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

TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ LƯỚI ĐIỆN 110KV DO CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG QUẢN LÝ Học viên: LÊ PHÚ HÒA Chuyên ngành: KỸ THUẬT Đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ PHÚ HÒA

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

LƯỚI ĐIỆN 110KV DO CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ

MIỀN TRUNG QUẢN LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ PHÚ HÒA

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

LƯỚI ĐIỆN 110KV DO CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ

MIỀN TRUNG QUẢN LÝ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LỜI CAM ĐOAN

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

Lê Phú Hòa

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

CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ LƯỚI ĐIỆN 110KV DO CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN

CAO THẾ MIỀN TRUNG QUẢN LÝ

Học viên: LÊ PHÚ HÒA Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số: ………Khóa: K31.KTĐ Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Chương trình PSS/E là chương trình mô phỏng hệ thống điện trên máy

tính nhằm mục đích tính toán nghiên cứu phục vụ cho vận hành cũng như qui hoạch hệ thống điện Áp dụng chương trình PSS/E để phân tích các chế độ làm việc của lưới điện 110kV khu vực miền Trung, từ đó tác giả đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh

tế lưới điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý, cụ thể:

Giải pháp phân pha của đường dây 110kV Krông Buk – Buôn Ma Thuột đã nâng công suất truyền tải lên gần hai lần, về hiệu quả kinh tế chi phí đầu tư thấp hơn so với giải pháp xây dựng đường dây mới do chỉ cải tạo lại đường dây hiện hữu và bổ sung thêm dây dẫn và phụ kiện

Giải pháp lập kế hoạch đầu tư xây dựng và lựa chọn thời điểm thích hợp đưa vào vận hành các công trình lưới điện 110kV Công ty Lưới điện cao thế miền Trung Quản lý đến năm 2020 đem lại hiệu quả kinh tế cao, giảm thiểu các trạm biến áp vận hành non tải, giảm tổn thất điện năng trên lưới điện đồng thời chủ động được kế hoạch vốn đầu tư xây dựng công trình

Từ khóa – PSS/E; nâng cao khả năng truyền tải đường dây 110kV; kế hoạch đầu tư

xây dựng công trình lưới điện 110kV; trào lưu công suất; chế độ vận hành hệ thống điện

CALCULATION, ANALYSIS AND PROPOSE SOME SOLUTIONS TO IMPROVE THE ECONOMIC EFFICIENCY FOR 110KV GRID MANAGED BY CENTRAL GRID COMPANY

Student: LE PHU HOA Major: ELECTRICAL TECHNOLOGY

Code: ………Course: K31 - University of Science and Technology - The

University of Da Nang

Abstract - The PSS/E program is the program simulating electrical systems on

computers for the purpose of calculation, research to serve operation as well as plan of electrical systems Applying the PSS/E program to analyze the working regime of the 110kV grid in the Central region, and from that, the author will propose some solutions to improve the economic efficiency of the 110kV grid managed by Central Grid company, specifically:

The solution on division of phase for the Krong Buk - Buon Ma Thuot 110kV line has doubled the transmission capacity About economic efficiency, the investment cost is lower than the solution of new building line because it only refurbishes the existing lines and supplement wires and accessories

The solution for preparing the construction investment plan and choosing suitable time for putting the 110kV grid managed by Central Grid company up to 2020 into operation brings high economic efficiency, minimizes the under loaded substation, reduces power losses on the grid simultaneously takes the initiative the capital plan for construction investment

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

of construction investment of 110kV power grid; power flow; Operation mode of the electrical system

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

5 TÊN ĐỀ TÀI 2

6 BỐ CỤC VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG VÀ LƯỚI ĐIỆN 110KV CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG 3

1.1.1 Phụ tải Hệ thống điện miền Trung 3

1.1.2 Nguồn và lưới hệ thống điện miền Trung 5

1.2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THUỘC CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG 8

1.2.1 Giới thiệu chung 8

1.2.2 Chức năng và nhiệm vụ chính 8

1.2.3 Mô hình tổ chức quản lý sản xuất 9

1.2.4 Nguồn lực hiện có 9

1.3 KẾT LUẬN 10

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, TÌM HIỂU PHẦN MỀM PSS/E 11

2.1 TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN 11

2.1.1 Định nghĩa bài toán 11

2.1.2 Phương pháp lặp Gauss-Seidel giải tích lưới điện: 14

2.1.3 Phương pháp Newton-Raphson: 16

2.2 TÌM HIỂU PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PSS/E 19

2.2.1 Giới thiệu chung 19

2.2.2 Nghiên cứu các tính năng của phần mềm PSS/E 20

2.3 KẾT LUẬN 26

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN 110KV CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG QUẢN LÝ 27

3.1 MỞ ĐẦU 27

3.2 TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA

HỆ THỐNG ĐIỆN 110kV KHU VỰC MIỀN TRUNG 27 3.2.1 Số liệu và sơ đồ tính toán: 27 3.2.2 Điều kiện tính toán 28 3.2.3 Tính toán phân tích, đánh giá các chế độ vận hành của hệ thống điện 110kV khu vực miền Trung (kết quả tính toán như phụ lục 3) 28 3.3 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CHUNG VÀ KẾT LUẬN 36

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ LƯỚI ĐIỆN 110KV DO CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG QUẢN LÝ 37

4.1 MỞ ĐẦU 37 4.2 NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ LƯỚI ĐIỆN 110KV DO CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ

MIỀN TRUNG 37 4.2.1 Lựa chọn giải pháp 37 4.2.2 Tính toán lựa chọn phương án tối ưu đề nâng công suất truyền tải đường dây 110kV Krông Buk – Buôn Ma Thuột 38 4.2.3 Lập kế hoạch đầu tư xây dựng và lựa chon thời điểm thích hợp đưa vào vận hành các công trình lưới điện 110kV Công ty Lưới điện cao thế miền Trung Quản lý đến năm 2020 48

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

1.1 Thống kê công suất max và min của ngày và sản lượng

tổng từng ngày khu vực miền Trung trong năm 2016 4

1.2 Phân bố công suất dưới đây chỉ rõ nguồn cấp và khu

3.1 Các nút có điện áp lớn hơn 1.05pu ở chế độ 1 29 3.2 Các phần tử mang tải lớn hơn 70% ở chế độ 1 29 3.3 Các nút có điện áp dưới 0.9pu ở chế độ 2 32 3.4 Các phần tử mang tải lớn hơn 70% ở chế độ 2 32 3.5 Các phần tử mang tải lớn hơn 70% ở chế độ 3 34

4.1

Bảng cân đối nguồn và phụ tải khu vực đường dây 110kV Krông Buk - Buôn Ma Thuột cung cấp xét trường hợp sự cố 1 mạch đường dây (Chế độ N-1)

39

4.2 Bảng dự báo phụ tải lưới điện 110kV khu vực tỉnh tỉnh

4.9 Kết quả phân tích kinh tế - tài chính 48 4.10 Dự báo phụ tải khu vực miền Trung đến năm 2025 49 4.11 Dự báo phụ tải của từng TBA 110kV khu vực Quảng

4.12 Kế hoạch và thời điểm đưa vào vận hành Lưới điện

110kV khu vực Quảng Bình giai đoạn 2017-2020 54

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Biểu đồ phụ tải HTĐ miền Trung năm 2016 4 1.2 Sơ đồ HTĐ Lưới điện 110kV khu vực miền Trung

2.1 Đồ thị minh họa quá trình giải cho trường hợp một

2.5 Chọn “Launch Grid Editor” trên giao diện “Power

2.7 Màn hình vẽ sơ đồ đơn tuyến trong “Grid Editor” 25 3.1 Trào lưu công suất và điện áp ở chế độ bình thường

3.2 Trào lưu công suất và điện áp ở chế độ bình thường

4.1 Mức mang tải của các TBA 110kV khu vực Quảng

4.2

Dự báo các nguồn cung cầp giai đoạn 2017 đến

2020 khu vực Quảng Bình theo phương án dự phòng 20% công suất

51

4.3

Dự báo các nguồn cung cầp giai đoạn 2017 đến

2020 khu vực Quảng Bình theo phương án không

dự phòng công suất:

52

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

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

đó năm 2016, tổng sản lượng điện thương phẩm là 159,3 tỷ kWh, công suất cực đại khoảng 26,65 MW Dự kiến năm 2015, sản lượng điện thương phẩm khoảng 165.000 tỷ kWh, công suất cực đại khoảng 32.500MW Để đáp ứng yêu cầu cung cấp điện cho phát triển kinh tế xã hội của đất nước, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 428/2016/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 về việc Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030  6] Đến nay đã có rất nhiều công trình nguồn và lưới điện đã và đang xây dựng đưa vào vận hành trên hệ thống

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

Trong thực tế hiện nay, việc quy hoạch trung và dài hạn trong hệ thống điện Quốc gia chỉ đề cập đến nguồn và lưới điện từ cấp điện áp 220kV trở lên, Quy hoạch phát triển Điện lực tỉnh thành phố đề cập đến nguồn và lưới điện có cấp điện

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

Đề tài đi sâu tìm hiểu các phương pháp tính toán, phân tích và đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

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

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

- Nghiên cứu phần mềm tính toán để sử dụng cho đề tài

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

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

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

- Các phương pháp tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện

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

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

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

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

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

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

- Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kV do Công

ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý

5 TÊN ĐỀ TÀI

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

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

6 BỐ CỤC VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI

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

- Nội dung đề tài gồm 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện miền Trung và lưới điện 110kV Công

ty Lưới điện cao thế miền Trung

Chương 2: Tìm hiểu các phương pháp tính toán, tìm hiểu phần mềm PSS/E Chương 3: Tính toán, phân tích các chế độ vận hành lưới điện 110kV Công ty Lưới điện cao thế miền Trung

Chương 4: Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG VÀ LƯỚI ĐIỆN

110KV CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN TRUNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG

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

gần bằng 1/3 diện tích cả nước Miền trung có địa hình hẹp, dộ dốc lớn và trải dài gần 1000 km từ chân đèo Ngang

ở phía Bắc đến cầu Du Long ở phía nam tỉnh Khánh Hòa Các tỉnh miền Trung hầu như tỉnh nào cũng có 3 vùng đồng bằng, trung du và miền núi Miền Trung có khí hậu nhiệt đới gió mùa và chia thành 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Các điều kiện tự nhiên đó đã tác động rất lớn đến quá trình phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh miền Trung

Hệ thống điện miền Trung cấp điện cho 13 tỉnh, thành phố nói trên Hệ thống điện miền Trung liên kết với HTĐ Quốc gia qua các đường dây và trạm biến áp sau:

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

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

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

+ Đường dây 220 kV NMĐ Formusa – T220 Ba Đồn

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

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

+ Đường dây 220 kV mạch kép T500 – Bình Long

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

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

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

1.1.1 Phụ tải Hệ thống điện miền Trung

1.1.1.1 Phân tích biểu đồ phụ tải

Để có cái nhìn tổng quan về phụ tải Hệ thống điện miền Trung, trước hết chúng ta cùng xem xét đến dạng biểu đồ phụ tải của hệ thống điện Do ảnh hưởng của đặc điểm khí hậu cũng như tình hình phát triển của nền kinh tế trong giai đoạn hiện nay, biểu đồ phụ tải HTĐ miền Trung năm 2016 như sau

Hình 1.1 Biểu đồ phụ tải HTĐ miền Trung năm 2016

Nhìn trên biểu đồ phụ tải, rất dễ dàng nhận thấy nổi bật là dạng biểu đồ rất nhấp nhô; có độ dốc rất lớn; thấp điểm ngày của HTĐ miền Trung thường rơi vào khoảng từ 2 - 4h, cao điểm sáng từ 10 - 11h và cao điểm tối từ 18 - 20h hàng ngày

1.1.1.2 Phụ Tải HTĐ miền Trung

Thống kê công suất max và min của ngày và sản lượng tổng từng ngày khu vực miền Trung trong năm 2016:

Bảng 1.1 Thống kê công suất max và min của ngày và sản lượng tổng từng ngày

khu vực miền Trung trong năm 2016

Tỉnh/Thành

Phố

Pmaxtbngày (MW)

Pmax (MW)

Pmin (MW)

Amaxngày (KWh)

Atbngày (KWh)

Từ những thống kê trên HTĐ miền Trung công suất lớn nhất vào những tháng mùa hè (tháng 7, 8), Pmax-ngày = 2.509 MW vào tháng 8, Amax-ngày = 52.135.050 KWh vào tháng 08/2016 Phụ tải lúc cao điểm và thấp điểm rất chênh lệch, nhất là vào mùa đông, do mức độ phát triển về công nghiệp, dịch vụ thấp chủ yếu phục vụ điện nông nghiệp, sinh hoạt và chiếu sáng

1.1.2 Nguồn và lưới hệ thống điện miền Trung

1.1.2.1 Nguồn điện

HTĐ miền Trung nhận điện từ các nguồn chủ yếu sau:

- Đường dây 500 kV qua 6 TBA 500kV: Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Thạnh Mỹ, Pleiku, Pleiku 2 và ĐắkNông

- HTĐ miền Bắc qua đường dây 220 KV NMNĐ Vũng Áng – T220 Đồng Hới (E1) và đường dây 220 kV NMĐ Formusa – T220 Ba Đồn

- HTĐ miền Nam qua đường dây 220 kV và 110kV:

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

+ Đường dây 220 kV mạch kép T500 – Bình Long

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

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

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

Tính đến thời điểm hiện tại HTĐ miền Trung có tổng cộng 67 NMĐ nối lên lưới 110kV, 220kV với tổng công suất là 5830 MW, trong đó gồm:

- 26 NMĐ nối vào lưới điện 220kV với tổng công suất 4373 MW

- 13 NMTĐ nối vào lưới điện 110kV có công suất đặt trên 30 MW với tổng công suất 831 MW

- 28 NMĐ thuộc quyền điều khiển A3 với tổng công suất 627 MW

- Ngoài ra còn có một số NMTĐ, NMNĐ nối vào lưới điện phân phối với tổng công suất 45 MW

- Có 131 trạm biến áp ở khu vực miền Trung, trong đó:

Hệ thống truyền tải của lưới điện miền Trung chủ yếu là các đường dây và trạm biến áp 220kV, 110kV:

- Có 70 mạch đường dây 220kV với tổng chiều dài 3.472Km

- Có 200 mạch đường dây 110kV với tổng chiều dài các đường dây 110kV là 4.117 Km

- Có 131 trạm biến áp ở khu vực miền Trung, trong đó:

+ 16 trạm 220kV: Ba Đồn (1x125MVA), Đồng Hới (2x125MVA), Đông Hà

220 (1x125MVA), Huế 220 (250+125 MVA), Hòa Khánh (2x125 MVA), Thạnh

Mỹ 220 (1x125MW), Tam Kỳ 220 (1x125MVA), Sông Tranh 2 (1x125MVA), Dung Quất 220 (1x125MVA), Quảng Ngãi 220 (1x125MVA), Quy Nhơn (250+125 MVA), Tuy Hòa 220 (2x125MW), Nha Trang (250+125MVA), Kon Tum (1x125MVA) và Krông Buk (250+125 MVA)

+ 111 trạm biến áp 110kV

1.1.2.3 Kết lưới cơ bản của hệ thống điện miền Trung

Phương thức kết lưới cơ bản của Hệ thống điện miền Trung như sau:

Các điểm mở máy cắt tại 112/T220 Thạnh Mỹ, 171/T110 Tam Quan, 172/T110 AyunPa, 171/T110 EaTam, 173/T110 ĐăkR’Lấp, 174/T110 Cam Ranh,

172/T110 Ninh Hải

Nhà máy thủy điện Đa Nhim kết nối với trạm 500kV Pleiku qua đường dây

220 KV Đa Nhim-Nha Trang-KrôngBuk-Pleiku

Bảng 1.3 Phân bố công suất dưới đây chỉ rõ nguồn cấp và khu vực nhận của HTĐ miền Trung

Hình 1.2 Sơ đồ HTĐ Lưới điện 110kV khu vực miền Trung cập nhật đến ngày 31/12/2016

Bảng 1.2 Phân bố công suất dưới đây chỉ rõ nguồn cấp và khu vực nhận của

nhà máy điện nối lưới

Nam miền Trung và

HTĐ miền Nam

Nam miền Trung (trừ Cam Ranh và Nam Cam Ranh)

1.2.1 Giới thiệu chung

Công ty Lưới điện cao thế miền Trung là đơn vị trực thuộc Tổng Công ty Điện lực miền Trung (EVNCPC), được thành lập và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 01/3/2006 (với tên gọi ban đầu là Xí nghiệp Điện cao thế miền Trung) trên cơ sở tiếp nhận quản lý vận hành lưới điện 110kV từ các Điện lực trực thuộc Công ty Điện lực

3 (năm 2006) và từ các Công ty Truyền tải điện 2, 3 (năm 2007) Bên cạnh đó, Công

ty cũng đã tiếp nhận quản lý vận hành toàn bộ các công trình lưới điện 110kV do EVNCPC đầu tư xây dựng mới trên địa bàn Từ 01/10/2010, Công ty được EVNCPC giao bổ sung nhiệm vụ quản lý vận hành các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ và thực hiện công tác kinh doanh bán điện cho các khách hàng mua điện trực tiếp tại các trạm biến áp 110kV và từ ngày 01/5/2015, Công ty được được giao quản lý dự án đầu tư xây dựng các dự án thủy điện vừa và nhỏ do EVNCPC làm chủ đầu tư

1.2.2 Chức năng và nhiệm vụ chính

- Quản lý vận hành lưới điện 110kV; các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ cùng các hệ thống công nghệ thông tin, viễn thông chuyên ngành đi kèm trên địa bàn 12

tỉnh thành phố thuộc duyên hải miền Trung và Tây Nguyên (từ Quảng Bình đến Phú Yên và Kon Tum, Gia Lai, Đăk Nông, Đăk Lăk)

- Thực hiện công tác kinh doanh dịch vụ khách hàng đối với các khách hàng mua điện trực tiếp tại các trạm biến áp 110kV

- Thi công xây lắp, sửa chữa, thí nghiệm hiệu chỉnh đối với các công trình lưới điện đến 110kV; các công trình thủy điện đến 30MW

- Thực hiện các dịch vụ tư vấn đầu tư xây dựng đối với các công trình lưới điện đến 110kV; các công trình thủy điện đến 30MW gồm: Khảo sát, thiết kế, lập

dự án đầu tư; Quản lý dự án; Giám sát thi công xây dựng; Thẩm tra; Lập HSMT

1.2.3 Mô hình tổ chức quản lý sản xuất

- Ban Giám đốc Công ty gồm Giám đốc Công ty và 4 Phó Giám đốc Công ty -Văn phòng Công ty hiện đóng tại 81-89 Nguyễn Hữu Thọ- Đà Nẵng bao gồm

10 phòng chức năng: Văn phòng, Kế hoạch, Tổ chức Nhân sự, Kỹ thuật, Tài chính

Kế toán, Vật tư, Vận hành, An toàn - Thanh tra Bảo vệ, Quản lý đầu tư, Công nghệ thông tin và Thủy điện Đây là cơ quan tham mưu cho Ban Giám đốc Công ty chỉ đạo điều hành toàn diện các mặt hoạt động của Công ty

- Các đơn vị trưc thuộc gồm:

+ 11 Chi nhánh điện cao thế tại các tỉnh, thành phố có chức năng quản lý vận hành lưới điện 110kV và một số nhà máy thủy điện dưới 2MW trên địa bàn 12 tỉnh thành phố gồm: Quảng Bình, Quảng Trị, TT-Huế, Quảng Nam-Đà Nẵng, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Gia Lai, Kon Tum, Đăk Lăk và Đăk Nông

+ 04 Xí nghiệp thủy điện quản lý vận hành 4 nhà máy thủy điện gồm A Roàng (tỉnh Thừa thiên -Huế), An Điềm (tỉnh Quảng Nam), Ry Ninh (tại tỉnh Gia Lai) và ĐrayH’linh (tỉnh Đăk Lăk)

+ Xí nghiệp Sửa chữa – Thí nghiệm đóng tại TP Đà Nẵng có chức năng nhiệm sửa sửa, xử lý sự cố, thi công xây lắp, thí nghiệm hiệu chỉnh các công trình điện đến 110kV, các công trình thủy điện…

1.2.4 Nguồn lực hiện có

- Về tài sản: Đến 31/12/2016, quy mô tài sản quản lý của Công ty gồm:

+ 87 trạm biến áp 110kV, 122 MBA với tổng dung lượng 3.481 MVA

+ 1.827 km đường dây 110kV mạch đơn và 539 km đường dây 110kV mạch kép

+ 6 nhà máy thủy điện với tổng công suất 31,7 MW

- Về nguồn nhân lực: Tính đến ngày 31/12/2016 lực lượng lao động toàn Công ty là: 1.582 người, trong đó trình độ trên đại học: 18 người, đại học: 520 người, cao đẳng: 187 người…

1.3 KẾT LUẬN

Khu vực miềnTrung có địa hình phức tạp, nhiều đồi cao, suối sâu, khí hậu khắc nghiệt, mà hệ thống truyền tải điện với cấp điện áp cao, công suất và chiều dài đường dây lớn, nên lưới truyền tải khu vực này thường phải được tách ra sửa chữa

và cũng thường xuyên xảy ra sự cố ảnh hưởng lớn đến sự tin cậy vận hành của hệ thống Hậu quả của chúng ảnh hưởng là rất nghiêm trọng đến đời sống kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng của các địa phương miền trung Chính vì thế, việc tính toán, phân tích các chế độ vận hành và đề xuất một số pháp nâng cao hiệu quả kinh

tế lưới điện 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Trung quản lý để khắc phục các tình trạng trên là cần thiết

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN,

TÌM HIỂU PHẦN MỀM PSS/E

2.1 TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN

2.1.1 Định nghĩa bài toán

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

Các phương trình chế độ xác lập, đối tượng của PF, sử dụng mô hình toán học tuyến tính cho các phần tử lưới, nhưng phi tuyến cho nguồn và phụ tải điện Sự phi tuyến này là do dạng phi tuyến của luật Kirchhoff cho dòng công suất, mà ở chế độ xác lập, thường phụ tải điện được cho bởi công suất thực P và phản kháng Q hằng

số, còn các nguồn điện thường làm việc với công suất P xác định và ở một điện áp được điều chỉnh xác định Điều này sẽ thấy rõ hơn dưới đây

Nếu gọi điện áp phức (chế độ xác lập) ở một nút lưới k là u k  vk  jwkvà dòng

điện phức phụ tải hay nguồn điện ở nút k là ik thì ta có phương trình chế độ xác lập

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

nút đất) Vì đây là ma trận hằng nên vế phải của phương trình (biểu diễn lưới điện)

là tuyến tính với um, trong khi đó nếu công suất nút được cho chứ không phải dòng nút, ta có vế trái (đặc trưng cho nguồn và tải) cho bởi *

/ ) ( pk  jqk uk là phi tuyến đối với điện áp (dấu * chỉ số phức liên hợp)

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

m m k

k k

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

Tách phần thực, phần ảo và đặt:

km m km m

B v G w k

Z

B w G v k

S

) (

) (

) (

) (

) ( )

(

k Z v k S w q

k Z w k S v p

k k

k

k k

( ) (

0 )

( ) (

2 2

2 2

k k

k k k k

k k

k k k k

w v

v q w p k Z k

w v

w q v p k S k

km m k

m

km km

m m

k k

k k

j j Y

u u

j Y

j u

j u

jq p

) exp(

) exp(

) exp(

) exp(

m k k m

km km km

m k k

Y u u q

Y u u p

) sin(

) cos(

m k k

m

km km km km

m k k

B G

u u q

B G

u u p

) sin cos

(

) sin cos

chỉ tổng lấy theo mọi nút

kể cả nút k và nút cân bằng Các phương trình này mô tả cân bằng công suất (dòng)

ở các nút và là phương trình đại số phi tuyến đối với điện áp Chú ý rằng các phương trình này không chứa biến thời gian vì ta đang xét chế độ xác lập Cũng chú

ý rằng ta đã tách phần thực và phần ảo nên tất cả các đại lượng trong phương trình đều là số thực Tuy nhiên, cũng có thể sử dụng biến phức nhờ sự trợ giúp của máy tính, vấn đề sao cho đạt hiệu quả tính toán cao hơn

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét việc giải phương trình này Trước hết nhận xét rằng vì phương trình là phi tuyến nên để giải nó ta không thể dùng phương pháp giải tích tường mimh, mà phải dùng các phương pháp số

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

mỗi nút có 4 biến thực: pk, qk, uk, k hoặc pk, qk, vk, wk Nếu cho trước 2(n+1) các đại lượng này, thì từ 2(n+1) phương trình chế độ xác lập nói trên, ta có thể xác định

2(n+1) biến còn lại Giả thiết này được thõa mãn, nếu như ta xem xét trường hợp

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

nút), còn ở nút nguồn điện cho trước công suất tác dụng P và môđun điện áp u (các

nút loại này được gọi là nút điều khiển điện áp)

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

- Phương trình tọa độ cực (2.5), (2.6) chứa một biến số là góc pha của điện áp, nhưng các phương trình này chỉ phụ thuộc vào góc tương đối giữa 2 nút

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

Như vậy, từ nhận xét thứ nhất, số ẩn góc điện áp giảm đi 1 vì phải cho trước một góc, còn từ nhận xét thứ 2 phải có một công suất P (ở nút cân bằng) là

ẩn số (biến phụ thuộc) Để cho tiện ta chọn góc ở nút cân bằng   0 , như vậy ở

nút này (một nút nguồn) sẽ cho trước u,θ thay vì cho u, P Số ẩn còn lại vẫn bằng

số phương trình

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

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

u được cho trước Đây thường là các nhà máy điện với u ddwwocj duy trì bởi thiết

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

k k

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

không biến động theo độ lệch nhỏ của điện áp trong chế độ xác lập

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

khi tính toán giải tích chế độ Nút này thường được chọn trong số các nút nguồn và ứng với nhà máy điện làm nhiệm vụ điều chỉnh tần số Tại nút cân bằng cho trước

u,θ Thông thường các chương trình PF dùng một nút cân bằng, tuy nhiên cũng có

thể xử lý bài toán giải tích trong hệ thống hợp nhất, bao gồm nhiều vùng, nhiều nút điều chỉnh tần số và công suất trao đổi (mua, bán) giữa các vùng

Một trường hợp đặc biệt của bài toán giải tích lưới điện:

Một số điểm bổ sung trong mô tả bài toán PF sẽ được xem xét ở phần sau, ở đây chỉ lưu ý một trường hợp đặc biệt hay gặp khi tính toán PF phục vụ cho nghiên cứu ổn định quá độ (transient Stability-ổn định động) hay nghiên cứu sự cố, trong

đó cần dự đoán hậu quả của một thay đổi nào đó của cấu trúc lưới (gây ra do sự cố) Nếu giả thiết rằng công suất của tất cả các máy phát điện và phụ tải điện thay đổi rất

ít sau sự cố (trong thời gian quá độ nhanh), thì việc xác định điện áp trên lưới sau sự

cố trở thành bài toán PF trong đó tất cả các nút cho trước P và Q, trừ nút cân bằng Chú ý rằng điều kiện cân bằng công suất trên lưới cũng áp dụng đối với công suất phản kháng, do đó cũng không thể cho trước Q ở tất cả các nút Như vậy nút cân bằng sẽ được cho điện áp, giống như đã xét ở trên

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

Để áp dụng phương pháp lặp Gauss-Seidel giải hệ phương trình chế độ xác lập, ta dùng phương trình cân bằng dòng nút viết cho n nút, trừ nút cân bằng đã biết điện áp u0:

m

k m

Y   1 , , Tách riêng điện áp nút k từ tổng, ta có phương trình lặp sau đây:

kk k

m

i k km i

k i

u ( 1 ) ( )    )) / 



Trong đó dòng nút k xác định theo điện áp nút ở bước lặp trước:

) )

*

k k i

k

k k i

u

jQ P



m

km i km km

i m k i

của điện áp khi tính vế phải của (2.9), tức là nếu tính toán theo thứ tự k=1,2,…thì

(2.9) thay bởi:

kk n

k m

i k km k

m

i k km i

, 1 ) 1

, 0

) 1 ( )

tế thường thì phương pháp Gauss-Seidel chỉ sử dụng có lợi cho tính toán PF trong vài bài toán ổn định hay phân tích sự cố, trong đó yêu cầu tính giải tích nhiều lần với chỉ một vài công suất nút thay đổi nhẹ Xấp xỉ ban đầu có thể lấy theo kết quả tính toán trước, tức là khá gần nghiệm Cùng với yêu cầu về độ chính xác tương đối thấp, kết quả là phương pháp lặp Gauss-Seidel có thể hội tụ nhanh

Các chương trình giải tích lưới điện thực tế cũng có thể dùng phương pháp Gauss-Seidel cho 1, 2 bước lặp đầu tiên, khi xấp xỉ còn xa nghiệm, tại đó phương pháp có tốc độ hội tụ cao như Newton-Raphson lại có khả năng hội tụ kém (xem phần sau) Bằng cách này có thể bảo đảm hơn cho sự hội tụ của tính toán, lại có thể giảm được một số bước lặp Newton-Raphson, ứng với một khối lượng tính toán khá lớn

p P Q

P

trong đó P, Q là công suất đã cho của nút, còn p, q là hàm của điện áp nút (biến x

trong (4.13)) Với dạng dòng điện (4.4) thì r = (  ,  ), x bao gồm điện áp và công suất phản kháng

Trong các phương pháp số giải tích phương trình phi tuyến, phương pháp Newton-Raphson có vị trí quan trọng Hình 2-1 minh họa quá trình giải cho trường

hợp một phương trình f(x)=0 Xuất phát từ điểm xuất phát thứ nhất (x1,f1), hàm f(x)

được tuyến tính hóa bởi đường tiếp tuyến tại điểm này, từ đó xác định nghiệm của

phương trình tuyến tính hóa, và ta được xấp xỉ thứ 2 (x2,f2) tốt hơn

Hình 2.1 Đồ thị minh họa quá trình giải cho trường hợp một phương trình f(x)=0

Quá trình được tiếp tục và hội tụ đến nghiệm của phương trình phi tuyến

f(x)=0 Phương trình của đường tiếp tuyến tại x1 là số hạng tuyến tính của triển khai

Taylor của hàm f(x) tại x1 và có dạng:

) ( )

( )

1

x x dx

df x

f x f

)(

( 1 1 1

' x x  x  f 

f , trong đó f'( x1) là đạo hàm f tại x1

Áp dụng vào hệ phương trình cân bằng công suất nút dạng (2.13), (2.14) ta có

phương trình tuyến tính hóa cần giải ở một bước lặp i là:

i i i

) ( )

' '

i

i i

i

x q

x p x r

2.1.3.2 Jacobian của các phương trình chế độ xác lập:

Ma trận Jacobian có vai trò quan trọng trong thuật toán giải bằng phương pháp Newton-Raphson Vì phương trình cho p và q là phi tuyến đối với ẩn x (điện áp) nên ma trận này, xác định theo (2.6), phụ thuộc vào chế độ làm việc (điện áp) và do

đó thay đổi từ bước lặp này sang bước lặp khác Sau đây sẽ dẫn ra biểu thức cho các phần tử của ma trận đạo hàm riêng này bằng cách lấy đạo hàm trực tiếp các phương trình chế độ xác lập

Bắt đầu bằng phương trình ở tọa độ cực (2.5), (2.6) được dẫn lại tại đây:

) (

) cos sin

(

) sin(

) (

) sin cos

(

) cos(

2 2

2 2

trinh phuong n

G u B

G u u

G u Y

u u q

trinh phuong n

G u B

G u u

G u Y

u u p

c kk k k

m

km km

km km m k

kk k k

m

km km km

m k k

kk k k

m

km km km km m k

kk k k

m

km km km

m k k

(

) sin(

/

km km km km m k

km km km m k m k

B G

u u

Y u u p

m k km

km km km m k m k

km km km m k m k k k

p B

G u u

Y u u p

) / ( )

cos sin

(

) sin(

(

) cos(

/

km km km km k

km km km k m k

B G

u

Y u u p

m k kk

k km km km km m k m kk k

km km km m k m kk k k k

u p G

u B

G u G

u

Y u G

u u p

) / ( 2

) sin cos

( 2

) cos(

2 /

(

) cos(

/

km km km km m k

km km km

m k m k

B G

u u

Y u u q

m k km

km km km m k m k

km km km

m k m k k k

q B

G u u

Y u u q

) / ( )

cos cos

(

) cos(

) cos sin

(

) sin(

/

km km km km k

km km km k m k

B G

u

Y u u q

m k kk

k km

km km km m k m kk k

km km km m k m kk k k

k

u q G

u B

G u G

u

Y u G

u u

q

/ ( 2

) cos sin

( 2

) sin(

2 /

kk k k m

k k

kk k k m k k

) / (

kk k k kk k k k k

k

u (  /  )  (  /   )  2 2   2 (2.18)

) / ( ) /

kk k k kk k k k k

k

u (  /  )   (  /   )  2 2   2

m k m k

u (  /  )   /  

Nhận xét rằng, việc tính toán Jacobian sẽ đơn giản hơn nếu áp dụng các công

thức trong (2.18) Như ta thấy, các phần tử đường chéo có thể tính theo pk và qk, và

có thể đơn giản hóa thay thế gần đúng pk và qk bởi Pk và Qk (công suất nút đã cho) Nếu gần nghiệm xấp xỉ này là tốt

Bây giờ ta biểu diễn ma trận J dưới dạng khối gồm 4 ma trận con :

u p p

J J

J J J

/ /

/ /

4 3

2 1





Kích thước các ma trận như sau: J1(nxn), J2(nxnc), J3(ncxn), J4(ncxnc) Từ (2.18) ta có quan hệ giữa các khối con như sau:

) , ( 2

) , (

1 4

1 4

m k J m k J u

k k J q k k J u

m

k k

, (

) , ( 2

) , (

3 2

3 2

m k J m k J u

k k J p k k J u

m

k k

Tiếp theo, chúng ta xem xét phương trình chế độ xác lập ở tọa độ vuông góc (2.3), (2.8) được viết lại như sau:

) (

) (

) (

) ( 2 2

trinh phuong n

B w G w w B w G v v G w v p

k m

km m km m k k

m

km m km m k kk k k

) (

) (

) ( 2 2

trinh phuong n

B w G w v B w G v w B w v q

c

k m

km m km m k

k m

km m km m k kk k k

2 2 2

trinh phuong n

w v

Jacobian tương ứng có các phần tử sau:

km m km m kk

k k

km k km k m

km m km m kk

k k

km k km k m

km m km m kk

k k

m k m

km m km m kk

k k

m k m

k k

u2/   2



k k

u2/   2



Kích thước của ma trận ở đây là 2n, lớn hơn khi dùng tọa độ cực, nhưng các

phần tử không chứa các hàm lượng giác là các đại lượng đòi hỏi nhiều thời gian tính toán

Cũng dùng tọa độ vuông góc, nhưng với phương trình ở dạng dòng điện (2.4) thì Jacobian đơn giản hơn nhiều, đặc biệt các phần tử ngoài đường chéo của các khối đều là hằng số:

4

2 2

) (

2 /

k

k k k k k k kk k k

u

w v p w v q G

) (

2 /

k

k k k k k k kk k

k

u

w v q w v p B

) (

2 /

k

k k k k k k kk k k

u

w v q w v p B

) (

2 /

k

k k k k k k kk k k

u

w v p w v q G



km m k m

k  v    w  G

km m

k m

k  w    v   B

2.2 TÌM HIỂU PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PSS/E

2.2.1 Giới thiệu chung

Phần mềm PSS/E viết tắt từ tên gọi Power System Simulator for Engineering,

là sản phẩm của hãng Power Technologies, INC- một hãng phần mềm nổi tiếng của

Mỹ Từ khi được giới thiệu vào năm 1976, PSS/E đã trở thành công cụ phần mềm

chuẩn trong tính toán lưới điện và được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng (trên

115 quốc gia)

PSS/E là tổ hợp chương trình đầy đủ, hỗ trợ cho việc mô phỏng, phân tích và đánh giá khách quan hiệu suất hệ thống điện Nó cung cấp cho người sử dụng các thành tựu tốt nhất và những phương pháp đã được chứng minh trong nhiều lĩnh vực công nghệ Hiện nay phần mềm PSS/E đang được ngành điện ở Việt Nam sử dụng

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

Vì tính ưu việt của phần mềm PSS/E nên chọn phần mềm này để sử dụng tính toán cho đề tài luận văn

2.2.2 Nghiên cứu các tính năng của phần mềm PSS/E

2.2.2.1 Các chức năng chính của chương trình PSS/E

Chương trình PSS/E là chương trình mô phỏng hệ thống điện trên máy tính nhằm mục đích tính toán nghiên cứu phục vụ cho vận hành cũng như qui hoạch hệ thống điện Các tính toán phân tích hệ thống mà chương trình có khả năng thực hiện

bao gồm:

- Tính toán trào lưu công suất

- Tối ưu hóa trào lưu công suất

- Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng

- Tương đương hóa hệ thống

- Mô phỏng quá trình quá độ điện cơ

Chương trình PSS/E được tổ chức theo sơ đồ khối chính sau:

Hình 2.2 Sơ đồ tổ chức chương trình

2.2.2.2 Các bài toán của PSS/E

Chương trình phần mềm PSS/E có tất cả 10 bài toán sau:

- Phân bố công suất- Power Flow

- Phân tích động- Dynamics

PSSLF

Các chức năng phụ khác:

 khởi tạo file

số liệu mới

 xuất dữ liệu ở các dạng khác nhau…

Đưa dữ liệu đầu vào và lấy kết quả đầu ra từ

chương trình PSS/E

 Dữ liệu đầu vào để tính trào lưu công

suất: huy động nguồn, phụ tải của các

trạm…

 Các dữ liệu cơ bản: mô phỏng đường

dây, máy biến áp…

 Kết quả tính toán trào lưu công suất

Tính toán trào lưu

công suất

Kết quả tính toán

 Các dữ liệu HTĐ

 Trào lưu công suất HTĐ

 Kiểm tra các giới hạn

 Hiển thị kết quả qua sơ đồ

Thay đổi các dữ liệu đầu vào

Trào lưu công suất

Biến đổi dữ liệu:

 Biến đổi dữ liệu của máy phát / phụ tải

 Tương đuơng hóa hệ thống

 Đánh số lại các nút

 Tạo ra các ma trận toán học của hệ thống điện

 Nghiên cứu

các loại sự cố

- Phân bố công suất cải tiến- Load Flow Enhancement

- Tính toán ngắn mạch bất đối xứng- Unbalanced Fault Analysis (Short Circuit)

- Tính hằng số đường dây truyền tải và thuộc tính đường dây- Transmission Line Constant Calculation (TMLC) and Line Properties (LINEPROP)

- Phân tích hệ thống tuyến tính- Linear System Analysis (LSYSAN)

- B-Matrix

- Phân bố công suất tối ưu- Optimal Power Flow (OPF)

- Model Library Source

- Các chương trình WSCC

2.2.2.3 Các khía cạnh quan trọng của chương trình PSS/E

Chương trình PSS/E có ba khía cạnh quan trọng sau:

 Cho phép ta tạo các thư viện để mô tả rõ ràng các điều kiện của hệ thống và các vấn đề cần khảo sát

 Khả năng thực hiện của từng chức năng giúp ta đạt được những kết quả mong muốn trong bài toán trào lưu công suất, mô phỏng và tính toán ngắn mạch

 Cho ta biết tiến trình cài đặt mô hình động của hệ thống cần mô phỏng

2.2.2.4 Các thao tác vận hành chương trình PSS/E

- Người sử dụng PSS/E cần có nhiều loại thao tác trên máy tính chủ, một trong những điều này là:

 Tạo và điền vào các “file” để dùng làm đầu vào cho PSS/E

 Biên dịch và kết nối các thủ tục kết nối nhỏ (CONEC, CONET, USRXXX, USRLOD và USRREL) và bất kì các mô hình thiết bị mô hình mô phỏng động mà người sử dụng viết vào trong phần chính của chương trình PSS/E

 Chạy các chương trình trong PSS/E

 Nhận biết rõ các file bao gồm: input data file, Saved case file, Snapshot file

và Chanel output file Soạn ra bản liệt kê các tên và nội dung của những file này

 Tập hợp tất cả các dữ liệu trào lưu công suất và thiết lập một hoặc nhiều Saved Case files về trào lưu công suất trước khi tiến hành vịêc mô phỏng

 Tiếp tục phát triển những dữ liệu và các subroutine vào các chức năng mô phỏng động của chương trình PSS/E

 Đọc dữ liệu mô phỏng vào bộ nhớ làm việc của PSS/E và thiết lập một hoăc nhiều điều kiện đầu hợp lí của Snapshot Files tương ứng vào Saved case Files

 Sử dụng các chương trình phụ trợ VAV, IMD và các chức năng ESTR, ERUN, GSTR và GRUN để kiểm tra các dữ liệu mô phỏng

 Cho chạy chương trình trào lưu công suất và chương trình mô phỏng, tạo các Saved case và Snapshot File cần thiết để cho phù hợp với điều kiện của hệ thống trong suốt quá trình khảo sát Người sử dụng nên tạo, hoàn chỉnh và truy suất các Saved case và Snapshot Files thành từng cặp tương ứng

 Trước khi bắt đầu sử dụng chương trình PSS/E, nguời sử dụng cần tạo những file dữ liệu đầu vào cần thiết cho các mục của PSS/E

2.2.2.5 Thành lập mạng điện trên PSS/E

Như đã nêu ở trên, PSS/E đã có những cải tiến về mặt thân thiện với người sử dụng thể hiện qua phân hệ Grid Editor Trong Grid Editor người sử dụng có thể vẽ

sơ đồ đơn tuyến của lưới điện khá dễ dàng và trực quan hơn theo kiểu “kéo thả”

2.2.2.5.1 Các bước mở phân hệ Grid Editor

- Vào thanh menu “Start” để khởi động phần mềm, chọn phân hệ Power Flow Trên màn hình xuất hiện giao diện của phân hệ Power Flow

Hình 2.3 Phân hệ Power Flow

- Vào “File” chọn mục “New” để tạo một sự kiện mới Trên màn hình xuất hiện hộp thoại “Build New Case”

Hình 2.4: Hộp thoại “Build New Case”

- Dòng đầu tiên: công suất cơ bản đƣợc chọn để tính toán là 100MVA

- Hai dòng còn lại: hai dòng chú thích cho file số liệu (có thể không cần nhập hai dòng này)

 Nhấn “OK” để tạo một sự kiện mới

- Tiếp theo vào mục “ Grid” và chọn “Launch Grid Editor”

Hình 2.5 Chọn “Launch Grid Editor” trên giao diện “Power Flow”

- Màn hình của phân hệ “Grid Editor” xuất hiện

Hình 2.6 Phân hệ “Grid Editor”

- Nhấp vào biểu tượng , màn hình xuất hiện hộp thoại

- Chọn “Diagram” và nhấn “OK”, màn hình vẽ sơ đồ xuất hiện Có thể nhấp vào biểu tượng để tạo lưới giúp cho việc thể hiện sơ đồ được dễ dàng và chính xác hơn

Hình 2.7 Màn hình vẽ sơ đồ đơn tuyến trong “Grid Editor”

Progress View

Equipment View Diagram View

Màn hình “ Grid Editor ” gồm có 4 cửa sổ chính:

 Diagram View (luôn luôn xuất hiện)

 Equipment List View (chúng ta có thể hiển thị hoặc ẩn đi bằng cách nhấp

Mỗi phần mềm đều có những ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau Phần mềm PSS/E là phần mềm mạnh, có hầu hết các chức năng phân tích hệ thống điện và được sử dụng rộng rãi của chương trình PSS/E trong ngành điện Việt Nam

Do đó tác giả lựa chọn phần mềm PSS/E làm chương trình tính toán mô phỏng cho

đề tài

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

3.1 MỞ ĐẦU

Hệ thống điện vận hành tin cậy là hệ thống điện trong các chế độ vận hành phải thỏa mãn các điều kiện sau đây:

- Ở chế độ vận hành bình thường thì:

Phải đáp ứng tất cả nhu cầu phụ tải

Tần số nằm trong giới hạn cho phép 50  0.2Hz

Điện áp thanh góp nằm trong giới hạn cho phép

Không có thiết bị nào bị quá tải

- Ở chế độ vận hành khi có sự cố thì sau khi xảy ra sự cố: Tần số, điện áp, góc pha phải quay về ổn định trong giới hạn cho phép, sau thời gian cho phép

Dựa vào chương trình PSS/E mô phỏng tính toán hệ thống điện ta tiến hành tính toán phân tích, đánh giá cho hệ thống điện 110kV khu vực miền Trung

Để khảo sát đánh giá độ tin cậy vận hành của hệ thống điện miền Trung, ta xét

1 số sự cố nguy hiểm nhất và ảnh hưởng đến cả hệ thống 110kV cũng như máy phát nối vào lưới 110kV Thực tế, đối với hệ thống điện 110kV miền Trung sự cố nguy hiểm nhất là các sự cố trên các mạch vòng có phụ tải lớn và có các nhà máy điện đấu nối trực tiếp vào lưới 110kV Cụ thể ta xét các sự cố điển hình như sau:

- Sự cố đường dây 110kV mạch vòng Nha Trang - Ninh Hòa

- Sự cố đường dây 110kV mạch vòng Krông Buk - Buôn Ma Thuột

Trong các trường hợp sự cố nêu trên, ta sẽ tính toán tổn thất, kiểm tra giá trị điện áp, tần số, mức độ mang tải của hệ thống 110kV; tìm ra các chế độ nguy hiểm của hệ thống để có các biện pháp thích hợp nhằm nâng cao độ tin cậy vận hành cho

35kV tại các TBA 110kV Phụ tải được đưa ra để tính toán dựa trên dự báo phụ tải của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Trung (Dự báo phụ tải HTĐ miền Trung năm 2017 theo phương án cơ sở); Chế độ huy động nguồn gồm công suất phát của các nhà máy phát lên cấp điện áp 110kV, công suất nhận từ các TBA 220kV, 500kV dựa trên kế hoạch huy động nguồn tại “Phương thức vận hành hệ thống điện mùa khô năm 2016” của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia Kết lưới cơ bản của hệ thống điện miền Trung như “Phương thức vận hành hệ thống điện miền Trung theo ngày điển hình mùa khô năm 2016” như sau:

- MC 274/Hà Tĩnh; 271/Đà Nẵng; 112/Mộ Đức; 175/Đa Nhim; 172/Ninh Hải; 172/Bù Đăng: cắt

- Trạm 500kV Pleiku nối vòng qua các trạm 220kV KrôngBuk, Nha Trang, Đa Nhim với hệ thống điện miền Nam (trạm 500kV Di Linh)

- Các mạch vòng 220-110kV: Đà Nẵng-Hòa Khánh, Hòa Khánh-Huế, Đồng Hới, Pleiku-KrôngBuk-Nha Trang220–Tuy Hòa220-Quy Nhơn220

Huế-3.2.1.2 Sơ đồ tính toán

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

3.2.2 Điều kiện tính toán

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

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

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

3.2.3 Tính toán phân tích, đánh giá các chế độ vận hành của hệ thống điện 110kV khu vực miền Trung (kết quả tính toán như phụ lục 3)

3.2.3.1 Khi hệ thống vận hành bình thường (chế độ 1)

a Kết quả tính toán tổn thất công suất:

- Tổn thất trong lưới :  P = 33,4 MW

- Tỷ lệ tổn thất:  P%= 2,23%

b Kiểm tra điện áp tại các nút:

b.1 Nút điện áp thấp : U < 0.95pu

Không có nút nào có điện áp dưới 0.95pu

b2 Nút điện áp cao : U > 1.05pu

Một số nút ở gần nhà máy có điện áp lớn hơn 1.05pu, như bảng 3.1

Bảng 3.1 Các nút có điện áp lớn hơn 1.05pu ở chế độ 1

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

- Không có phần tử nào bị quá tải Như bảng 3.2

Bảng 3.2 Các phần tử mang tải lớn hơn 70% ở chế độ 1

(MVA)

Tỉ lệ mang tải (%)

11 ĐZ110kV Tuy Hòa – Tuy Hòa 1 83,97 84

12 ĐZ110kV Krông Buk– Buôn Ma Thuột 87,8 88,9

d Phân tích, đánh giá:

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

Hình 3.1 Trào lưu công suất và điện áp ở chế độ bình thường (Bắc miền Trung)

Hình 3.2 Trào lưu công suất và điện áp ở chế độ bình thường (Nam miền Trung)

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

a Kết quả tính toán tổn thất công suất:

- Tổn thất trong lưới :  P = 35,7 MW

- Tỷ lệ tổn thất:  P%= 2,38%

b Kiểm tra điện áp tại các nút:

b.1 Nút điện áp thấp : U < 0,95pu

Có 2 nút có điện áp dưới 0.9 pu, như bảng 3.3

Bảng 3.3 Các nút có điện áp dưới 0.9pu ở chế độ 2

b2 Nút điện áp cao : U > 1,05pu

- Không có nút nào có điện áp > 1,05pu

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

- Không có đường dây nào bị quá tải, như bảng 3.4

Bảng 3.4 Các phần tử mang tải lớn hơn 70% ở chế độ 2

(MVA)

Tỉ lệ mang tải (%)

d Phân tích, đánh giá:

Trong chế độ sự cố ĐZ 110kV Nha Trang - Ninh Hòa, có 02 nút có điện áp dưới 0.9pu, gây quá tải đường dây 110kV Tuy Hòa – Hòa Hiệp Tổn thất truyền tải 35,7MW (Tỷ lệ 2,38%) Trào lưu công suất và điện áp cụ thể các nút như trên hình 3.4 (Nam miền Trung)