Phân bố công suất trong hệ thống điện có xét đến nhiệt độ khả năng áp dụng cho hệ thống điện việt nam

iv TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Phân bố công suất là một trong những vấn đề lớn của ngành điện, hệ thống phải đáp ứng đầy đủ nhu cầu tải và đảm bảo không quá tải trên các đường dây truyền t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-VÕ CHÍ LIÊM

PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CÓ XÉT ĐẾN NHIỆT ĐỘ & KHẢ NĂNG ÁP DỤNG

CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2018

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS VÕ NGỌC ĐIỀU

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 25/01/1991 Nơi sinh: Kiên Giang

I TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN NHIỆT ĐỘ & KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT

NAM

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về bài toán phân bố công suất trong hệ thống điện

- Tìm hiểu về mô hình nhiệt trong phân tích hệ thống điện

- Xem xét mô hình bài toán phân bố công suất trong hệ thống điện

- Áp dụng chương trình tính toán cho các hệ thống khác nhau và của HTĐ Việt

Nam

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2018

Tp HCM, ngày tháng năm 2018

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

iii

Không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học và sau đại học đến khi hoàn thành Luận Văn Tốt Nghiệp cao học này, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn của Quý thầy Cô trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, gia đình và bạn bè

Lời đầu tiên tôi muốn gửi đến là lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy Võ Ngọc Điều đã tận tình, hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài của Luận Văn Tốt Nghiệp

Bên cạnh đó tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa đã trang bị cho tôi những kiến thức thật bổ ích, đặc biệt tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện tử và các bạn học viên, đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến cho Luận Văn Tốt Nghiệp của tôi được hoàn thành tốt đẹp

Xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Võ Chí Liêm

iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Phân bố công suất là một trong những vấn đề lớn của ngành điện, hệ thống phải đáp ứng đầy đủ nhu cầu tải và đảm bảo không quá tải trên các đường dây truyền tải Việc khảo sát phân bô công suất hệ thống phải xem xét cả trường hợp ảnh hưởng của nhiệt độ

Trên những yêu cầu đó, mục tiêu đề ra của đề tài này là có thể xây dựng được mô hình của hệ thống điện Việt Nam một cách chính xác nhất, tiến hành khảo sát được dòng phân bố công suất của hệ thống điện Việt Nam

Trên cơ sở khảo sát đó sẽ đưa ra được những giải pháp khắc phục và hướng phát triển cho hệ thống điện Việt Nam để đạt đến trạng thái ổn định hơn, bền vững hơn

v

Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong luận văn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác Các số liệu, ví dụ, trích dẫn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực

Tôi xin chân thành cảm ơn

NGƯỜI CAM ĐOAN

Võ Chí Liêm

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 1

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 5

1.1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT 5

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 5

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 7

2.1 MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 7

2.1.1 Đường dây truyền tải 7

2.1.2 Máy biến áp hai cuộn dây 8

2.1.3 Máy biến áp ba cuộn dây 10

2.1.4 Máy phát điện 13

2.1.5 Thiết bị bù (kháng, tụ) 13

2.2 TỔNG QUAN BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 13

2.3 PHƯƠNG PHÁP NEWTON – RAPHSON TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT: 15 2.3.1 Phương trình 15

2.3.2 Hệ phương trình 16

2.3.3 Phân loại nút – thanh cái 18

2.3.4 Thành lập ma trận tổng dẫn nút Ybus 18

2.3.5 Xây dựng phương trình PBCS: 21

2.3.6 Các bước lặp giải thuật PBCS theo phương pháp Newton-Raphson: 24

2.4 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 25

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CÓ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP NEWTON-RAPHSON 35

3.1 ĐIỆN TRỞ DÂY DẪN 35

3.2 MÔ HÌNH TỔNG QUÁT PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ 36

3.2.1 Đường dây trên không: 37

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 2

3.2.2 Cáp ngầm 38

3.2.3 Mô hình nhiệt của MBA 40

3.3 PHƯƠNG TRÌNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ (TDPF) 44

3.4 THUẬT TOÁN TDPF GhÉP ĐÔI TOÀN PHẦN (FC-TDPF) 50

3.5 THUẬT TOÁN TDPF PHÂN LẬP (DECOUPLED) 51

3.5.1 Phương pháp TDPF phân lập từng phần: 52

3.5.2 Phương pháp TDPF phân lập nhanh: 53

3.5.3 Phương pháp TDPF phân lập tuần tự: 54

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 55

4.1 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO MẠCH 30 nút (CASE_30) 55

4.1.1 Tiến hành chạy phân bố công suất cho mạng 30 nút: 55

4.1.2 Đối chiếu với kết quả Phân bố công suất của chương trình MATPOWER: 56

4.2 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CÓ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHO MẠNG 30 NÚT : 57

4.3 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CÓ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHO MẠNG ILLINOIS 200 NÚT : 59

4.4 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CÓ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM : 60

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 64

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Tổng hợp điện sản xuất, điện thương phẩm và công suất cực đại hệ thống

điện Việt Nam 26

Bảng 2.2 Bảng thống kê các nguồn điện toàn quốc năm 2017 27

Bảng 2.3 Hiện trạng lưới điện truyền tải toàn quốc 2017 34

Bảng 4.1 Đối chiếu kết quả phân bố công suất truyền thống của PF và MATPOWER 57

Bảng 4.2 So sánh thời gian thực hiện các thuật toán TDPF 58

Bảng 4.3 So sánh tổn thất hệ thống khi có xét đến yếu tố nhiệt độ case30 58

Bảng 4.4 Thông số hệ thống 200 nút : 59

Bảng 4.5 So sánh kết quả tổn hao hệ thống 200 nút Illinois: 59

Bảng 4.6 Thông số chính hệ thống điện Việt Nam 60

Bảng 4.7 So sánh kết quả tổn hao hệ thống điện Việt Nam 60

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2-1 Sơ đồ thay thế đường dây: 7

Hình 2-2 Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây 8

Hình 2-3 Sơ đồ thay thế máy biến áp ba cuộn dây 10

Hình 2-4 Sơ đồ dòng và điện áp nút trong hệ thống 18

Hình 2-5 Sơ đồng mạng 4 nút 19

Hình 2-6 Sơ đồ dạng tổng dẫn và định luật Kirchhoff về dòng điện: 20

Hình 2-7 Cơ cấu nguồn điện theo công suất đặt năm 2017 32

Hình 3-1 Mô hình nhiệt trở tổng quát 36

Hình 3-2 Sơ đồ nhiệt máy biến áp 40

Hình 3-3 Mô hình truyền nhiệt mạch RC 41

Hình 3-4 Mô hình mạch điện RC 42

Hình 3-5 Mô hình nhiệt cho máy biến áp 43

Hình 3-6 Thuật toán FC-TDPF 50

Hình 3-7 Thuật toán PD-TDPF 52

Hình 3-8 Thuật toán FD-TDPF 53

Hình 3-9 Thuật toán SD-TDPF 54

Hình 4-1 Mạng IEEE 30 nút 56

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT

Hệ thống điện thực hiện công việc chuyển đổi năng lượng tự nhiên như nhiệt năng, thủy năng, thành năng lượng điện từ các nhà máy điện Từ đây năng lượng sẽ được chuyển tải trên trên đường dây để đưa đến các hộ tiêu thụ Hệ thống gồm các nhà máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện và các hộ phụ tải sẽ lập thành một hệ thống điện

Đặc điểm của hệ thống điện là sự cân bằng công suất: Công suất tạo ra tại các nhà máy điện sẽ cân bằng với công suất tiêu thụ tại các phụ tải, công suất tổn hao trên đường dây và thiết bị

Do ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ, mà dòng phân bố công suất trên cùng hệ thống: cùng công suất tải, nguồn, thông số đường dây….có thể cho các kết quả sai khác nhau Ở các nước có nhiệt độ ổn định, lý tưởng (25-30 oC), yếu tố này

có thể không quan trọng; nhưng ở nước ta, là nước nhiệt đới nên nhiệt độ ngoài trời cao, đặc biết vào mùa khô, có nơi có thể lên tới 38-40 oC; do đó cần xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ đến phân bố công suất trong hệ thống điện

Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành các công tác tính toán

mô hình

Trên cơ sở đó, đề tài này đi sâu vào nghiên cứu vấn đề phân bố công suất có xét đến nhiệt độ và áp dụng cho hệ thống điện Việt Nam

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Phân bố công suất là một trong những vấn đề lớn của ngành điện, hệ thống phải đáp ứng đầy đủ nhu cầu tải và đảm bảo không quá tải trên các đường dây truyền tải

Việc khảo sát phân bô công suất hệ thống phải xem xét cả trường hợp ảnh hưởng của nhiệt độ

Trên những yêu cầu đó, mục tiêu đề ra của đề tài này là có thể xây dựng được mô hình của hệ thống điện Việt Nam một cách chính xác nhất, tiến hành khảo sát được dòng phân bố công suất của hệ thống diện Việt Nam

Trên cơ sở khảo sát đó sẽ đưa ra được những giải pháp khắc phục và hướng phát triển cho hệ thống điện Việt Nam để đạt đến trạng thái ổn định hơn, bền vững hơn

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Tổng quan về bài toán phân bố công suất trong hệ thống điện

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 6

Tìm hiểu về mô hình nhiệt trong phân tích hệ thống điện

Xem xét mô hình bài toán phân bố công suất trong hệ thống điện

Áp dụng chương trình tính toán cho các hệ thống khác nhau và của HTĐ Việt Nam

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Mô hình hệ thống điện trong MATLAB được xây dựng dựa trên thông số của các phần tử trong hệ thống điện Các thông số được tính trong hệ đơn vị tương đối:

Thường lấy SBASE = 100 MVA và UBASE (kV) tùy theo cấp điện áp:

Điện áp dây (kV) Điện áp pha (kV) ZBASE (Ω)

2.1.1 Đường dây truyền tải

Hình 2-1 Sơ đồ thay thế đường dây:

Các thông số cần thiết:

- Cấp điện áp của đường dây: V (kV)

- Chiều dài đường dây: L (km)

- Điện trở đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: r1 và r0 (Ω/km)

- Điện kháng đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: x1 và x0 (Ω/km)

- Dung dẫn đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: b1 và b0 (μS/km)

- Điện dẫn đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: g1 và g0 (1/(Ω.km)), tuy nhiên thành phần này khá nhỏ nên thường được bỏ qua

- Khả năng mang tải của đường dây: S (MVA)

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 8

Công thức tính trở kháng đường dây cho cả hai thông số thứ tự thuận và thứ

tự không như sau:

2 _

BASE

pu ohm

BASE kV

S Z

U B

2.1.2 Máy biến áp hai cuộn dây

Hình 2-2 Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây Các thông số yêu cầu:

- Công suất định mức: S (MVA)

- Điện áp định mức cuộn cao: Uh (kV)

- UVWXY nVo(jk) = (1 + aYpVq × aWbZ) × lm

- UVWXY nXp(Z[) = (1 − aYpVq × aWbZ) × cd

c efghid

- UVWXY nXp(jk) = (1 − aYpVq × aWbZ) × lm

 Điện trở thứ tự thuận (pu):

- qd : Nấc biến áp quy đổi

- Ratio : Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến áp

- Ratiomax : Tỷ số biến áp đặt cực đại của máy biến áp

- Ratiomin : Tỷ số biến áp đặt cực tiểu của máy biến áp

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 10

- sonac : Số nấc điều áp của máy biến áp

- Uh (kV) : Điện áp định mức của cuộn cao áp máy biến áp

- Ul (kV) : Điện áp định mức của cuộn hạ áp máy biến áp

- Sdm (MVA): Công suất định mức của máy biến áp

- Ubase-h (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn cao áp máy biến

áp

- Ubase-l (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn hạ áp máy biến áp

Chú ý: Các công thức trên được sử dụng để tính toán cho máy biến áp hai

cuộn dây có điều áp đặt ở phía cao áp

Đối với máy biến có nấc điều áp ở phía hạ áp các công thức sẽ thay đổi bằng cách thay Uh, Ubase-h bằng Ul và Ubase-l, :

2.1.3 Máy biến áp ba cuộn dây

Hình 2-3 Sơ đồ thay thế máy biến áp ba cuộn dây Các thông số cần thiết để mô phỏng:

- Công suất định mức của từng cuộn: Sdm-h /Sdm-m/Sdm-l (MVA)

- Điện áp định mức cuộn cao: Uh (kV)

- Điện áp định mức cuộn trung: Um (kV)

- Dòng điện không tải: I0 (%)

- Công suất ngắn mạch cao-trung/cao-hạ/trung-hạ: tuvm•v, tuvm•€, tuvv•€(kW)

- Điện áp ngắn mạch hạ: l„m•v (%),l„m•€ (%),l„v•€ (%)

cao-trung/cao-hạ/trung Tổ đấu dây

Các công thức tính:

 Điện trở và điện kháng thứ tự không (pu) có thể được lấy bằng 0.8 lần điện trở

và điện kháng thứ tự thuận (pu):

 Tính tỷ số biến áp nếu điều áp được đặt phía cao áp:

- Nấc biến áp quy đổi = Nấc giữa – nấc đặt:

- UVWXY nVo(jk) = (1 + aYpVq × aWbZ) × lm

- UVWXY nXp(Z[) = (1 − aYpVq × aWbZ) × cd

cefghid

- UVWXY nXp(jk) = (1 − aYpVq × aWbZ) × lm

 Khi điều áp được đặt ở phía trung áp hoặc hạ áp thì tỷ số biến áp được tính bằng các công thức trên, tuy nhiên thay Uh, Ubase-h bằng Um, Ubase-m hoặc Ul,

Ubase-l tương ứng

Trong đó:

- qd : Nấc biến áp quy đổi

- Ratio : Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến áp

- Ratiomax : Tỷ số biến áp đặt cực đại của máy biến áp

- Ratiomin : Tỷ số biến áp đặt cực tiểu của máy biến áp

- sonac : Số nấc điều áp của máy biến áp

- Uh (kV) : Điện áp định mức của cuộn cao áp máy biến áp

- Ubase-h (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn cao áp máy biến

áp

- Um (kV) : Điện áp định mức của cuộn trung áp máy biến áp

- Ubase-m (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn trung áp máy biến áp

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 13

- Ul (kV) : Điện áp định mức của cuộn hạ áp máy biến áp

- Ubase-l (kV): Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn hạ áp máy biến áp

Chú ý: Trong trường hợp không có đủ thông số về công suất ngắn mạch (khi chỉ

có công suất ngắn mạch cao - trung) thì có thể lấy giá trị điện trở cao - hạ và trung - hạ bằng một nửa giá trị điện trở cao- trung

2.1.4 Máy phát điện

Các số liệu cần thiết để mô phỏng máy phát điện:

- Công suất định mức của máy phát: Pđm (MW), Qđm (MVAr), Sđm

(MVA)

- Điện áp định mức của máy phát: Uf (kV)

- Công suất phát cực đại và cực tiểu: Pmax (MW), Pmin (MW), Qmax

(MVAr), Qmin MVAr)

- Các điện kháng: Xd", X0 và Xneg

2.1.5 Thiết bị bù (kháng, tụ)

Kháng điện được mô phỏng bằng 1 điện kháng, ta cần biết điện cảm L của

kháng Khi đó ở dạng đơn vị có tên, ta có:

BASE

S MVA pu

fCU kV

X



2.2 TỔNG QUAN BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

Phân bố công suất là bài toán quan trọng trong qui hoạch, thiết kế phát triển hệ thống trong tương lai cũng như trong việc xác định chế độ vận hành tốt nhất của

hệ thống hiện hữu Thông tin chính có được từ khảo sát phân bố công suất là trị

số điện áp và góc pha tại các thanh cái, dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trên các nhánh Tuy vậy, nhiều thông tin phụ thêm cũng được tính toán bằng chương trình máy tính

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 14

Khảo sát phân bố công suất thường áp dụng cho hệ thống ba pha cân bằng, dựa trên sơ đồ tương đương một pha của hệ thống điện và tính toán trên đơn vị có tên hoặc đơn vị tương đối

Trước đây việc phân bố công suất được khảo sát bằng bàn tính điện xoay chiều

mô hình hóa một hệ thống điện Ngày nay nhờ vào máy tính điện tử, vấn đề phân

bố công suất được thực hiện nhanh chóng và chính xác Khảo sát phân bố công suất đòi hỏi các dữ liệu thông tin chi tiết hơn việc khảo sát ngắn mạch chẳng hạn như tổng trở đường dây và máy biến áp, đầu phân áp của máy biến áp, điện dung đường dây , số liệu công suất nguồn và phụ tải

Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố công suất dựa trên hai định luật Kiechoff về dòng điện điểm nút và điện thế mạch vòng

Tuy vậy, như sẽ giải thích về sau, các phương trình Kirchoff không còn tuyến tính như trong bài giải tích mạch thông thường nữa mà là phương trình phi tuyến,

số liệu ban đầu cho trước đối với hệ thống điện có khác so với một bài giải tích mạch thông thường

Đối tượng của khảo sát phân bố công suất là xác định giá trị điện áp và góc pha ở các điểm nút, dòng công suất trên các nhánh và tổn thất công suất trong mạng điện

Ngày nay, với các kỹ thuật hiện đại, máy tính có các tiện nghi như bộ nhớ ảo, bộ nhớ phân trang và tốc độ tính toán rất lớn nên việc tính toán mô phỏng trở nên dể dàng và hiệu quả hơn

Có nhiều phương pháp để tính dòng phân bố công suất, trong đó, được dùng nhiều trong thực tế tính toán và áp dụng giải thuật cho các phần mềm, là hai phương pháp sau:

 GAUSS-SEIDEL: Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của phương pháp GAUSS là khả năng hội tụ rất cao, do đó được dùng để tính toán trào lưu công suất trong những trường hợp mà khả năng hội tụ là chưa biết trước Đồng thời cũng là những bước thử đầu tiên cho các phương pháp khác

 NEWTON-RAPHSON: Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của phương pháp Newton-Raphson là tốc độ hội tụ rất cao nếu có những điểm ban đầu được lựa chọn tốt Do đó được dùng để tính toán trong những trường hợp đòi hỏi sự tính nhanh và có khả năng hội tụ cao

«-o(…)+ ∆o(…)® = q Khai triển vế trái thành chuỗi Taylor xung quanh điểm o(…) ta có:

«-o(…) ® + ¯ _« _o° ∗ ∆o(…) + 1 2 ∗ ² _o _‚«‚³ ∗ -∆o(…) ®‚ + ⋯ = q Giả sử sai số ∆o(…) là nhỏ và bỏ qua các thành phần bậc cao, ta được kết quả:

«-o(…) ® + ¯ _« _o° ∆o(…) ≈ q → ∆q(…) = q − «(o(…)) ≈ ¯ _« _o° ∆o(…)

Ta có, đạo hàm «(o) theo o:

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 16

y¹(º)

yº = 3o‚ − 12o + 9 Vòng lặp thứ 1:

 o(‚) = o(s)+ ∆o(s)= 4.2789

 o(Š) = o(‚)+ ∆o(‚)= 4.0405

 o(É) = o(Š)+ ∆o(Š)= 4.0011

 o(È) = o(É)+ ∆o(É)= 4.0000

Kể từ vòng lặp thứ 6, ∆q = 0, các giá trị o không thay đổi

 Tìm được kết quả đúng của phương trình trên là o = 4 2.3.2 Hệ phương trình

Áp dụng phương pháp NR cho một tập hợp n phương trình, với ẩn

Trong lần lặp gần đúng đầu tiên, chọn trước bộ giá trị : o(…) =

Ïos(…), o‚(…), … , ou(…)Ð, thay vào hệ phương trình trên, ta được giá trị gần đúng như sau:

 Giá trị qs, q‚, … qu đã biết trước

Như vậy, Các đại lượng ∆xs, ∆x‚, … ∆xÎ là ẩn số,

Tại lần lặp thứ nhất, giải hệ phương trình để được nghiệm :

2.3.3 Phân loại nút – thanh cái

2.3.3.1 Thanh cái cân bằng:

Là thanh cái máy phát có khả năng đáp ứng nhanh chóng với sự thay đổi của phụ tải Nhờ vào bộ điều tốc nhạy cảm, máy phát điện cân bằng có khả năng tăng tải hoặc giảm tải kịp thời theo yêu cầu của toàn hệ thống

Đối với thanh cái cân bằng, cho trước giá trị điện áp ß và góc pha àá chọn làm chuẩn (thường cho àá = á)

Trong bài toán phân bố công suất, chỉ có duy nhất một thanh cái cân bằng

2.3.3.2 Thanh cái máy phát:

Đối với các máy phát điện khác ngoài máy phát cân bằng, cho biết trước

công suất thực P mà máy phát ra ( định trước vì lý do năng suất nhà máy)

và điện áp V ở thanh cái đó Thanh cái máy phát còn gọi là thanh cái PV

2.3.3.3 Thanh cái phụ tải:

Biết trước công suất P và Q của phụ tải yêu cầu Thanh cái phụ tải còn gọi

là cái PQ Nếu không có máy phát hay phụ tải ở một nút nào đó thì coi nút

đó như nút phụ tải với P = Q = 0 Dòng công suất ở các thanh cái được qui

ước theo chiều đi vào thanh cái

2.3.4 Thành lập ma trận tổng dẫn nút Ybus

Phương trình ma trận thể hiện mối liên quan điện áp nút với các dòng điện

đi vào và đi ra khỏi mạng thông qua các giá trị tổng dẫn các nhánh mạch:

ãäåæ = çèéê ßåëìí

Hình 2-4 Sơ đồ dòng và điện áp nút trong hệ thống

Ma trận tổng dẫn được sử dụng để lập mô hình mạng của hệ thống có liên kết:

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 19

 Các nút thể hiện là các thanh cái trong các trạm,

 Các nhánh thể hiện là các đường dây truyền tải hoặc MBA,

 Các dòng bơm vào thể hiện CS từ MF đến tải

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 20

Hình 2-6 Sơ đồ dạng tổng dẫn và định luật Kirchhoff về dòng điện:

Sắp xếp lại các phần tử trong phương trình định luật Kirchhoff:

ø = ÷

−ú8.50 ú2.50 ú5.00 0 j2.50 −j8.75 j5.00 0 j5.00 j5.00 −j22.50 j12.50

ùûû = ü öûýu ýþ…

ýþs

ü ùûý ký ∠ ûý+ ý u

(2.32)

Viết lại công thức theo phần thực (công suất thực) và phần ảo (công suất kháng):

tû = ü |kû||ký| ùûý cos ( ûý− û+ ý)u

ýþs

(2.33)

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 22

û = − ü |kû||ký| ùûý sin ( ûý− û+ ý)

u ýþs

(2.34)

Trong đó:

 Phần tử ma trận tồng dẫn nút: ùûý= ùûý ∠ ûý,

 N: số nút trong mạng điện,

 kû , ký là điện áp tại các nút i,j

Nhận xét tính phi tuyến của phương trình này: đối với nút phụ tải thì hai biến số tû, û, được biết trước, |k| à là chưa biết

Áp dụng phương pháp Newton-Raphson việc giải hệ phương trình có dạng nêu trên: Viết công thức lại dưới dạng lặp:

tû „ = ü |kû „||ký„| ùûý cos ( ûý− û „ + ý„ )

u ýþs

(2.35)

û„ = − ü |kû „||ký„| ùûý sin ( ûý− û„ + ý„)

u ýþs

Ó ∆q ⋮s

∆qu

Õ = Ý Ó ∆x ⋮s

∆xÎÕ Với:

Trong đó, các thành phần Jacobi được tính như sau:

 Công suất thực theo góc điện áp (J1):

Kiểu nút và thành lập ma trận Jacobi:

 Nút cân bằng: Một nút máy phát phải được chọn và và định nghĩa như nút cân

bằng về biên độ và góc điện áp:

 Biên độ và góc điện áp là biết được,

 Góc điện áp được chọn tùy ý, thường là 0,

 Nút này không bao hàm trong ma trận Jacobi được thành lập

 Nút máy phát:

 Biên độ điện áp và công suất bơm vào là biết được

 Góc điện áp và công suất kháng bơm vào sẽ được tính toán

 Nút này được kể đến trong các phần công suất thực của ma trận Jacobi

 Nếu có m nút máy phát thì có m phương trình có liên quan đến ∆Q và ∆V và các cột tương ứng của ma trận Jacobin bị loại bỏ

 Nút tải:

 Công suất thực và kháng tiêu thụ ở nút này là biết được

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 24

 Biên độ và góc điện áp sẽ được tính toán

 Nút này hoàn toàn được bao hàm đầy đủ trong ma trận Jacobi

Dạng tổng quát của phương trình công suất với n nút và giả sử nút 1 là nút cân bằng:

Ma trận Jacobi đầy đủ có kích thước (2n-2)x(2n-2),

Khi ma trận có m nút máy phát (PV), ma trận có dạng và kích thước như sau:

2.3.6 Các bước lặp giải thuật PBCS theo phương pháp Newton-Raphson:

 B1: Đặt flat start (khởi động phẳng)

 Đối với nút tải, đặt điện áp bằng với điện áp nút cân bằng hay 1.0∠0…

 Đối với nút máy phát, góc điện áp được đặt bằng 0

 B2: Tính toán công suất sai lệch (power mismatch)

 Đối với nút tải, tính toán P, Q bơm vào sử dụng điện áp của hệ thống đã biết

và đã đánh giá

 Đối với nút máy phát, tính toán công suất P bơm vào

 Tính toán các sai lệch công suất, ∆P và ∆Q

Các đường dây truyền tải và MBA là các nhánh trong mạng

Hướng dương của dòng điện được định nghĩa cho các phần tử nhánh trong mạng (xem xét ở đây chủ yếu là đường dây chiều dài trung bình hoặc ngắn)

2.4 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Hệ thống điện Việt Nam được chia làm 3 miền xét theo phương điện địa lý: miền Bắc, miền Trung và miền Nam, liên kết giữa các miền bằng hệ thống truyền tải 500kV và 220kV

Theo số liệu thống kê của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0), tổng lượng điện sản xuất và nhập khẩu của toàn hệ thống năm 2017 đạt 197.679 GWh, tăng 8,5% so với năm 2016 Tính đến cuối năm 2017, lượng điện sản xuất hàng ngày lớn nhất đạt khoảng 643,2 triệu kWh

Điện năng thương phẩm toàn quốc năm 2017 khoảng 174.515 GWh tăng khoảng 9,4% so với năm 2016, trong đó lượng điện bán cho Campuchia, Lào và IPP&BOT khoảng 1.650 GWh

Công suất lớn nhất của hệ thống điện quốc năm 2017 là 30.931 MW tăng khoảng 10,04% so với năm 2016

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 26

Đến cuối năm 2017, tổng công suất lắp đặt của Việt Nam khoảng 45.410MW, tăng 9,63% so với năm 2016 Trong đó công suất lắp đặt của thủy điện là 16.497MW (36,3%), nhiệt điện than là 17.089MW (37,6%), nhiệt điện dầu là 1.242MW (2,7%), tuabin khí là 7.446MW (16,4%) và diesel và nguồn nhỏ là 3.137MW (6,9%)

Bảng 2.1 Tổng hợp điện sản xuất, điện thương phẩm và công suất cực đại hệ thống

điện Việt Nam

Nguồn: Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia

Tính đến cuối năm 2017, tổng công suất lắp đặt nguồn điện đạt 45.410 MW, tăng 9,63% so với năm 2016, trong đó nguồn mới đưa vào vận hành khoảng 3.261

MW bao gồm các tổ máy thủy điện và nhiệt điện than, chủ yếu ở khu vực miền Bắc và miền Nam

Từ năm 2007, Việt Nam đã thực hiện mua điện từ Trung Quốc thông qua các đường dây liên kết từ Vân Nam và Quảng Đông Năm 2017, tổng công suất mua Trung Quốc khoảng 800MW với điện năng khoảng 1.320 triệu kWh Ngoài ra

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 27

trong năm 2017, Việt Nam cũng mua điện từ Lào công suất khoảng 540MW với điện năng khoảng 1.041 triệu kWh Trong khi đó bán cho Campuchia khoảng

713 triệu kWh

Danh mục các nguồn điện hiện có tính đến năm 2017 như sau:

Bảng 2.2 Bảng thống kê các nguồn điện toàn quốc năm 2017

Nguồn: Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia

Cấu trúc nguồn điện toàn quốc theo công suất đặt như sau:

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 32

Hình 2-7 Cơ cấu nguồn điện theo công suất đặt năm 2017

Các nguồn điện lớn tập trung chủ yếu ở miền Bắc (thủy điện, nhiệt điện than,…)

và miền Nam (thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện khí,…), nguồn điện ở miền Trung chủ yếu là các nguồn thủy điện vừa và nhỏ Tuy nhiên trong tương lai ở miền Trung sẽ phát triển nhiều trung tâm nhiệt điện lớn Việc phát triển nguồn ở miền Trung sẽ giảm bớt gánh nặng cho lưới truyền tải khi đang phải truyền công suất từ Bắc vào Nam

Phụ tải toàn quốc tập trung chủ yếu ở miền Nam và miền Bắc, trong đó miền Đông Nam Bộ là phụ tải lớn nhất nước với nhiều khu công nghiệp và khu dân cư đông đúc, đây cũng là nơi thường xảy ra các sự cố về điện, điển hình là sự cố ngày 22/5/2013 làm sụp đổ toàn bộ hệ thống điện miền Nam

Lưới truyền tải 500kV được xem là xương sống của hệ thống điện Việt Nam Chạy suốt từ Bắc vào Nam với tổng chiều dài trên 7.446km, lưới điện 500kV đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong cân bằng năng lượng của toàn quốc và

có ảnh hưởng lớn tới độ tin cậy cung cấp điện của từng miền

Hiện nay toàn bộ 2 mạch đường dây (ĐZ) 500kV đã được vận hành, tạo liên kết

hệ thống Bắc – Trung – Nam từ Sơn La – Quảng Ninh – Hòa Bình – Đà Nẵng tới Phú Lâm – Mỹ Tho – Ô Môn Đường dây 500kV mạch 2 vào vận hành đã nâng cao khả năng truyền tải công suất và trao đổi điện năng giữa các HTĐ Bắc – Trung – Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác hợp lý các nguồn điện trong HTĐ Việt Nam, giảm khả năng thiếu điện cục bộ, nâng cao ổn định toàn hệ thống điện

Thủy điện 28%

Nhiệt điện than 25%

Nhiệt điện dầu 2%

Tua bin khí + Đuôi hơi 7%

Ngoài EVN 38%

CƠ CẤU NGUỒN ĐIỆN THEO CÔNG SUẤT ĐẶT NĂM 2017

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 33

Tình hình vận hành Hệ thống điện (HTĐ) truyền tải năm 2017 tiếp tục có nhiều cải thiện so với các năm trước đây, số phần tử ghi nhận quá tải trên lưới điện 500-220kV giảm so với năm 2016 Tuy nhiên tình trạng quá tải các phần tử vẫn xảy ra trên hệ thống điện truyền tải cả nước

Tại miền Bắc, do truyền tải cao từ các nguồn thủy điện nên tình trạng quá tải đã xảy ra trên một số đường dây như: ĐZ 220kV Hòa Bình – Hà Đông, Hòa Bình – Sơn Tây, Hòa Bình – Chèm, Sơn Tây – Vĩnh Tường, Hà Đông – Chèm,… Bên cạnh đó việc huy động cao các thủy điện Tây Bắc còn các nhiệt điện Đông Bắc phát thấp cũng gây nên quá tải trên một số ĐZ 220kV Thái Nguyên – Bắc Giang

và Hà Đông – Thường Tín Ngoài ra một số trạm biến áp (TBA) 500kV trong khu vực cũng bị quá tải như TBA 500kV Sơn La (do công suất thủy điện đẩy lên lưới 500kV quá lớn), TBA 500kV Hiệp Hòa, Phố Nối (do tải cao); tình hình tải cao còn gây quá tải lên nhiều TBA 220kV trong khu vực, đặc biệt vào các tháng nóng đầu hè

Tại miền Trung, có sự cải thiện rõ nét về chất lượng vận hành của HTĐ trong năm 2017 so với năm 2016, hầu hết các trường hợp quá tải ĐZ và TBA của năm

2016 đã không còn xuất hiện trong năm 2017 Điều này một phần là nhờ phương thức vận hành HTĐ đã cải thiện tốt hơn và các NMĐ trong khu vực vận hành ổn định hơn Tuy nhiên trong năm 2017 TBA 500kV Pleiku 2 và Đăk Nông vẫn xảy

ra quá tải do phải truyền tải công suất từ các thủy điện Tây Nguyên và nhập khẩu

từ Lào

Tại miền Nam, tình trạng quá tải phần tử vẫn diễn ra do phương thức huy động nguồn chưa hợp lý cũng như các sự cố N-1 xảy ra trong hệ thống điện Quá tải xảy ra chủ yếu tại các TBA 220kV như Tao Đàn, Thuận An, Phú Lâm, Nhà Bè, Hóc Môn, Bình Long, Long An,… tuy nhiên phần lớn là quá tải nhẹ dưới 10% Trong năm 2017 nhiều công trình lưới điện lớn đã hoàn thành đóng điện để phục

vụ đảm bảo cung cấp điện và đấu nối giải tỏa công suất các nguồn điện như các TBA 500kV Đông Anh, Cầu Bông (máy 2), Phố Nối (máy 2), Pleiku 2, Vũng Áng (thay máy), Hiệp Hòa (thay máy); đường dây 500 kV Hiệp Hòa – Đông Anh; các TBA 220kV như Trực Ninh, Bỉm Sơn, Bắc Ninh 3, Thái Thụy, Long Biên, Tây Hà Nội, Cao Bằng, Sơn Hà, Thạnh Mỹ, Nha Trang, Bình Long 2, Trà Nóc, Quận 8, Long Xuyên 2, Tây Ninh 2, Trà Vinh 2; các đường dây 220 kV như Ninh Bình – Trực Ninh, Hiệp Hòa – Đông Anh, Hiệp Hòa – Bắc Ninh 3, TĐ Hòa Bình – Tây Hà Nội, Thái Thụy – Trực Ninh, Tuy Hòa – Nha Trang, Phước An – Quy Nhơn, Phước An – Phù Mỹ, Cầu Bông – Bình Tân, Phú Lâm – Bình Tân, Thốt Nốt 2 – Cao Lãnh 2,…

HVTH: VÕ CHÍ LIÊM – 7140052 34

Lưới điện truyền tải 220/110kV trong các hệ thống điện miền hiện nay hầu hết được sử dụng mạch kép hoặc mạch vòng, do đó độ an toàn cung cấp điện đã được cải thiện đáng kể so với trước

Khối lượng lưới truyền tải đến cuối năm 2017 theo thống kê của NPT như sau:

Bảng 2.3 Hiện trạng lưới điện truyền tải toàn quốc 2017

Tổng dung lượng tụ bù ngang/SVC 10.002 MVAr

Nguồn: Tổng Công ty truyền tải điện Quốc gia – EVNNPT