Nghiên cứu chế độ làm việc và các giải pháp kỹ thuật cần thiết cho lưới điện 220KV hà giang thái nguyên giai đoạn nhận điện từ trung quốc

Nghiên cứu chế độ làm việc và các giải pháp kỹ thuật cần thiết cho lưới điện 220KV Hà GiangThái Nguyên giai đoạn nhận điện từ Trung Quốc Trình bày hiện trạng hệ thống điện quốc gia và hướng liên kết lưới điện 220KV Mã QuanHà Giang. Nghiên cứu cơ sở phương pháp tính toán phân tích chế độ xác lập của hệ thống điện. Tính toán phân tích chế độ xác lập, đề xuất các biện pháp đảm bảo chất lượng điện năng và vận hành ổn định hệ thống điện.

Trường đại học bách khoa hà nội

nguyễn đào mười

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi có

sử dụng kết quả nghiên cứu lý thuyết, chương trình tính toán của các Viện,

trường Đại học lớn của nhiều nước trên thế giới Các kết quả tính toán nêu

trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì công trình

nghiên cứu nào

Tác giả luận văn

Nguyễn Đào Mười

Lời cảm ơn

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn chỉ bảo tận tình của

thầy giáo GS.TS Lã Văn út cùng các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ

thống điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và sự giúp đỡ chân tình của

các bạn đồng nghiệp, gia đình đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận

văn này

Trong quá trình thực hiện luận văn có thể có nhưng thiếu sót Tôi mong

muốn nhận được những ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện thêm và

kết quả nghiên cứu thực sự có ý nghĩa góp phần nâng cao chất lượng điện

năng của Hệ thống điện Việt Nam

Mục Lục Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Mở đầu 1

Chương I: hiện trạng hệ thống điện quốc gia và hướng

1.1 Hiện trạng nguồn điện và khả năng đáp ứng phụ tải của hệ thống điện

2.6 Tính toán chế độ và ổn định tĩnh bằng phần mềm ứng dụng conus … 30

Chương iii: tính toán phân tích chế độ xác lập, đề xuất

các biện pháp đảm bảo chất lượng điện năng và vận

hành ổn định hệ thống của lưới điện (110- 220KV) hà

3.1 Yêu cầu tính toán thiết kế phần lưới điện 220KV nhận điện từ Trung

3.2 Tính toán chế độ lưới điện theo số liệu ban đầu sau tách lưới và nhận

điện từ Trung Quốc……… 37

3.3 Tính toán phân tích ổn định tĩnh lưới điện khu vực……… 41

3.4 Xác định dung lượng bù bổ sung vô công……… 51

3.5 Kiểm tra dao động điện áp khi đóng cắt tụ Thái Nguyên… ………… 54

3.6 Nâng cao ổn định tĩnh khi vận hành tụ bù dọc……… … 58

3.7 Tính toán phân tích chế độ sau khi bù……… 61

3.8 Tính toán phân tích ổn định tĩnh sau khi bù……… … ……… 66

3.9 Tính dao động điện áp trên lưới khi đóng cắt tụ… 71

3.10 Nhận xét về chế độ xác lập và ổn định tĩnh ……… …… 74

Chương iV: đề xuất một số giảI pháp và kiến nghị 77 4.1 Các hạn chế của sơ đồ tách lưới Hà Giang - Thái Nguyên… …… … 77

4.2 Phương án mở rộng phụ tải và nguồn vào sơ đồ tách lưới……… 78

4.3 Tính toán chế độ lưới điện theo phương án mở rộng………….……… 80

4.4 Tính toán phân tích ổn định tĩnh của lưới khu vực……… 95

4.5 Kiểm tra dao động điện áp khi đóng cắt tụ Bắc Giang……… ……… 101

4.6 Kiểm tra dao động điện áp khi đóng cắt tụ Thái Nguyên trong điều kiện SVC không vận hành……… 103

Kiến nghị chung và hướng phát triển của đề tài 108 1 Kiến nghị chung……… 108

2 Hướng phát triển của đề tài……… 108

mở đầu

Do sự phát triển cao của nên kinh tế nước ta trong những năm gần đã kéo

theo nhu cầu sử dụng điện cho sản suất và sinh hoạt tăng cao, dẫn đến tình

trạng thiếu điện năng trên toàn hệ thống điện Quốc gia nói chung và trên hệ

thống điện miền Bắc nói riêng Do đó để đáp ứng đủ nhu cầu phát triển kinh tế

– xã hội nghành điện đã đưa ra các giải pháp như: đầu tư xây dựng thêm

nhiều nguồn điện mới, đẩy nhanh tiến độ xây dựng các nhà máy, khuyến kích

sử dụng điện vào các giờ thấp điểm, tuyên truyền tiết kiệm điện, cải tạo lưới

điện để giảm tổn thất, sử dụng thiết bị chiếu sáng tiêu thụ ít điện năng hơn và

mua điện từ các nước láng giềng… Cụ thể là năm 2006 Tập đoàn điện lực

Việt Nam (EVN) đã ký hợp đồng mua bán điện với Công ty lưới điện Vân

Nam (Trung Quốc) từ hướng Hà Giang cấp điện áp 220kV truyền tải điện

năng cấp cho phụ tải các tỉnh Thái Nguyên, Cao Bằng, Bắc Cạn sẽ vận hành

chính thức vào ngày 01- 10- 2007 Với tổng sản lượng điện năng hàng năm

đạt 1 tỷ kWh, công suất cực đại đạt 200MW, nguồn từ trạm truyền tải Mã

Guan (Trung Quốc) sẽ cấp sang Việt Nam qua các trạm 220KV Hà Giang,

Thái Nguyên và sẽ tách một mảng hệ thống điện miền Bắc vận hành độc lập

kết nối với hệ thống điện Vân Nam (Trung Quốc)

Đường dây truyền tải với khoảng cách dài, phụ tải chủ yếu tập trung ở

cuối nguồn, tiêu thụ nhiều công suất vô công đồng thời bao gồm nhiều phụ tải

công nghiệp quan trọng, yêu cầu về chất lượng điện năng rất cao 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, tính toán dao động điện áp khi vận hành tụ

bù cho lưới điện khu vực Đây cũng là mục đích và vấn đề 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 tĩnh, nghiên

cứu hiệu quả ứng dụng SVC, tụ bù dọc trong công tác thiết kế và vận hành

lưới điện, nâng cao chất lượng điện năng, nâng cao ổn định chung cho lưới

điện khu vực Mã Guan- Hà Giang

Chương I hiện trạng hệ thống điện quốc gia và hướng

liên kết lưới điện 220KV mã guan hà giang

1.1 hiện trạng nguồn điện và khả năng đáp ứng phụ tảI

của hệ thống điện quốc gia

Những năm gần đây, nguồn điện cơ bản đã đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng

điện cho sản suất, sinh hoạt trên toàn quốc Tuy nhiên, sự mất cân đối giữa

phát triển nguồn, lưới điện và sự tăng trưởng mạnh của phụ tải dẫn tới khả

năng đáp ứng phụ tải của hệ thống chưa cao, nhiều thời kỳ trong năm vẫn

chưa đảm bảo được lượng công suất dự phòng cần thiết để hệ thống vận hành

an toàn Đặc biệt vào các thời kỳ cuối mùa khô, hệ thống phải đối diện với

việc thiếu sản lượng và thiếu công suất đỉnh Hơn nữa sự phát triển nguồn giữa

các miền chưa cân đối Đặc biệt ở khu vực phía Bắc, phụ tải tăng trưởng cao

trong khi nguồn điện mới vào rất ít, nên phải thường xuyên truyền tải lượng

công suất từ Nam ra Bắc rất lớn Điều này dẫn tới việc hệ thống điện miền Bắc

vào mùa khô luôn luôn thường trực nguy cơ rã lưới khi sự cố đường dây

500KV hoặc phải tiết giảm phụ tải do sự cố các nguồn lớn ở phía Bắc hoặc do

quá tải đường dây 500KV

Tính đến cuối năm 2006, tổng công suất đặt của các nhà máy điện trên hệ

thống điện Quốc gia là 12270MW, công suất khả dụng là 11595 MW, tăng

6% so với năm 2005, công suất khả dụng tăng 6.76% so với năm 2005 Chi

tiết công suất đặt và công suất khả dụng của nguồn điện tính đến cuối năm

2006 được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Công suất đặt và công suất khả dụng các nhà máy điện tính đến

Tương quan giữa tăng trưởng nguồn và phụ tải cực đại được thể hiện ở

hình 1.1 Đó là hình ảnh tổng quát về khả năng đáp ứng tải của hệ thống qua

các năm Tuy nhiên để đánh giá được chi tiết về khả năng đáp ứng tải thực tế

của năm thì phải xét đến công suất khả dụng từng thời kỳ trong năm Hình 1.1

chỉ thể hiện giá trị công suất cực đại trong năm (thường cập nhật vào tháng 11

hoặc tháng 12) so với tổng nguồn lớn nhất trong năm Để nhìn thấy chi tiết về

tương quan giữa công suất khả dụng và phụ tải từng giờ trong năm được thể

2796 3177

3595 3875

4328.5 4893

5655 6552 7408 8283 9255 10187

Công suất đặt Phụ tải

Hình 1.1: Tương quan giữa tăng trưởng nguồn và phụ tải cực đại

Công suất đặt của các nhà máy điện ở phía Bắc tính đến cuối năm 2006 là

3883MW, công suất khả dụng khoảng 3788MW trong đó thuỷ điện khoảng

54%, nhiệt điện than chiếm khoảng 45%, nhiệt điện dầu chiếm khoảng 1%

Trong khi đó công suất phụ tải cực đại đạt 3900MW- 4200MW, sản lượng

trung bình ngày của phụ tải hệ thống điện miền Bắc đạt khoảng 66- 72 triệu

kWh Với nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng, tốc độ tăng trưởng công

suất cực đại trung bình hàng năm khoảng 12%- 13%/năm, tốc độ tăng trưởng

trung bình sản lượng hàng năm là 14% nên cơ bản nguồn điện không đáp ứng

đủ công suất đỉnh của phụ tải cũng như mức độ dự phòng cần thiết cho hệ

thống, mặt khác các nhà máy điện đang được xây dựng mới không vào vận

hành đúng tiến độ đã đặt hệ thống điện miền Bắc trong tình trạng căng thẳng,

Tổng công suất đặt của các nhà máy điện trong hệ thống điện miền Bắc

là 3883MW Trong lúc đó phụ tải max của hệ thống điện miền Bắc là

4200MW, vả lại nhà máy thuỷ điện chiếm tỉ trọng rất lớn khoảng 54% tổng

công suất đặt của các nhà máy Đã dẫn tới vào mùa khô mực nước của các hồ

thuỷ điện giảm thấp nên công suất khả dụng của các nhà máy thuỷ điện chỉ

đạt được khoảng 75-80% công suất đặt Nên hệ thống điện miền Bắc phải

nhận một lượng công suất lớn từ miền Nam qua đường dây 500KV, do đó

thường trực nguy cơ rã lưới hoặc phải cắt giảm công suất đỉnh do quá tải

đường dây 500KV, mặc dầu tính đến cuối năm 2006 ta đã mua điện Trung

Quốc qua các đường dây 110, 220KV với công suất max khoảng 280MW Với

phụ tải tăng trưởng khoảng 14%/năm và các nhà máy điện vào không đúng

tiến độ do đó yêu cầu thực tế đã đòi hỏi xây dựng các dự án mua điện từ nước

ngoài để đáp ứng 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 Mã Guan

Tính đến nay, Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đã có những hợp tác

điện lực với khu vực phía nam Trung Quốc Tính đến cuối tháng 12-2006

EVN đã mua điện cấp 110, 220 KV từ tỉnh Vân Nam và tỉnh Quảng Tây qua 4

hướng biên giới:

- Nhập khẩu 50MWcấp điện áp 110KV từ Hà Khẩu về Lào Cai vào đầu tháng

10-2004 cung cấp điện cho phụ tải các tỉnh Lào Cai, Lai Châu

- Nhập khẩu 35MW cấp điện áp 110KV từ Đông Hưng (Trung Quốc) về

Móng Cái vào tháng 5-2005 cấp điện cho một phần tỉnh Quảng Ninh

- Nhập khẩu 95MW cấp điện áp 110KV từ cửa khẩu Thanh Thuỷ về Hà Giang

từ tháng 06-2005 cung cấp điện cho các tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang và một

phần phụ tải của tỉnh Yên Bái

- Nhập khẩu 300MW cấp điện áp 220KV từ tháng 09-2006 qua cửa khẩu Hà

Khẩu – Lao Cai theo hướng Tân Kiều (Trung Quốc) – Lao cai – Yên Bái

– Việt Trì - Vĩnh Yên cấp điện cho các tỉnh Phú Thọ, Vĩnh Yên Nhưng tính

đến cuối năm 2006 do chưa đưa vào các thiết bị bù và chưa hoàn thành trạm

220KV Vĩnh Yên nên mới nhập khẩu qua đường dây 220KV Tân Kiều – Lao

Cai max là 100MW Tổng công suất nhập khẩu qua 4 điểm tính đến cuối năm

2006 là 270MW đến 280 MW

Hiện nay Tập đoàn điện lực Việt Nam và công ty điện lực Vân Nam

(Trung Quốc) đang nghiên cứu các giải pháp để tháng 5- 2007 Việt Nam sẽ

nhập khẩu từ Vân Nam bằng lưới điện 220KV cấp từ Mã Guan qua Hà Giang

về Thái Nguyên 220KV với tổng công suất lớn nhất 200MW, sản lượng hàng

năm đạt 1 tỷ kWh Do chưa kịp chuẩn bị các điều kiện thuận lợi cho hoà đồng

bộ 2 hệ thống điện nên trước mắt phía Việt Nam sẽ vận hành tách lưới 220KV

một số khu vực Dự tính đến năm 2015 Việt Nam có khả năng nhập khẩu từ

Vân Nam khoảng 2000MW

Khả năng nhập khẩu điện qua lưới 500KV 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 500KV từ trạm 500/220KV Honghe (châu Hồng Hà - Vân Nam)

về trạm 500 KV Sóc Sơn

Ngoài nhập khẩu điện từ Trung Quốc, trong những năm tới nước ta còn

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

1.2 phương án tách lưới Hà giang – tháI nguyên giai

đoạn nhận điện từ trung quốc

1.2.1 Hướng liên kết lưới điện 220KV Ma Guan – Hà Giang

Trên cơ sơ lưới điện Việt Nam và Trung Quốc, Công ty tư vẫn xây dựng

điện 1 đã đề xuất nhập khẩu điện cấp điện áp 220KV qua cựa khẩu Thanh

Thuỷ - Hà Giang từ trạm 220KV Mã Guan cách cựa khẩu thanh thuỷ khoảng

40km Trên cơ sơ đề xuất Công ty tư vẫn xây dựng điện 1, Tập đoàn điện lực

Việt Nam cùng Công ty lưới điện Vân Nam Trung Quốc đã ký hợp đồng mua

bán điện qua cửa khẩu Thanh Thuỷ - Hà Giang từ trạm 220KV Mã Guan cấp

điện cho các tỉnh Thái Nguyên, Cao Bằng và Bắc Cạn

1.2.2 Phương án tách lưới

Dựa trên lưới điện hiện đang vận hành của hệ thống điện miền Bắc (hình

1.4) phương án tách lưới được đưa ra như sau:

+ Khu vực cấp điện 110KV bảo gồm:

- MBA T3, T4 trạm 220KV Thái Nguyên

- Đường dây 174 trạm 220KV Thái Nguyên cấp điện cho các trạm

110KV Cao Bằng và Bắc Cạn

- Đường dây 171, 172 trạm 220KV Thái Nguyên cấp điện cho các

trạm 110KV của tỉnh Thái Nguyên bao gồm các trạm Gia Sàng,

Lưu Xã, Thịnh Đán, Gò Đầm, Phú Lương và sông công

Trong giai đoạn tháng 5 - 2007 bao gồm 2 trạm biến áp 220KV: Hà

Giang, Thái Nguyên Nguồn cấp theo lưới điện 220KV trục chính từ Mã Quan

(Trung Quốc) đi các trạm biến áp 220KV Hà Giang – Thái Nguyên Trạm

biến áp 220KV Thái Nguyên cấp cho các trạm 110KV qua lưới điện 110KV

thuộc các điện lực Cao Bằng, Bắc Cạn, Thái Nguyên

Từ các trạm 110KV trong khu vực các điện lực Cao Bằng, Bắc Cạn, Thái

Nguyên sẽ cấp điện năng cho các phụ tải thuộc các điện lực này Lưới điện

220KV cấp từ Trung Quốc sẽ vận hành độc lập với lưới điện Việt Nam, với

các điểm mở vòng như sau:

- Tháo lèo cột 92 đường dây 220 KV Sóc Sơn – Thái Nguyên và đấu

một mạch từ Hà Giang về Thái Nguyên vào cột 92

- Mở vòng 172, 174 trạm 220KV Sóc Sơn

- Máy cắt 212 trạm 220KV Thái Nguyên mở

- Máy cắt 112 trạm 220KV Thái Nguyên mở

- Thanh cái II phía 110KV và phía 220KV trạm 220KV Thái Nguyên là

phần được tách ra để mua điện Trung Quốc cấp cho các lộ phía 110KV

gồm lộ 133, 134, 171, 172, 174

Sơ đồ kết dây khu vực tách lưới được thể hiện ở hình 1.5

1.2.2 Thông số của lưới điện khu vực tách lưới:

Đường đây 220KV với tổng mạch dài nhất là 362.8km từ trạm biến áp

220KV Mã Guan (Trung Quốc) đến trạm biến áp 220KV Thái Nguyên

Đường dây từ trạm biến áp 220KV Mã Guan đến trạm biến áp 220KV Hà

Giang là đường dây kép sử dụng dây ACSR400, đường dây từ trạm biến áp

220KV Hà Giang đến trạm biến áp 220KV Thái Nguyên là đường dây kép

đoạn đầu dài 39km sử dụng dây AC400 đoạn còn lại sử dụng dây

2xACSR300, thông số của các đoạn đường dây trên (bảng 1.2)

- Lưới điện 110KV đã xây dựng đảm bảo cung cấp điện cho các tỉnh

trong khu vực với tổng chiều dài 228.47km, thông số của các đoạn đường dây

trên (bảng 1.3)

- Máy biến áp trạm 220KV Thái Nguyên và các trạm 110KV khu vực

tách lưới đã được xây dựng với thông số trên (bảng 1.4)

- Thông số cơ bản của dây dẫn sử dụng trong lưới điện của khu vực tách

lưới gồm các đường dây 110KV và 220KV đã xây dựng, đường dây 110KV và

220KV đã xây dựng xây dựng mới thể hiện trên (bảng 1.5)

Bảng 1.2: Thông số dữ liệu đường dây 220KV

TT Đoạn tuyến Chiều

dài (km)

Dây dẫn Số

mạch Dòng cực đại (A) Ghi chú

1 Hà Giang – Mã Guan 77.3 ACSR400 2 776

Bảng 1.3: Thông số dữ liệu đường dây 110KV

dài (km) Dây dẫn Số mạch cực đại Dòng

4 Rẽ Gia Sàng – Gia Sàng 3.5 AC120 2 390

5 Rẽ Gia Sàng – Rẽ Lưu Xã 3.65 AC400 2 830

1.2.3 Phụ tải khu vực tách lưới

Phụ tải khu vực được cấp nguồn từ Trung Quốc thuộc các điện lực: Cao

Bằng, Bắc Cạn, Thái Nguyên Trong đó chiếm phần lớn là phụ tải tỉnh Thái

Nguyên Thái Nguyên với đặc trưng của phụ tải nhiều nhà máy, phân xưởng

do đó nhu cầu tiêu thụ công suất phản kháng lớn, hệ số cosϕ của phụ tải thấp

Khi được cấp nguồn từ Trung Quốc tổn thất điện áp lớn trên đường dây dài do

mang tải cao, tiêu chuẩn về chất lượng điện áp có thể không đảm bảo, hệ

thống có thể mất ổn định khi sự cố lớn xảy ra Phụ tải khu vực có hai cao

điểm: cao điểm tối và cao điểm trưa, trong đó giá trị lớn nhất về công suất vào

cao điểm tối từ 18 đến 19 giờ hàng ngày

Phương án xét tải được tính vào thời điểm lưới điện đi vào vận hành từ

ngày 5- 2007 và có xét đến tốc độ tăng trưởng của phụ tải khu vực theo

phương pháp dự báo phụ tải dài hạn hàng năm

Điều quan trọng cần quan tâm khi tính toán thiết kế vận hành lưới điện

đó là tốc độ tăng trưởng phụ tải khu vực tính cho hàng năm, tốc độ tăng trưởng

phụ tải trung bình hàng năm của tổng phụ tải khu vực theo tính toán dự báo

điện năng là 10%ữ11%, kết quả tính toán trong luận văn đã tính đến tốc độ

tăng trưởng trung bình hàng năm theo dự báo Tổng công suất lớn nhất phía

trung hạ áp các trạm 110 KV vào cao điểm của phụ tải khu vực tính đến tháng

5 năm 2007 là S = 188.8 + j87.8MVA và tổng công suất thấp nhất vào giờ

thấp điểm là S = 106 + j55MVA Bảng kết quả dự báo phụ tải cụ thể được

trình bày trong bảng 1.6

Với đặc điểm phụ tải, kết dây, nguồn cấp như trên để đảm bảo cung cấp

điện cho phụ tải: tin cậy, an toàn, chất lượng, kinh tế thì cần có các biện pháp

khắc phục Các biện pháp có thể áp dụng là:

- Sử dụng thiết bị bù công suất phản kháng: tụ bù tĩnh, sử dụng SVC

- Sử dụng bù dọc trên đường dây dài

Bảng 1.6: Bảng kết quả dự báo phụ tải khu vực tách lưới

Chương iI Nghiên cứu cơ sở phương pháp tính toán phân

vệ rơle tự động hoá hệ thống điện đồng thời phân tích tạo lập các tín hiệu điều khiển vận hành hệ thống điện trong thời gian thực

Các yêu cầu cơ bản đối với các phương pháp tính toán phân tích chế độ xác lập (CĐXL) như: đảm bảo độ chính xác ứng với mục đích ứng dụng trong thực tế, có tính vạn năng, có thể tính toán với mọi sơ đồ hệ thống điện, tốc độ tính toán 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

2.2 Mô hình lưới điện trong tính toán phân tích chế độ xác lập của HTĐ

Mô hình CĐXL của hệ thống điện nói chung có tính chất phi tuyến tuy nhiên trong các bài toán với yêu cầu đủ thoả mãn độ chính xác có thể sử dụng mô hình tuyến 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

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 tính vạn năng 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 i và nút j như hình sau:

ij

Zij

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế của nhánh ij trong hệ thống điện

Đặc trưng của nhánh là tổng trở Zij nối nối tiếp với một máy biến áp lý tưởng với hệ số kij 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 và j Máy 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 kij bằng 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 kij phụ thuộc vào tổ đấu dây của máy biến áp kij =

i

i

U

U, 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 Zij 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 chuẩn Tại 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

2.2.2.1 Đường dây trên không và cáp:

Với đường dây 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, X, B như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ thay thế của đường dây

R = r0.l là tổng trở đường dây (Ω), l là chiều dài đường dây (km)

X = x0.l là điện kháng đường dây (Ω)

B = - j b0.l (1/Ω) tổng điện dung ký sinh sinh ra

r0 điện trở đơn vị của đường dây (Ω/km), x0 điện kháng đơn vị của đường dây (Ω/km), b0 dung dẫn đơn vị của đường dây (1/Ωkm), hệ số biến áp kij = 1

2.2.2.2 Máy bi ến áp điện lực:

Máy biến áp hai cuộn dây được thay thế bằng sơ đồ hình Γ với tổn hao không tải của máy biến áp thay bằng nhánh R0, X0 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 đồ 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

B/2

X R B/2

Hình 2.3 Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây

Máy biến áp ba cuộn dây được thay thế như hình 2.4 Máy biến áp 3 cuộn

dây phía trung và hạ trong sơ đồ thay thế có nối với 2 máy biến áp lý tưởng hệ

số biến áp của máy biến áp lý tưởng phụ thuộc vào đầu phân áp và bằng tỷ số giữa các vòng dây Các thông số của các nhánh ZC, ZT, ZH, Z0 được tính toán theo số liệu thí nghiệm UN%, ∆Pcu, ∆PFe, ∆QFe và I0%

Hình 2.4 Sơ đồ thay thế của máy biến áp ba cuộn dây 2.2.2.3 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 kij =1 Kháng điện đóng vai trò như phụ tải tiêu thụ công suất phản kháng, tụ bù tĩnh ngược lại đóng vai trò như nguồn phát công suất phản kháng lên lưới Điện kháng của kháng điện

được tính như sau:

kdm

2 đm k

C

R X

Qkđm : công suất ba pha định mức của kháng điện (MVAr)

Đối với tụ bù tĩnh bù công suất phản kháng lên hệ thống điện, nhà sản xuất thường cho các giá trị định mức Uđm (điện áp dây) và Qđm tương ứng Từ

đó giá trị dung kháng được tính theo công thức sau:

Cdm

2 đm C

Q

U

X =− (2.2)

2.2.2.4 Mô hình hoá máy phát điện:

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

Hình 2.5 Sơ đồ thay thế của nguồn điện

Nếu máy phát điện cực ẩn thì xd = xq, nếu máy phát điện cực lồi thì xd ≠ xq Phương trình đặc tính công suất điện từ của máy phát phát lên hệ thống điện:

cosδ (2.4)

δ là góc lệch giữa suất điện động Eq và điện áp đầu cực U

Khi xét đến tác động của TĐK và tự động điều chỉnh công suất của tuabin, mô hình tính toán cho máy phát điện phức tạp hơn nhiều

2.2.2.5 Mô hình hoá các phụ tải

Phụ tải điện thường được xác định dưới dạng 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 Tuỳ theo bài toán trong yêu cầu thiết kế hay vận hành, mức độ chính

X d

E q

U

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 dạng đặc tính tĩnh:

Phụ tải được mô phỏng theo đặc tính tĩnh 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 áp nút xác định bằng thực nghiệm

và thống kê: Pi(Ui, f) = ϕi(Ui, f) và Qi(Ui, f) = ηi(Ui, f), cụ thể như sau:

P(U, f) = P0 (a0 + a1U + a2U2)(α0 + α1f)

Q(U, f) = Q0(b0 + b1U + b2U2)(β0 + β1f)

Trong đó:

U, f là giá trị điện áp 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 P0, Q0 Các hệ số tiệm cận là a, b, α, β thoả mãn điều kiện:

a0 + a1 + a2 = b0 + b1 + b2 = 1

α0 + α1 = β0 + β1 = 1

- Khi coi phụ tải là hằng số: P = const, Q = const

Tương ứng với a0 = 1, b0 = 1, α0 = 1, β0 = 0 và các hệ số còn lại bằng 0

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

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

Hình 2.6 Sơ đồ thay thế của phụ tải

Trị số tổng trở tải khi cho P0 và Q0 ứng với Uđm là:

S

U)jQP(S

U

2 0

2 đm 0

0 2 0

2

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

Trong phạm vi điều chỉnh được của máy biến áp (phạm vi thay đổi được của

đầu phân áp) ± ∆U thì coi P = P0 và Q = Q0 vì điện áp thanh cái hạ áp hầu như không đổi còn khi nằm ngoài phạm vi điều chỉnh được của máy biến áp (MBA) thì phụ tải sẽ thay đổi theo đặc tính tĩnh của nó Vậy có thể viết:

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

2.3 phương trình cân bằng dòng nút

Phương trình cân bằng dòng nút là cơ sở đầu tiên để tính toán chế độ, phương trình mô tả trạng thái hệ thống điện đúng với sơ đồ lưới Giả thiết một lưới chuẩn bao gồm n+1 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 i và nút j thì tổng trở zij = ∞ Mọi nút đều có nguồn dòng bơm vào:

- Nếu là nút trung gian Ji = 0

- Nguồn dòng đã cho Ji = const

Nếu điện áp không đổi thì ta có nguồn áp Ui = const

J

; 0

Iij là dòng đi ra sát nút i chưa qua máy biến áp lý tưởng Khi qua máy biến áp

ij I k

j i ij ij n

i j

j i ij i

Z

U U k k Z

U U k J

j n

i j

j ij

ij i

n

i j

Z

k J

j ij

ij ii

Z

k Y

Z

k Y

ˆ

−

= là tổng dẫn tương hỗ giữa nút i và nút j

Thay vào phương trình trên ta có:

n i

i j j

j ij i

+ +

= +

+ +

= +

+ +

n n nn n

n

n n n

n n

J U Y U

Y U Y

J U Y U

Y U Y

J U Y U

Y U Y

2 2

22 1 21

1 1

2 12 1 11

(2.7)

Đây là hệ phương trình dòng nút cho dòng 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 dây

Nếu nút máy phát thì ta có nguồn dòng là:

i

i i

U

S J

U

S J

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 Uˆ1

2ˆ

U Uˆ3 Uˆ n ta được hệ phương trình cân bằng công suất nút:

+ +

−

=

= +

+ +

−

=

= +

+ +

n n n n nn n

n n n

n n

n n

jQ P S U Y U

U Y U U Y

jQ P S U U Y U

Y U U Y

jQ P S U U Y U

U Y U Y

ˆ

ˆ ˆ

ˆ

ˆ

ˆ ˆ

ˆ

2 2

2 1

1

2 2 2 2 2 2

2 22 2 1 21

1 1 1 1 1 1

2 12 2 1 11

i i i

i j j

i j ij i

Nếu nút tải thì -Sˆi = −P i + jQ i còn nếu i là nút trung gian thì vế phải bằng 0

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

Ta có Ui =U i∠δi = Ui (cosδi+j sinδi) và Yij =Y ij∠ αij −90thay vào hệ phương trình 2.8 ta viết dưới dạng lượng giác với 2 hệ phương trình có n phương trình:

cos

) , ( ) sin(

sin

1 2

1 2

f U Q U

U Y U

Y

f U P U

U Y U

Y

i i n

i J J

ij j i i

j ij ii

ii

i i n

i J J

ij j i i j ij ii

i

ii

α δ δ α

α δ δ α

(2.9)

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 xác lập như sau:

a) Khi hệ thống có một nhà máy điều tần:

- Cho trước 1 giá trị góc δs 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 δs gọi là nút cơ sở

- Công suất của nhà máy điều tần là biến Pk, 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 nút 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 hệ thống điện có nhiều khu vực, mỗi khu vực có một nhà máy điều tần Lúc này trong tính toán chế độ xác lập ta có:

- Tần số là biến số cần tìm

- Mỗi nút có 4 đại lượng (Pi, Qi, Ui, và δi ), 2 đại lượng đã cho và 2 đại lượng còn lại là biến Nút tải thì các đại lượng đã biết là Pi, Qi các biến số là Ui, và

δi Với nút trung gian thì Pi = 0, Qi = 0 và biến số là Ui, δi

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

- Nút nguồn bình thường cho trước giá trị Pi, Qi biến số sẽ là Ui, δi Trong đó với giới hạn công suất vô công của nhà máy Qmax ≥ Qi ≥ Qmin

- Nút nguồn phát bù công suất phản kháng: cho trước Pi, Qi biến số là Ui, δi

- Nút nguồn có nhà máy điều tần hay là nút cân bằng: cho giá trị điện áp Uicần giữ và δi = 0, ẩn số là Pi và Qi

- 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 Pi = 0, Ui và ẩn số là Qb và δi

2.4 phương pháp Newton - Raphson giải hệ phương trình chế độ xác lập của hệ thống điện

Thuật toán Newton và Gauss-Zeiden được áp dụng phổ biến để giải hệ phương trình chế độ xác lập của hệ thống điện Phương pháp Newton–Raphson có thể áp dụng giải cho mọi hệ phương trình phi tuyến bất kỳ Nội dung phương pháp như sau: Giả sử cho vectơ F là tập hợp F = (f1, f2 fn) và vectơ X là tập hợp X = (x1, x2 xn) Hệ phương trình phi tuyến dạng tổng quát sau:

, (

0 ) ,

, (

0 ) ,

, (

2 1

2 1 2

2 1 1

n n

n n

x x x W

x x x W

x x x W

(2.10)

Cho nghiệm gần đúng ban đầu X(0) nào đó Ta biểu diễn ma trận W(X) dưới dạng khai triển chuỗi Taylor ở lân cận điểm X(0)

n n

x

w x

w x w

x

w x

w x w

x

w x

w x w

x W

2 1

2 2

2 1 2

1 2

1 1 1

) 0 ( '

Đặt εi(0) = xi - xi(0) gọi là độ lệch nghiệm Để nghiên cứu phương trình

đầu 2.11 ta nghiên cứu phương trình gần đúng 2.12 là phương trình xấp xỉ bậc nhất của chuỗi Taylor và là hệ phương trình bậc nhất Do đó nghiệm của 2.12

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

) (

.

.

) (

.

) 0 ( 2

2 2 1

) 0 ( 2 2

2 2

2

2 2 1 2

) 0 ( 1 1 1 1

2

1 1 1 1

x w x

w x

w x

w

x w x

w x

w x

w

x w x

w x

w x

w

n n

n

n n

n

n n

εε

ε

εε

ε

εε

εi thì ta có thể xác định được nghiệm gần đúng tiếp theo: x i = εi + xi , sau bước xi(0) ta tìm được x(1)

i là nghiệm gần đúng hơn Vậy sau mỗi bước lặp thì cho nghiệm chính xác hơn, sau đó lấy nghiệm xấp xỉ x(1)

i = (x(1)

1, x(1)

2,

x(1)

n) để làm xấp xỉ đầu và tính tiếp bằng cách thay vào hệ 2.13 và tìm εi(1) từ

hệ phương trình tuyến tính 2.13 Phép lặp 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 εi(1): x(2)

i = x(1)

i + εi(1) cứ như vậy lời giải cuối cùng cho đến khi εi đủ

bé Phép lặp Newton nếu hội tụ sẽ tiến nhanh đến lời giải khi chọn được xấp

xỉ 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 đánh giá mức độ ổn định của hệ thống điện phức 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 thể vận hành an toàn mà không mất ổn định điều này đòi hỏi cần xác định miền

ổn 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 chuẩn 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

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 an hoặc tương ứng với sự đổi dấu của định thức n-1 Trong đó khi

số hạng tự do an ứng với mất ổn định dạng phi chu kỳ còn sự đổi dấu của định thức n-1 ứng với mất ổn định dạng chu kỳ Do vậy để khảo sát miền ổn định tĩnh chỉ cần quan sát dấu của số hạng tự do an 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 an> 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 an và từ 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 2.8 là sơ đồ khối chương trình tính toán CĐXL theo phương pháp Newton- Raphson, khi quá trình lặp 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

độ ổn định hệ thống để tìm giới hạn ổn định tĩnh

Hình 2.8: Sơ đồ khối chương trình tính toán CĐXL theo phương pháp Newton- Raphson và chu trình lặp đánh giá mức độ ổn định HTĐ tìm giới hạn ổn định tĩnh

Kết quả chứng minh sự đồng nhất định thức Jacobi hệ phương trình CĐXL với trị số của số hạng tự do phương trình đặc trưng lấy làm cơ sở cho phương pháp 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:

- Cho xấp xỉ đầu

Thông báo không hội tụ

Tìm giới hạn ổn định phi chu kỳ

Kết thúc tính chế độ Kết thúc tìm miền giới

hạn ổn định

1

0

- Định thức Jacobi có dấu dương thì điểm làm việc của hệ thống nằm trong miền ổn định

- Định thức Jacobi có dấu âm thì hệ thống không ổn định, điểm làm việc nằm ngoài miền ổn định

- Phép lặp không hội tụ, không tính được định thức Jacobi, điểm làm việc nằm sát biên giới hạn mất ổn định

2.6 tính toán chế độ và ổn định tĩnh bằng phần mềm ứng dụng 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 Mã Guan đi Hà Giang sử dụng phần mềm ứng dụng Conus

Chương trình tính toán Conus được thiết kế và phát triển trên cơ sở phương pháp và cấu trúc thuật toán của các nhà khoa học Nga Như trình bày

ở trên ngoài chức năng 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 phương trình CĐXL

Hình 2.9 là chu trình lặp tìm các điểm trên biên giới miền ổn định trong Conus

Hình 2.9: Chu trình lặp tìm các điểm trên biên giới miền ổn định trong Conus

Chương trình xây dựng theo thuật toán trên đây đưa ra một phương pháp mới tính toán thực dụng, tìm miền ổn định, đánh giá mức độ ổn định của HTĐ

có cấu trúc phức tạp theo những tình huống khác nhau Các kết quả có thể xác

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

bị sụp đổ điện áp Chương trình cũng có thể dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến tính ổn định của HTĐ: giới hạn phát công suất phản kháng các nguồn, hiệu quả bù tĩnh nâng cao dự trữ ổn định tĩnh

Gán điểm xuất phát

Tiến 1 bước

(như bước

t ớ )

Lùi 1/2 bước (so với bước trước)

Khoảng cách đủ nhỏ giữa 2 bước lặp

In điểm giới hạn tìm được

Tính CĐXL và kiểm tra dấu

1

0

0 Bắt đầu

a) Tính toán giới hạn truyền tải trên đường dây, từ đó tìm ra hệ số dự trữ ổn

định tĩnh chung cho HTĐ

Hình 2.10: Xác định giới hạn truyền tải

Giả sử HTĐ1 và HTĐ2 được nối với nhau bởi đường dây truyền tải, chiều công suất trao đổi đang từ HTĐ1 sang HTĐ 2

Thay đổi đồng loạt phụ tải Pi + j Qi trên HTĐ 2 cho đến khi HTĐ mất ổn định tĩnh, Conus sẽ tìm gia công suất trao đổi giới hạn Pgh và Qgh từ HTĐ1 sang HTĐ 2 Độ dự trữ ổn định tĩnh được xác định từ kết quả tính toán chế độ giới hạn truyền tải và kết quả tính toán chế độ ban đầu:

% 100

o

o gh tt

P

P 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

Pt và Qt với hệ số cosϕ 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:

% 100

t

t gh dt

P

P P

=

P

c) Tính toán xác định miền ổn định của nút tải

Hình 2.11: Xác định miền ổn định của nút tải

Thay đổi cả độ lớn của P, Q, thay đổi hệ số cosϕ Conus sẽ xác định được miền ổn 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 tĩnh, chương trình Conus còn bao gồm các chức năng: tính toán phân tích chế độ xác lập của HTĐ, 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 dữ liệu, giao diện chưa thân thiện với người

sử dụng Ngày nay bộ môn Hệ thống điện đã và đang nâng cấp, sửa đổi, phát triển chương trình Conus hoàn thiện hơn, chạy trên hệ điều hành Windows, với phiên bản Conuswin: giao diện 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

P

Pt

Q

Qt

đường dây 500 kV Bắc Nam), trong các ban nghành (Viện Năng Lượng, Trung tâm ĐĐ HTĐ Quốc gia)

d) Một số chức năng tính toán

Giao diện vào dữ liệu của chương trình rất đơn giản, được trình bày dưới dạng 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 dễ 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 1 hàng ngang, tất cả các nhánh trong HTĐ đều được qui đổi về dạng nhánh chuẩn

+ Trường vào ra dữ liệu nút:

Các thông tin cần khai báo bao gồm U - điện áp cơ bản nút kV, Pt - phụ tải tác dụng của nút, Qt – phụ tải phản kháng của nút, Pf – công suất phát tác dụng của nút thể hiện nút máy phát, Qf – công suất phát phản kháng của nút khi nút là máy phát hoặc máy bù đồng bộ hoặc SVC…, Umod giá trị điện

áp nút cần giữ, Qmin giới hạn dưới công suất phát phản kháng của máy phát hoặc thiết bị bù vô công, Qmax giới hạn trên công suất phát phản kháng của máy phát hoặc thiết bị bù vô công

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: Sđm công suất định mức MBA, Uđm điện áp định mức MBA,

Uc điện áp cuộn cao (kV), Uh điện áp cuộn hạ (kV), Ut điện áp cuộn trung (kV), Un C-T(%) điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao và cuộn trung (%), Un C-

H(%) điện áp ngắn mạch giữa cuộn cao và cuộn hạ (%), Un T-H(%) điện áp ngắn mạch giữa cuộn trung và cuộn hạ (%), PFe tổn thất không tải MBA (kW),

PCu tổn thất ngắn mạch MBA (kW), Io% dòng điện không tải phần trăm MBA Các thông số của MBA do nhà chế tạo đưa ra được cập nhật trực tiếp từ trường MBA mà không cần qua các bước tính toán qui đổi thông số, với mỗi máy biến áp được qui định bởi một số hiệu đánh số thứ tự 1ữ n, chương trình

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

+ Làm biến thiên thông số tải:

Cho phép truy cập đến từng nút tải, làm biến thiên thông số chế độ qua mã số (code), miền biến thiên Xmin ữ Xmax, bước biến thiên (Delta X) Đây là trường khai báo cho phép người sử dụng tính toán giới hạn công suất truyền tải, miền 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

+ Đặc tính tĩnh phụ tải:

Công suất tiêu thụ của phụ tải không là hằng số khi điện áp và tần số hệ thống

điện thay đổi Do vậy Conus sẽ tính toán giá trị phụ tải khi thông số chế độ hệ thống thay đổi, a0, a1, a2 b0, b1, b2, α, β là các hệ số của đặc tính tĩnh phụ tải: P(U, f) = P0 (a0 + a1U + a2U2)(α0 + α1f)

Q(U, f) = Q0 (b0 + b1U + b2U2)(β0 + β1f)