Tính toán, phân tích và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành cho lưới điện 110kv khu vực thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN NGỌC ĐĂNG TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Chuyên ngàn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN NGỌC ĐĂNG

TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ VĂN DƯỠNG

Đà Nẵng - Năm 2019

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Ngọc Đăng

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

HÀNH CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Học viên: TRẦN NGỌC ĐĂNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt - Qua kết quả phân tích các kịch bản vận hành của lưới điện 110kV Thành phố

Đà Nẵng cho thấy còn nhiều tồn tại nhiều bất cập: ở chế độ vận hành cực đại còn nhiều nút có giá trị điện áp vận hành còn thấp, một số đường dây mang tải nặng Khi xét cho chế độ N-1 thì các đường dây bị quá tải, độ tin cậy thấp, chất lượng điện năng không đảm bảo Trước thực trạng

trên, luận văn “TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG” đã

nghiên cứu và đề xuất các giải pháp khắc phục với nội dung chỉnh như sau:

- Tìm hiểu về đặc điểm kết cấu lưới điện 110kV hiện trạng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

- Thu thập dữ liệu và các thông số vận hành thực tế của lưới điện 110kV trên địa bàn thành phố

- Tính toán phân tích các chế độ làm việc để tìm những điểm hạn chế

- Đề xuất các giải pháp khắc phục: nâng cấp dây dẫn cho các đường dây quá tải và tính toán đề xuất phương án quy hoạch bổ sung và phát triển lưới điện 110kV và các TBA 220/110kV đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng điện năng, độ tin cậy phù hợp với tốc độ tăng trưởng phụ tải đến 2025

Từ khóa – PSS/E; Chế độ vận hành hệ thống điện.

CALCULATING, ANALYZING AND PROPOSING SOME SOLUTIONS TO ENHANCE EFFECTS OF OPERATING 110KV ELECTRICITY NETWORK IN

DANANG CITY

Abstract - Based on the analysis of operating scenarios of the 110kV grid, Da Nang city

shows many shortcomings: in the maximum operating mode, many nodes have low operating voltage values, some The line carries heavy loads When considering N-1 modes, the lines are overloaded, the reliability is low, the power quality is not guaranteed Before the above situation,

the thesis “CALCULATING, ANALYZING AND PROPOSING SOME SOLUTIONS TO ENHANCE EFFECTS OF OPERATING 110KV ELECTRICITY NETWORK IN DANANG CITY” has studied and proposed remedial solutions with adjusted contents as

follows:

- Learn about the characteristics of the current 110kV power grid structure in Da Nang city

- Collect data and actual operating parameters of the 110kV grid in the city

- Calculate the analysis of working modes to find the limitations

- Proposing solutions to overcome: upgrading wires for overloaded lines and calculating and proposing additional planning and development of 110kV power grids and 220 / 110kV substations to ensure quality criteria Power and reliability are consistent with the load growth

rate up to 2025

Key words – PSS/E; Improvement of transmission capacity of the 110kV line; Operation mode of

the electrical system

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vị nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN 110KV THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 3

1.1 Hiện trạng hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng 3

1.1.1 Đặc điểm chung của hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng 3

1.1.2 Hiện trạng lưới điện khu vực Đà Nẵng 3

1.1.3 Hiện trạng nguồn cấp cho hệ thống điện 110kV 5

1.1.4 Sơ đồ lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng hiện tại 6

1.1.5 Số liệu phụ tải hiện tại năm 2017 và dự báo cho năm 2025 8

1.1.6 Kết lưới cơ bản và các kết lưới đặc biệt khác 8

1.2 Các ưu nhược điểm và biện pháp khắc phục của hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng hiện nay 9

1.2.1 Ưu điểm 9

1.2.2 Nhược điểm 10

1.3 Dự báo sự phát triển nguồn lưới và phụ tải xét đến năm 2025 10

1.3.1 Dự báo phát triển phụ tải đến năm 2025 10

1.3.2 Dự báo lưới điện khu vực Đà Nẵng có xét đến năm 2025 11

1.3.3 Dự báo phát triển các trạm biến áp 110kV đến năm 2025 12

1.4 Đánh giá các chỉ tiêu vận hành hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng trong năm 2017 14

1.5 Đánh giá chung tình hình vận hành 16

1.6 Kết luận 17

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 18

2.2 Các phương pháp tính toán giải tích mạng điện 18

2.2.1 Giới thiệu phương pháp tính toán phân tích hệ thống điện 18

2.2.2 Phương pháp Gauss – Seidel 19

2.2.3 Phương pháp Newton Raphson 24

2.3 Các phần mềm ứng dụng trong tính toán phân tích hệ thống điện 28

2.3.1 Phần mềm CONUS [9] 28

2.3.2 Phần mềm POWER WORLD [10] 29

2.3.3 Phần mềm EURO STAG (STAbilité Genéralié) [11] 29

2.3.4 Phần mềm PSS/E (Power System Simulator for Engineering) [12] 30

2.3.5 Phần mềm PSS/ADEPT [13] 31

2.3.6 Phân tích lựa chọn phần mềm ứng dụng 31

2.4 Giới thiệu phần mềm PSS/E [12] 32

2.4.1 Giới thiệu chung 32

2.4.2 Các chức năng chính của chương trình PSS/E 32

2.4.3 Cập nhật dữ liệu vào phần mềm PSS/E 33

2.5 Nhận xét 41

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN 110kV KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 42

3.1 Mở đầu 42

3.2 Tính toán các chế độ vận hành hệ thống điện hiện tại 43

3.2.1 Thông số vận hành 43

3.2.2 Tính toán phân tích chế độ làm việc 43

3.2.3 Tính toán phân tích chế độ làm việc cực tiểu 46

3.2.4 Tính toán phân tích các chế độ sự cố 49

3.3 Nhận xét 55

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC THÀNH PHỐ

ĐÀ NẴNG 57

4.1 Mở đầu 57

4.2 Tính toán nâng cấp dây dẫn cho lưới 110kV 58

4.2.1 Tính tiết diện dây dẫn 58

4.2.2 Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật 60

4.2.3 Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - tài chính [16] 61

4.3 Tính toán quy hoạch bổ sung đường dây và TBA lưới điện 110kV Đà Nẵng giai đoạn đến 2025 62

4.3.1 Cơ sở tính toán bài toán quy hoạch hệ thống điện 110kV thành phố Đà Nẵng giai đoạn đến năm 2025 62

4.3.2 Dự báo nhu cầu điện năng tiêu thụ 67

4.3.4 Đề xuất phương án phát triển hệ thống điện 110kV 72 4.3.5 Nhận xét 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN.

PSS/E33: Power System Simulation/ Engineer Vision 33

(Thay đổi thông số tính toán trào lưu công suất)

SOLV: Gauss Seidel solution

(Lặp Gauss-Seidel)

MSLV: Modified Guass Seidel Solution

(Tính lặp Gauss-Seidel biến đổi)

FNSL: Full newton-Raphson

(Tính Newton-Raphson đầu đủ)

(Xuất kết quả tính trào lưu công suất)

(Tính phân bổ công suất)

MAIFI: Momentary Average Interruption Frequecy Index

(Chỉ số lần mất điện thoáng qua trung bình)

SAIFI: System Average Interruption Frequecy Index

(Chỉ số lần mất điện trung bình)

SAIDI: System Average Interruption Duration Index

(Chỉ số về thời gian mất điện trung bình)

(Tập đoàn Điện lực Việt Nam)

(Tổng công ty Điện lực miền Trung)

(Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia)

(Công ty Lưới điện cao thế miền Trung)

(Công ty Truyền tải điện 2)

MBA: Máy biến áp

Bảng 1.1: Thống kê đường dây 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng năm 2018 4

Bảng 1.2: Thống kê các trạm 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng 5

Bảng 1.3: Thống kê đường dây 110kV đến năm 2025 11

Bảng 1.4 Thống kê các trạm biến áp 110kV đến năm 2025 12

Bảng 1.5: Thống kê các chỉ tiêu vận hành lưới 110kV thành phố Đà Nẵng năm 2017 14 Bảng 1.6: Thống kê các chỉ tiêu vận hành lưới 110kV thành phố Đà Nẵng năm 2018 15 Bảng 1.7: Thống kê các sự cố lưới 110kV thành phố Đà Nẵng 16

Bảng 2.1: Nhập mã nhận dạng và công suất cơ bản 33

Bảng 2.2: Nhập số liệu nút BUS 33

Bảng 2.3: Nhập số liệu phụ tải 34

Bảng 2.4: Nhập dữ liệu đường dây 36

Bảng 2.5: Nhập dữ liệu Máy phát điện 37

Bảng 3.1: Thông số công suất phụ tải tại các TBA 110kV ở các chế độ vận hành 43

Bảng 3.2: Phụ tải tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại 44

Bảng 3.3: Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại 45

Bảng 3.4: Kết quả tính trào lưu công suất ở chế độ vận hành cực đại 45

Bảng 3.5: Phụ tải tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu 47

Bảng 3.6: Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu 47

Bảng 3.7: Kết quả tính trào lưu công suất ở chế độ vận hành cực đại 48

Bảng 3.8: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố đường dây 110kV từ TBA 500kV Đà Nẵng về Liên Trì 49

Bảng 3.9: Kết quả tính trào lưu công suất ở chế độ ngắn mạch đường dây 110kV Đà Nẵng 500 - Liên Trì 50

Bảng 3.10: Thống kê quá tải cho đường dây 51

Bảng 3.11: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố 51

Bảng 3.12: Kết quả tính trào lưu công suất ở chế độ Ngắn mạch trên đường dây 110kV Hòa Khánh 220 về Hòa Khánh 52

Bảng 3.13: Thống kê quá tải cho đường dây 53

Bảng 3.14: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố đường dây 110kV từ TBA 220kV Hòa Khánh về TBA 110kV Hòa Liên 54

Bảng 3.15: Thống kê quá tải cho đường dây khi sự cố đường dây 110kV từ TBA 220kV Hòa Khánh về TBA 110kV Hòa Liên có 01 đường dây quá tải và 03 đường dây đầy tải 54

Khánh 220 - Hòa Liên 55

Bảng 4.1: Thông số các đường dây ở chế độ vận hành cực đại 58

Bảng 4.2: Kết quả tính toán lựa chọn dây dẫn 60

Bảng 4.3: Thông số các đường dây ở chế độ vận hành cực đại sau khi nâng cấp

dây dẫn 60

Bảng 4.4: Chỉ tiêu tài chính theo phương án cải tạo nâng cấp dây dẫn 62

Bảng 4.5: Chỉ tiêu kinh tế xã hội theo phương án cải tạo nâng cấp dây dẫn 62

Bảng 4.6: Các chỉ tiêu phát triển kinh tế thành phố Đà Nẵng giai đoạn 2016 - 2020 63

Bảng 4.7: Các phương án phát triển kinh tế của thành phố Đà Nẵng tới năm 2025 63

Bảng 4.8: Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố 66

Bảng 4.9: Tổng hợp kết quả tính toán nhu cầu điện toàn thành phố Đà Nẵng giai đoạn 2011-2025 (Phương án cơ sở) 67

Bảng 4.10: Tổng hợp kết quả tính toán nhu cầu điện toàn thành phố Đà Nẵng giai đoạn 2011-2025 (Phương án cao) 68

Bảng 4.11: So sánh kết quả dự báo phụ tải của 2 phương án 69

Bảng 4.12: Cân đối nguồn và phụ tải điện áp 110kV các vùng giai đoạn 2021 – 202573

Hình 1.1: Sơ đồ lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng hiện tại 7

Hình 1.2: Dự báo phụ tải (MVA) giai đoạn 2017 đến 2025 khu vực Đà Nẵng 11

Hình 1.3: Sơ đồ lưới điện 110kV khu vực TP Đà Nẵng năm 2025 13

Hình 2.1: Thanh góp điển hình của một hệ thống điện 20

Hình 2.2: Sơ đồ đường dây nối 2 nút i – j 23

Hình 2.3: Thông số các Bus 34

Hình 2.4: Thông số các phụ tải 35

Hình 2.5: Thông số các đường dây truyền tải điện 37

Hình 2.6: Thông số các máy phát 39

Hình 2.7: Hiển thị chạy mô phỏng lưới 110kV Đà Nẵng trên phần mềm PSS/E 40

Hình 3.1: Sơ đồ vận hành ở chế độ phụ tải cực đại 2017 44

Hình 3.2: Sơ đồ vận hành ở chế độ phụ tải cực tiểu 2017 46

Hình 3.3: Sơ đồ vận hành khi sự cố đường dây từ 500kV Đà Nẵng về Liên Trì 49

Hình 3.4: Sơ đồ vận hành khi sự cố đường dây 110kV từ TBA 220kV Hòa Khánh về TBA 110kV Hòa Khánh 2 51

Hình 3.5: Sơ đồ vận hành khi sự cố đường dây 110kV từ TBA 220kV Hòa Khánh-TBA 110kV Hòa Liên 53

Hình 4.1: Kết quả tính trào lưu công suất ở chế độ vận hành cực đại 59

Hình 4.2: Kết quả tính trào lưu công suất ở chế độ vận hành cực đại sau khi nâng cấp dây dẫn 60

Hình 4.3: Sơ đồ lưới điện sau khi cải tạo nâng cấp 77

Hình 4.4: Phân bố công suất sau khi cải tạo nâng cấp 78

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển của hệ thống điện Việt Nam, lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng do Chi nhánh Điện cao thế Quảng Nam - Đà Nẵng thuộc Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý ngày càng được mở rộng

và hiện đại hoá Theo thống kê sản lượng điện năng hàng năm giao cho các Công ty Điện lực thành viên trực thuộc Tổng công ty Điện lực miền Trung tăng khoảng 8,6% Riêng Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng trong năm 2018 tăng 11% so với năm 2017 Hiện tại phụ tải max/min của thành phố khoảng 580,8/289,3 MW với sản lượng bình quân ngày khoảng 8.257,26MWh

Bên cạnh những thành quả đã đạt được, trong năm 2017 hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng đã xảy ra hai sự cố đường dây trong đó có

sự cố đường dây vĩnh cửu Trong năm 2018 xảy ra sáu sự cố trong đó có hai sự

cố đường dây thoáng qua và bốn sự cố TBA đã làm ảnh hưởng không ít đến chất lượng truyền tải của hệ thống cũng như đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng trong việc nâng cao chất lượng cung cấp điện

Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn nêu trên và các vấn đề khó khăn

trong công tác quản lý vận hành thực tế Đề tài “Tính toán, phân tích và đề

xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng” nhằm mục đích tìm ra những giải pháp pháp nâng cao hiệu quả

trong vận hành cho lưới 110kV trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

2 Mục đích nghiên cứu

Tính toán phân tích các chế độ vận hành bình thường, chế độ vận hành các mùa trong năm và khi có sự cố trên lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng để xác định các nút yếu trong hệ thống Trên cơ sở đó tính toán đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành cho lưới điện 110kV khu vực của Thành phố

3 Đối tượng và phạm vị nghiên cứu

- Hệ thống điện 110kV Đà Nẵng giai đoạn 2016 - 2025

- Các chế độ làm việc bình thường và sự cố trên lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng

- Các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành cho hệ thống điện

4 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu về đặc điểm kết cấu lưới điện 110kV hiện trạng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

- Thu thập dữ liệu và các thông số vận hành thực tế của lưới điện 110kV trên địa bàn thành phố

- Tính toán phân tích các chế độ làm việc để tìm những điểm hạn chế

- Đề xuất các giải pháp khắc phục

- Tính toán đánh giá hiệu quả của giải pháp đề xuất

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Các phương pháp tính toán dựa trên các tài liệu khoa học đáng tin cậy

- Kết quả đạt được của đề tài có thể áp dụng cho lưới điện thực tế

6 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần Mở đầu và kết luận kiến nghị, luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng Chương 2: Nghiên cứu các phương pháp tính toán phân tích các chế độ

Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN 110KV THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

1.1 Hiện trạng hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng

1.1.1 Đặc điểm chung của hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng

Cùng đặc điểm chung với lưới điện 110kV khu vực duyên hải miền Trung

về vị trí địa lý và mật độ phân bố phụ tải nên lưới điện khu vực thành phố Đà Nẵng có sơ đồ kết nối lưới kéo dài phân bố dọc trục theo vị trí địa lý

Cấu trúc lưới điện 110kV phần lớn là các mạch vòng khép kín, ít có cấu trúc hình tia Trong chế độ vận hành tối ưu của lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng nói riêng và của cả khu vực miền Trung nói chung có kết lưới theo mạch vòng khép kín, đôi khi do yêu cầu vận hành trong một số trường hợp hệ thống 110kV vận hành mạch vòng hở làm ảnh hưởng đến trào lưu công suất truyền tải giữa các nút, đặc biệt xuất hiện các nút có điện áp thấp

Vì phân bố các trạm biến áp 110kV trên địa bàn thành phố theo yêu cầu của các cụm công nghiệp, các khu dân cư hoặc các khu nghỉ dưỡng, vui chơi giải trí nên vị trí đặc các trạm biến áp chưa thật hợp lý đã dẫn đến tình trạng một số trạm vận hành non tải, một số trạm lại đầy tải làm ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lưới điện, đồng thời không phát huy được hiệu quả đầu tư

1.1.2 Hiện trạng lưới điện khu vực Đà Nẵng

Hiện nay, hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng có quy mô trung bình với tổng chiều dài đường dây bao gồm 10,132 km đường dây đơn và 30,969 km đường dây kép cung cấp nguồn cho 09 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng lắp máy là 708MVA (bảng 1.1 và 1.2) Trong tương lai dự tính đến

2025 sẽ nâng lên 13 đến 14 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng lắp máy dự kiến 1.126MVA [1], [2]

Bảng 1.1 Thống kê đường dây 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng năm 2018

(Điểm đầu- Điểm cuối)

Chiều dài

Năm vận hành

1990

7 ĐZ 110kV Mạch kép Hòa Xuân (từ cột

1.1.3 Hiện trạng nguồn cấp cho hệ thống điện 110kV

Khu vực thành phố Đà Nẵng được cung cấp điện từ lưới điện Quốc gia từ

- Trạm biến áp 220kV Ngũ Hành Sơn với tổng công suất lắp máy 353MVA (1x40MVA + 1x63MVA + 1x250MVA)

- Trạm biến áp 220kV Huế với tổng công suất lắp máy 375MVA (1x125MVA + 1x250MVA)

Ngoài ra còn một số nguồn thuỷ điện vừa và nhỏ tại các tỉnh lân cận như Thừa Thiên Huế, Quảng Nam với tổng công suất hiện nay khoảng 250MW [3]

1.1.4 Sơ đồ lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng hiện tại

Sơ đồ lưới điện 110kV khu vực Thành phố Đà Nẵng được định hướng đầu tư phát triển theo quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện VII), được thể hiện như trong hình 1.1 [3]

Hình 1.1: Sơ đồ lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng hiện tại

1.1.5 Số liệu phụ tải hiện tại năm 2017 và dự báo cho năm 2025

1.1.6 Kết lưới cơ bản và các kết lưới đặc biệt khác

a Phương thức kết lưới cơ bản

Phương thức kết lưới cơ bản của hệ thống điện 110kV Đà Nẵng như sau [2]:

- Trạm biến áp 500kV Đà Nẵng khép vòng lưới điện 110kV với trạm biến

áp 220kV Hòa Khánh, Ngũ Hành Sơn cấp điện cấp cho phụ tải các trạm biến áp 110kV Liên Trì, Hòa Xuân, Ngũ Hành Sơn, An Đồn, Cầu Đỏ, Xuân Hà

- Trạm biến áp 220kV Hòa Khánh cấp cho phụ tải các trạm biến áp 110kV Hòa Liên, Liên Chiểu, Hầm Hải Vân đồng thời kết mạch vòng thanh cái 110kV tại trạm biến áp 220kV Huế cấp cho phụ tải trạm 110kV Hòa Khánh 2

- Khi sự cố mất điện đường dây 500kV Đà Nẵng: Chuyển các trạm biến áp 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng nhận điện từ các trạm biến áp 220kV Hòa Khánh, Ngũ Hành Sơn, Thạnh Mỹ, Tam Kỳ, Huế Đồng thời tại Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng cho phát nguồn tại nhà máy diesel Cầu Đỏ để cấp điện cho các phụ tải quan trọng

- Khi sự cố mất điện tại trạm biến áp 220kV Hòa Khánh các phụ tải trạm biến áp 110kV Hòa Liên, Liên Chiểu, Hầm Hải Vân nhận điện từ trạm biến áp 500kV Đà Nẵng thông qua thanh cái 110kV tại trạm biến áp 110kV Cầu Đỏ Trạm biến áp 110kV Hòa Khánh 2 có thể nhận điện từ trạm biến áp 220kV Huế

- Khi sự cố mất điện tại trạm biến áp 220kV Ngũ Hành Sơn các phụ tải trạm biến áp 110kV An Đồn, Ngũ Hành Sơn, Hòa Xuân, Liên Trì nhận điện từ trạm biến áp 500kV Đà Nẵng thông qua thanh cái 110kV tại trạm

Nhận xét: Trong hầu hết các trường hợp sự cố vẫn đảm bảo cung cấp điện, một

vài trường hợp phải sa thải bớt phụ tải và kết hợp huy động nguồn Diesel tại chỗ

1.2 Các ưu nhược điểm và biện pháp khắc phục của hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng hiện nay

+ Hầu hết các trạm biến áp 110kV đều tự động hóa không người trực kết hợp với thiết bị đóng cắt toàn công nghệ cao và điều khiển từ xa nên việc vận hành tối ưu tăng độ tin cậy vận hành trong hệ thống điện

+ Thành phố Đà Nẵng với diện tích nhỏ nên lưới điện gọn vì vậy tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng nhỏ và hơn thế nữa Đà Nẵng có nhiều trạm cung cấp điện nên khả năng hỗ trợ qua lại lẫn nhau làm giảm khả năng mất điện

Các biện pháp khắc phục

+ Thay dây dẫn hoặc thay cáp mới

+ Cải thiện biện pháp chống sét

+ Thay thế các thiết bị có cách điện giảm thấp

+ Đề xuất quy hoạch lại hệ thống điện

1.3 Dự báo sự phát triển nguồn lưới và phụ tải xét đến năm 2025

1.3.1 Dự báo phát triển phụ tải đến năm 2025

- Quy hoạch phát triển Điện lực quốc gia giai đoạn 2016-2020 có xét đến

Hình 1.2 Dự báo phụ tải (MVA) giai đoạn 2017 đến 2025 khu vực Đà Nẵng

Hiện tại thành phố Đà Nẵng có 09 trạm biến áp 110kV với tổng phụ tải đạt

là 580,08 (MW)

Dự kiến tính đến năm 2019-2020 sẽ phát triển thêm 04 trạm biến áp 110kV Chi Lăng, Thuận Phước, Cảng Tiên Sa, Nhà máy thép Đà Nẵng, trong năm 2021-2025 sẽ phát triển thêm 01 trạm biến áp 110kV Cảng Tiên Sa Trong năm

2019 sẽ đưa vào vận hành TBA 110kV Hải Châu (63MVA) và nhánh rẽ dự kiến đóng điện vào quý III năm 2019 Tổng công suất lắp máy được tăng lên 771 MVA Biểu đồ dự kiến khả năng mang tải các trạm biến áp xét đến năm 2025 được nêu trong hình 1.2 [3]

1.3.2 Dự báo lưới điện khu vực Đà Nẵng có xét đến năm 2025

Bảng 1.3: Thống kê đường dây 110kV đến năm 2025 [5]

Năm vận hành (Điểm đầu- Điểm cuối)

MẠCH ĐƠN

Hòa Liên

Chi Lăng Phước Thuận Tiên Sa Cảng thép NM

Đà Nẵng

Cảng Liên Chiểu

Số liệu phụ tải tại các TBA 110kV giai đoạn đến 2025

P [MW] Q [Mvar] S [MVA]

Tên đường dây Chiều dài

Năm vận hành (Điểm đầu- Điểm cuối)

[ACSR-400)/2x14,6km

MẠCH KÉP

1.3.3 Dự báo phát triển các trạm biến áp 110kV đến năm 2025

Bảng 1.4 Thống kê các trạm biến áp 110kV đến năm 2025 [5]

Hình 1.3: Sơ đồ lưới điện 110kV khu vực TP Đà Nẵng năm 2025 [5]

1.4 Đánh giá các chỉ tiêu vận hành hệ thống điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng trong năm 2017

Tình hình vận hành lưới điện 110kV khu vực thành phố Đà Nẵng trong các năm 2017, năm 2018 có một số thuận lợi cơ bản và đáp ứng được nhu cầu cấp điện cho các phụ tải đặc biệt là việc cấp điện liên tục, an toàn tuyệt đối trong thời gian diễn ra Tuần lễ cấp cao APEC 2017 diễn ra tại Đà Nẵng vào tháng 11/2017 Bên cạnh việc đối mặt không ít khó khăn thách thức như tình hình thời tiết mưa nhiều, khí hậu ẩm ướt nên hiện tượng cách điện giảm thấp do

ẩm gây phóng điện, tình hình các hộ dân chưa ý thức được an toàn khi xây dựng nhà cửa ngoài hành lang tuyến đã ảnh hưởng trực tiếp đến tình hình cung cấp điện an toàn, liên tục

Trong năm 2017 đã hoàn thành kế hoạch sửa chữa lớn, cải tạo lưới điện như đóng điện dự án khôi phục đường dây 110kV từ Trạm biến áp (TBA) 500kV Đà Nẵng đến TBA 110kV Liên Trì; Đóng điện thành công, đưa vào vận hành TBA 110kV Ngũ Hành Sơn, 110kV Hòa Liên, 110kV Hòa Xuân; Nâng công suất trạm biến áp 110kV Hòa Khánh 2 từ (40+63)MVA lên thành (2x63)MVA, An Đồn từ (2x25)MVA lên (25+63)MVA và Xuân Hà từ (2x40)MVA lên (40+63)MVA; Phối hợp với Công ty Truyền tải điện 2 đóng điện đưa vào vận hành các công trình nâng công suất các máy biến áp 220kV

từ 125MVA lên 250MVA tại các trạm biến áp 500kV Đà Nẵng, Hòa Khánh Các dự án này đã tăng cường công suất đặt cho thành phố Đà Nẵng và khu vực phụ trợ thêm 250MVA Năm 2018 nâng công suất trạm biến áp 110kV Cầu Đỏ từ 25MVA lên thành 63MVA, Ngũ Hành Sơn từ 40MVA lên thành (40+63)MVA [2]

Một số đánh giá về tình hình vận hành trong năm 2017 được thể hiện trong bảng 1.5 [1]:

Bảng 1.5: Thống kê các chỉ tiêu vận hành lưới 110kV thành phố Đà Nẵng

3 Tổn thất điện năng (%) 0,4 0,34 -0,06 +0,01

- Chỉ tiêu suất sự cố lưới điện 110kV: Thực hiện đạt các chỉ tiêu suất sự

cố TBA và MBA so với chỉ tiêu Tổng công ty Điện lực miền Trung giao Tuy nhiên các chỉ tiêu suất sự cố kéo dài ĐZ và thoáng qua không đạt so với chỉ tiêu Tổng công ty giao Trong các vụ sự cố ĐZ 110kV năm 2017 thì các vụ sự cố

có nguyên nhân khách quan do tình hình thời tiết xấu (trong thời gian xảy ra bão

số 12)

1.6 Kết luận

Qua các phân tích tổng kết các chỉ tiêu vận hành trong năm 2017, năm

2018 cho thấy hệ thống điện 110kV thành phố Đà Nẵng có nhiều sự mất ổn định, ở chế độ vận hành theo phương thức kết dây cơ bản có đoạn nhánh rẽ TBA 110kV Liên Trì-TBA 500kV Đà Nẵng gần đầy tải 85%; đoạn nhánh rẽ TBA 110kV Liên Trì-TBA 220kV Ngũ Hành Sơn đầy tải 82%, TBA 110kV

An Đồn-TBA 220kV Ngũ Hành Sơn đầy tải 81%

Công tác quản lý vận hành chưa tốt đã để nhiều sự cố làm ảnh hưởng đến các chế độ vận hành của hệ thống, ảnh hưởng đến trào lưu công suất truyền tải liên tỉnh, thành phố Nhìn chung, công tác đánh giá dự báo các chế

độ vận hành lưới điện 110kV chưa đáp ứng hết yêu cầu sản xuất đối với một

hệ thống ngành công nghiệp, du lịch đang phát triển rất nhanh tại Đà Nẵng

Để phân tích kỹ hơn nữa các chế độ vận hành của hệ thống trong nội dung các chương tiếp theo của luận văn này sẽ phân tích cụ thể hơn

Chương 2 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC

CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 Mở đầu

Tính toán phân tích các chế độ vận hành trong hệ thống điện là tính toán các thông số vận hành của hệ thống như: Điện áp tại các nút, dòng điện chạy trong nhánh, tổn thất công suất, tổn thất điện áp của hệ thống điện trong các chế độ xác lập và sự cố hay người ta còn gọi là tính toán phân bố trào lưu công suất

Các phương pháp tính phân bố công suất thường được sử dụng là [6]:

- Phân bố công suất, dòng điện trên các đường dây

- Tính các giá trị điện áp tại các nút bao gồm biên độ và góc pha, đặc biệt tại các nút cần khép vòng trong hệ thống

- Kiểm tra sự thay đổi điện áp, dòng điện sau sự cố để có cơ sở đề xuất các giải pháp điều chỉnh nâng cao chất lượng điện áp

2.2 Các phương pháp tính toán giải tích mạng điện

2.2.1 Giới thiệu phương pháp tính toán phân tích hệ thống điện

Nhiệm vụ của giải tích mạng là tính toán các thông số chế độ làm việc, chủ yếu là dòng và áp tại mọi nút của mạng điện Việc xác định các thông số

chế độ mạng điện rất có ý nghĩa khi thiết kế, vận hành và điều khiển hệ thống điện

Việc tính toán dòng công suất phải được tiến hành từng bước và hiệu chỉnh dần Trước khi có sự xuất hiện của máy tính số, việc tính toán dòng công suất được tiến hành bằng thiết bị phân tích mạng Từ năm 1956 khi xuất hiện máy tính số đầu tiên thì phương pháp tính dòng công suất ứng dụng máy tính số được đề xuất và dần dần thay thế các thiết bị phân tích mạng

Khi tính toán giải tích mạng điện thường dùng phương pháp lặp Nội dung của phương pháp lặp là chuyển dần lời giải sơ bộ nào đó đến lời giải chính xác hơn [6] Các phép lặp thường sử dụng để tính toán giải tích mạng điện là phép lặp Gauss – Seidel, phép lặp Newton – Raphson và phương pháp tách biến Trong luận văn này, giới thiệu phép lặp Gauss – Seidel và phép lặp Newton – Raphson

Về bản chất cả hai phương pháp đều sử dụng các vòng lặp Xét về mặt lịch sử phương pháp thì phương pháp Ynútđưa ra trước vì ma trận Ynútdễ tính

và lập trình, thậm chí ngày nay nó vẫn sử dụng với hệ thống không lớn lắm, phương pháp này gọi là phương pháp Gauss - Seidel Trong khi đó, phương pháp Newton - Raphson cũng được đưa ra, phương pháp này có ưu điểm hơn

về mặt hội tụ Sau khi tìm cách loại trừ trật tự tối ưu và kỹ thuật lập trình ma trận vectơ thưa làm tốc độ tính toán và lưu trữ ít hơn, thì phương pháp Newton - Raphson trở nên rất phổ biến Ngày nay với hệ thống lớn tới 200 nút hay lớn hơn thì phương pháp này luôn được dùng Phương pháp ma trận Znút với các vòng lặp Gauss - Seidel cũng hội tụ như phương pháp Newton - Raphson nhưng ma trận Znút là ma trận đầy đủ nên cần bộ nhớ lớn hơn để cất giữ chúng, đó là hạn chế chính của phương pháp này [6]

2.2.2 Phương pháp Gauss – Seidel

a) Nội dung của phương pháp

Giải sử cho hàm phi tuyến:

Biến đổi phương trình về dạng:

Nếu x(k)là giá trị ban đầu của x thì ta có giá trị của các bước lặp tiếp theo là:

Quá trình tiếp tục cho đến khi thỏa mãn:

b) Giải tích mạng bằng phương pháp Gauss – Seidel

Hình 2.1 Thanh góp điển hình của một hệ thống điện

Xét mạng điện như hình vẽ 2.1 Đường dây truyền tải được biểu thị bằng sơ

đồ thay thế hình Trở kháng cho trong hệ đơn vị tương đối Áp dụng định luật Kirchoff ta có [6]:

Thay Ii ở biểu thức (2.7) vào biểu thức (2.6) ta được [7]:

ra khỏi nút, vì vậy Picho ; Qchoi có giá trị âm [8]

Tìm nghiệm công suất tại nút ta có:

j 1 j i 1

k 1 ii

ii

UU

Vì cả hai thành phần của điện áp đã được xác định đối với nút cân bằng,

có 2(n-1) phương trình cần giải quyết bởi phép lặp Trong điều kiện vận hành,

độ lớn điện áp tại nút tải hơi thấp hơn giá trị tại nút cân bằng do nhu cầu tiêu thụ CSPK, ngược lại điện áp tại nút phát thì cao hơn Cũng vậy, góc pha của các nút phát thì cao hơn do công suất tác dụng (CSTD) P chảy vào nút Vì vậy, trong phương pháp Gauss-Seidel, chọn giá trị đầu của điện áp bằng 1.0 + j0.0 cho các nút là thỏa mãn, và kết quả nghiệm hội tụ sẽ phù hợp với điều kiện thực tế

Đối với nút P – Q, công suất cho cho

α: phụ thuộc vào hệ thống, thường chọn α = (1,3 ÷ 1,7)

Quá trình thay thế thành phần ảo của điện áp được thực hiện liên tục cho đến khi thỏa mãn điều kiện:

Đối với điện áp: ε = (0,00001 – 0,00005) pu

Đối với công suất: ε = 0,001 pu

Khi bài toán hội tụ, CSTD và CSPK tại nút cân bằng được tính toán theo công thức (2.13) và (2.14)

Sau khi có kết quả điện áp nút nhờ phép lặp, bước tiếp theo là tính toán dòng và tổn thất công suất trên các nhánh Mô tả sơ đồ đường dây nối giữa các nút i và j như hình vẽ:

Hình 2.2 Sơ đồ đường dây nối 2 nút i – j

2.2.3 Phương pháp Newton Raphson

a) Nội dung của phương pháp [6]

Cho hàm phi tuyến có dạng: f(x) = c

k k

k

cx

dfdx

; x k 1 xk x k

b) Giải tích mạng điện bằng phương pháp Newton Raphson

Cũng xét thanh góp điển hình như hình 2.1 Dòng điện vào nút i là:

Phương trình (2.19) và (2.20) tạo thành hệ phương trình đại số phi tuyến

có các biến độc lập, độ lớn điện áp tính trong hệ đơn vị tương đối và góc pha tính bằng radian Khai triển vế trái (2.19) và (2.20) thành chuỗi Taylor và bỏ qua các thành phần bậc cao ta được hệ phương trình tuyến tính (2.21) Trong phương trình này, nút 1 được coi là nút cân bằng, ma trận Jacobian cho quan hệ tuyến tính giữa sự biến đổi nhỏ về góc pha điện áp i

(k)

và độ lớn điện áp Uik, với các biến đổi nhỏ về CSTD và CSPK k

i

P và Qik , các phần tử của ma trận

Jacobi là các đạo hàm riêng của (2.19) và (2.20) xác định tại giá trị i

Các phần tử trên đường chéo và ngoài đường chéo của J1là:

i

j 1 i

P

i

i j ij ij i j j

P

i

i j ij ij i j j

Công suất biểu kiến Sijtừ nút i đến nút j và Sjitừ nút j đến nút i:

2.3 Các phần mềm ứng dụng trong tính toán phân tích hệ thống điện

Hiện nay để tính toán các chế độ hệ thống điện có thể sử dụng nhiều phần mềm khác nhau: CONUS, POWERWORLD, EURO STAG, PSS/E, PSS/ADEPT Mỗi phần mềm đều có một số chức năng và phạm vi ứng dụng khác nhau

2.3.1 Phần mềm CONUS [9]

Phần mềm Conus là phần mềm tính chế độ xác lập hệ thống điện do trường Đại học Bách khoa Leningrat xây dựng, sau đó được cán bộ của khoa

Hệ thống điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội chỉnh sửa, nâng cấp và ứng dụng từ năm 1985 Các chức năng và thuật toán áp dụng cho chương trình liên tục được bổ sung, cải tiến theo yêu cầu của thực tế tính toán hệ thống điện và sự phát triển của kỹ thuật máy tính

Lập trình bằng ngôn ngữ Fortrant và đã được việt hóa

Phương pháp tính toán: Sử dụng phương pháp Newton – Raphson và có tính năng sử dụng sau: Tính toán các thông số chế độ xác lập của hệ thống điện đơn giản cũng như phức tạp, đánh giá ổn định hệ thống, tính toán bù công suất phản kháng trong lưới, …

Chương trình đã được ứng dụng hiệu quả trong thực tế như hỗ trợ tính toán thiết kế đường dây 500kV Bắc Nam, quy hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam Chương trình đang được sử dụng trong các Công ty Điện lực, tại viện nghiên cứu cũng như ở các cơ sở sản xuất

Ưu điểm: Kết quả tính toán thể hiện khá chi tiết, thuận lợi cho việc tổng

hợp; Tính toán cho từng xuất tuyến, từng trạm từ đó kết nối được thành hệ

thống chung; Chương trình được việt hóa nên dễ sử dụng, tính toán cho cả lưới truyền tải và lưới phân phối; có khả năng làm việc với sơ đồ mô phỏng

hệ thống điện; liên kết, mở rộng được với các modul chương trình do người

sử dụng tạo ra để phục vụ tính toán theo yêu cầu

Nhược điểm: Chưa có modul tính tối ưu cho hệ thống điện

2.3.2 Phần mềm POWER WORLD [10]

POWERWORLD là một phần mềm của tập đoàn PowerWorld (Mỹ), được thiết kế trên giao diện Windows 95/98/NT/2000/XP Phần mềm có thể tính toán mô phỏng cho hệ thống lên tới 100.000 nút, được ứng dụng rất tốt vào việc tính toán mô phỏng hệ thống điện Phần mềm có kết quả tính toán chính xác, thể hiện bằng hình ảnh trực quan nên dễ sử dụng, có thể mô phỏng các phần tử trong mạng điện, tính phân bố công suất, tính phân bố và tổn thất điện áp

Hệ thống điện được tính toán mô phỏng từ các máy phát thông qua các MBA, đường dây, đến các phụ tải điện và sự kết nối các nhà máy với nhau thông qua các đường dây hệ thống, ta cũng có thể tính toán trào lưu công suất, tổn thất công suất, điện năng truyền tải trên các đường dây trong các chế độ vận hành khác nhau Phần mềm có các chức năng sau:

- Mô phỏng các phần tử trong hệ thống điện

- Tính toán mô phỏng tổng quan hệ thống điện

- Tính toán thông số của mạng điện

- Tính toán mô phỏng phân bố công suất và tổn thất công suất trong mạng điện

- Tính toán mô phỏng tổn thất điện áp và điều chỉnh điện áp trong mạng điện

- Mô phỏng các trạng thái làm việc của hệ thống điện

2.3.3 Phần mềm EURO STAG (STAbilité Genéralié) [11]

Phần mềm Eurostag dùng để mô phỏng hệ thống điện, được phát triển bởi Electricité de France và Tractebel từ cuối thập niên 80

Phần mềm Eurostag dựa trên việc mô phỏng số hóa và thuật toán bước thời gian biến đổi để nghiên cứu quá trình hoạt động của hệ thống điện (máy