất, bao gồm nhiều vùng, nhiều nút điều chỉnh tần số và công suất trao đổi (mua, bán) giữa các vùng

2.1.2 Phương pháp lặp Gauss-Seidel giải tích lưới điện: 2.1.3 Phương pháp Newton-Raphson

2.1.3.1 Phương trình lặp Newton-Raphson

2.1.3.2 Jacobian của các phương trình chế độ xác lập:

2.3 TÌM HIỂU PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PSS/E

2.3.1 Đặt vấn đề

Hầu hết các phần mềm tính toán dựa trên cơ sở thuật toán lặp Newton - Raphsson và Gauss - Seidel

2.3.2 Phân tích và lựa chọn phần mềm ứng dụng

Hiện nay phần mềm PSS/E đang được ngành điện ở Việt Nam

sử dụng để tính toán thiết kế cũng như quản lý vận hành hệ thống

Vì tính ưu việt của phần mềm PSS/E nên chọn phần mềm này

để sử dụng tính toán cho đề tài luận văn

2.3.3 Tìm hiểu các tính năng của phần mềm PSS/E

2.3.3.1 Các chức năng chính của chương trình PSS/E

Chương trình PSS/E là chương trình mô phỏng hệ thống điện trên máy tính Các tính toán phân tích hệ thống mà chương trình có

khả năng thực hiện bao gồm:

- Tính toán phân bố công suất

- Tính toán hệ thống khi xảy ra các sự cố

- Phân tính ổn định của hệ thống điện

2.3.3.2 Nhập dữ liệu hệ thống điện vào chương trình PSS/E

- Dữ liệu ban đầu (Identification Data)

- Dữ liệu nút (Bus Data)

- Dữ liệu tải (Load Data)

- Dữ liệu MF (Generator Data)

- Dữ liệu nhánh đường dây (Nontransformer Branch Data)

- Dữ liệu nhánh MBA (Transformer Branch Data)

- Dữ liệu của khu vực (Area Interchange Data):

- Dữ liệu của các thiết bị đóng cắt nguồn vô công (Switched Shunt Data)

2.4 KẾT LUẬN

Để tính toán thiết kế và vận hành HTĐ thường sử dụng các phương pháp giải tích mạng điện như Newton-Raphson và Gauss -

Seidel Xuất phát từ các phương pháp trên người ta xây dựng được nhiều phần mềm tính toán mô phỏng hệ thống điện

Phần mềm PSS/E là phần mềm mạnh, có hầu hết các chức năng phân tích hệ thống điện và được sử dụng rộng rãi của chương trình PSS/E trong ngành điện Việt Nam Do đó tác giả lựa chọn phần mềm PSS/E làm chương trình tính toán mô phỏng cho đề tài

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN 110KV CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ

MIỀN TRUNG QUẢN LÝ

3.1 MỞ ĐẦU

3.2 TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 110kV KHU VỰC MIỀN TRUNG

3.2.1 Số liệu và sơ đồ tính toán

3.2.1.2 Sơ đồ tính toán

Sơ đồ tính toán lưới điện miền Trung năm 2016 như hình 1.1

3.2.2 Điều kiện tính toán

Trong chế độ làm việc bình thường, điện áp các nút trên lưới điện 110kV cho phép dao động ở mức 110kV±5% Tuy nhiên để

giảm tổn thất điện năng, các Công ty Điện lực mong muốn giữ điện

áp vận hành ở mức (1,05 ÷ 1,1)Uđm tức là duy trì ở mức 115 ÷ 121kV Do đó để thuận tiện phân tích điện áp tại các nút trên lưới, ta đặt trong hệ tương đối: 1pu=115kV Từ đây về sau, trong tính toán phân tích các chế độ vận hành bình thường thì điện áp nằm ngoài phạm vi cho phép (0.95pu ÷ 1.05pu) được xem là nút nguy hiểm Các nhánh có mức độ mang tải trong trường hợp vận hành bình thường ≥ 70% công suất biểu kiến định mức cần xem xét và kiến nghị chống quá tải

Đối với các trường hợp sự cố, giới hạn điện áp vận hành được tính toán trong phạm vi 115kV±10% (0.9pu ÷ 1.1pu) Mức độ mang tải của các nhánh có thay đổi trào lưu công suất trong trường hợp sự

cố được kiểm tra ở mức nhỏ hơn công suất biểu kiến định mức

3.2.3 Tính toán phân tích, đánh giá các chế độ vận hành của hệ thống điện 110kV khu vực miền Trung

Không có nút nào có điện áp dưới 0.95pu

b2 Nút điện áp cao : U > 1.05pu

Một số nút ở gần nhà máy có điện áp lớn hơn 1.05pu

c Kiểm tra các phần tử mang tải lớn hơn 70%:

- Không có phần tử nào bị quá tải

d Phân tích, đánh giá:

Trong chế độ vận hành bình thường, không có nút nào có điện

áp dưới 0.95pu, không có nhánh nào bị quá tải Tổn thất truyền tải là 33,4MW (tỷ lệ 2,23%) Trào lưu công suất và điện áp chi tiết các nút như trên hình 3.1 (Bắc miền Trung) và hình 3.2 (Nam miền Trung)

3.2.3.2 Khi sự cố đường dây 110kV Nha Trang – Ninh Hòa (chế độ 2)

a Kết quả tính toán tổn thất công suất: