NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN LẮP ĐẶT THIẾT BỊ BÙ ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV KHU VỰC MIỀN TRUNG GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2025

Các Nhà máy điện có công suất lắp đặt lớn phân bố không đồng đều giữa các khu vực trên lãnh thổ Việt Nam và chế độ vận hành các nhà máy cũng khác nhau; đồng thời biểu đồ phụ tải ở các tĩ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN XUÂN CHUNG

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN LẮP ĐẶT THIẾT BỊ BÙ

ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV KHU VỰC MIỀN TRUNG GIAI ĐOẠN

ĐẾN NĂM 2025

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN XUÂN CHUNG

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN LẮP ĐẶT THIẾT BỊ BÙ

ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV KHU VỰC MIỀN TRUNG GIAI ĐOẠN

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

Nguyễn Xuân Chung

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN LẮP ĐẶT THIẾT BỊ BÙ

ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV KHU

VỰC MIỀN TRUNG GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2025

Học viên: Nguyễn Xuân Chung Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.52.02.02 Khóa: 2015-2017.Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, HTĐ ngày càng trở lên

rộng lớn về quy mô, phức tạp trong tính toán thiết kế nên khi vận hành rất gần với giới hạn ổn định làm tăng nguy cơ sụp đổ điện áp (SĐĐA) làm mất ổn định HTĐ Luận văn khảo sát điện áp theo các chế độ vận hành HTĐMT 500kV giai đoạn đến năm 2025, kết quả cho thấy điện áp tại nút 500kV Thạnh Mỹ (TMY) là nguy hiểm nhất với giá trị chỉ đạt 468kV và có độ dốc SĐĐA cực kỳ lớn đạt 30,7V/MW dễ gây mất ổn định HTĐ Để nâng cao ổn định Luận văn đã tính toán phân tích và kết quả sử dụng thiết bị FACTS

mà cụ thể là SVC đặt tại nút TMY với QSVC= ± 450MVAr Kết quả đạt được đáng kể: (i) điện áp tại nút TMY tăng khoảng 32kV đồng thời các nút khác nằm trong giới hạn vận hành cho phép; (ii) độ dốc SĐĐA khu vực giảm khoảng 6,3 V/MW; (iii) dự trữ công suất tác dụng tăng lên khoảng 5% và (iv) dự trữ công suất phản kháng khu vực tăng lên đến 362,6 MVAr đảm bảo HTĐ vận hành tin cậy, an toàn và phát huy truyền tải lượng công suất dư thừa từ miền Bắc vào miền Nam

Từ khóa - HTĐ miền Trung, giai đoạn đến năm 2025, Facts, SVC, ổn định điện áp

RESEARCH, CALCULATION OF COMPENSATOR EQUIPMENT

INSTALLATION TO ENHANCE THE VOLTAGE STABILIZATION FOR 500KV POWER SYSTEM OF THE CENTRAL REGION TILL 2025

Abstract - Along with the development of the national economy, power system (PS)

is becoming larger in size and more complex in design calculation, so when operating, it

is very close to the stable limit which can increase the risk of voltage collapse (VC) and destabilize the PS The thesis made survey on voltage according to the operating modes

of 500kV PS in the Central region to 2025 and the results showed that the voltage at the TMY bus is the most weak with a value of only 468kV and slope VC is extremely high reaching 30.7V/MW, which can cause instability to the PS To improve stability, the thesis calculated, analyzed the use of FACTS device, namely SVC at TMY bus with

QSVC=±450MVAr Significant results were achieved: (i) the voltage at the TMY bus increased to about 32kV while other buses were within acceptable operating limits; (ii) slope VC of the area decreased around 6.3 V/MW; (iii) the coefficient of active power storage increased by about 5%; and (iv) the reactive power storage in the area increased

to 362.6 MVAr to ensure reliable and safe operation of PS, enhancing the surplus capacity transmission from the North to the South

Keywords – Power system, the period to 2025, Facts, SVC, voltage stabilization

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

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

6 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2025 VÀ CÁC SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 4

1.1 HIỆN TRẠNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG 4

1.1.1 Cơ sở về số liệu 4

1.1.2 Hiện trạng phụ tải 4

1.1.3 Hiện trạng nguồn điện 4

1.1.4 Hiện trạng lưới điện truyền tải 4

1.1.5 Hiện trạng bù công suất phản kháng trên HTĐMT 5

1.2 KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2025 5

1.2.1 Cơ sở về số liệu 5

1.2.2 Dự báo nhu cầu phụ tải 5

1.2.3 Chương trình phát triển nguồn điện 6

1.2.4 Chương trình phát triển lưới điện 6

1.2.5 Các ưu điểm, nhược điểm và các tồn tại cần khắc phục 6

1.3 SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 7

1.3.1 Các nguyên nhân của sự cố trong hệ thống điện 7

1.3.2 Cơ chế xảy ra sự cố sụp đổ điện áp gây tan rã hệ thống điện 9

1.3.3 Sự cố thường xảy ra trong HTĐ Việt Nam 9

1.4 KẾT LUẬN 10

CHƯƠNG 2 ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ PHẦN MỀM PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN 12

2.1 ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 12

2.1.1 Ổn định điện áp 12

2.1.2 Các nguyên nhân sụp đổ điện áp 13

2.2 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 14

2.3 CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 14

2.3.1 Đặt vấn đề 14

2.3.2 Phần mềm PSS/ADEPT 15

2.3.3 Phần mềm PSS/E 15

2.3.4 Phần mềm CONUS 17

2.3.5 Phần mềm POWERWORLD SIMULATOR 17

2.4 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 18

2.5 XÂY DỰNG DỮ LIỆU TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN CHO PHẦN MỀM PSS/E 18

2.5.1 Các file trong PSS/E 18

2.5.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu HTĐMT vào phần mềm PSS/E 19

2.5.3 Xây dựng các file dữ liệu cho phân tích PV, QV 22

2.5.4 Ưu và nhược điểm của chương trình PSS/E 23

2.6 GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 23

2.6.1 Giới thiệu chung 23

2.6.2 Những lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS 24

2.6.3 Phân loại thiết bị FACTS 25

2.6.4 Ứng dụng thiết bị FACTS trong phần mềm PSS/E 32

2.7 KẾT LUẬN 33

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV KHU VỰC MIỀN TRUNG 35

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 35

3.2 LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN 35

3.2.1 Giới thiệu các chế độ vận hành 35

3.2.2 Khảo sát điện áp tại các nút ở chế độ làm việc bình thường giai đoạn đến năm 2025 37

3.2.3 Khảo sát điện áp tại các nút ở các chế độ sự cố N-1 40

3.2.4 Tóm lại 47

3.3 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH PV-QV ĐỂ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV MIỀN TRUNG 47

3.3.1 Khảo sát đặc tính P-V tại các nút 500kV trong trường hợp vận hành bình thường và sự cố 47

3.3.2 Đặc tính P-V trong trường hợp vận hành bình thường 48

3.3.3 Đặc tính P-V trong trường hợp sự cố N-1 52

3.3.4 Khảo sát đặc tính Q-V tại các nút 500kV khu vực miền Trung trong trường hợp vận hành bình thường và sự cố 59

3.4 KẾT LUẬN 63

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP Ở HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2025 64

4.1 GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 64

4.1.1 Các phương pháp điều chỉnh điện áp 64

ĐỂ GIỮ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN NẰM TRONG GIỚI HẠN CHO PHÉP CÓ THỂ ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NHƯ SAU: 64

4.1.2 Cơ sở tính toán dung lượng bù SVC 65

4.1.3 Tính toán lựa chọn vị trí và dung lượng SVC lắp đặt cho HTĐ miền Trung 65

4.2 KIỂM TRA KẾT QUẢ SAU KHI LẮP ĐẶT THIẾT BỊ SVC 68

4.2.1 Đặt vấn đề 68

4.2.2 Tính toán ổn định điện áp sau khi lắp đặt thiết bị SVC 69

4.2.3 Phân tích ổn định điện áp sử dụng đặc tính P-V và Q-V sau khi lắp đặt thiết bị SVC tại nút 500kV Thạnh Mỹ 70

4.2.4 So sánh kết quả trước và sau khi đặt thiết bị SVC 73

4.5 KẾT LUẬN 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

EVN : Tập đoàn điện lực Việt Nam

FACTS : Flexible AC Transmission System (Hệ thống truyền tải điện

xoay chiều linh hoạt) HTĐ : Hệ thống điện

HTĐMT : Hệ thống điện miền Trung

HTĐQG : Hệ thống điện Quốc gia

MBA : Máy biến áp

MC : Máy Cắt

NMTĐ : Nhà máy Thủy điện

PECC2 : Công ty CP tƣ vấn xây dựng điện 2

PSS/E : Power System Simulator for Engineering

PTC : Công ty Truyền tải điện

SVC : Static Var Compensator (Thiết bị bù công suất phản kháng

tĩnh) TBA : Trạm biến áp

TC : Thanh cái

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

1.1 Phụ tải HTĐQG và các miền năm 2015-2016 4

1.2 Khối lượng lưới điện truyền tải miền Trung đến năm

1.3 Bảng thống kê dung lượng bù các TBA 220kV HTĐMT 5

1.4 Dự báo nhu cầu phụ tải toàn quốc và miền Trung đến năm

3.10 Độ dốc sụp đổ điện áp khi sự cố ĐD 500kV Đăk Nông –

2.10 Sơ đồ kết nối bộ STATCOM với hệ thống điện 31 2.11 Sơ đồ kết nối SSSC với hệ thống điện 31

2.14 Lắp đặt thiết bị FACTS tại bus tính toán 33 3.1 Biểu đồ điện áp ở chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu 39 3.2 Chênh lệch điện áp giữa chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu 39

3.3 Biểu đồ điện áp tại các nút khi sự cố ĐD Đăk Nông – Cầu

3.7 Biểu đồ điện áp tại các nút khi sự cố MBA 500kV Thạnh Mỹ 44

3.8 Độ chênh lệch điện áp tại các nút khi sự cố MBA 500kV

Số hiệu

3.13 Đặc tính PV của các nút ở chế độ bình thường năm 2017 50 3.14 Đặc tính PV của các nút ở chế độ bình thường năm 2020 51 3.15 Đặc tính PV của các nút ở chế độ bình thường năm 2025 51

3.16 Biểu đồ độ dốc sụp đổ điện áp khi sự cố ĐD 500kV Đăk

3.17 Đặc tính P-V khi sự cố ĐD 500kV Đăk Nông- Cầu Bông

4.9 Độ tăng độ dự trữ công suất phản kháng sau khi đặt SVC tại

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hệ thống truyền tải điện 500kV nước ta những năm qua cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước đã có nhiều chuyển biến, phát triển nhanh về quy mô lưới điện Do tính đặc thù về phân bố nguồn điện không đồng đều giữa các miền, khu vực trong cả nước và tính chất phụ tải ngày tại các nút thay đổi gần 100% giữa cao điểm và thấp điểm nên điện áp trên lưới truyền tải 500kV biến động trong phạm vi rộng

Các Nhà máy điện có công suất lắp đặt lớn phân bố không đồng đều giữa các khu vực trên lãnh thổ Việt Nam và chế độ vận hành các nhà máy cũng khác nhau; đồng thời biểu đồ phụ tải ở các tĩnh, thành phố rất đa dạng nên kết quả trong quá trình vận hành trào lưu công suất trên hệ thống điện thay đổi lớn làm cho điện áp hệ thống điện 500kV biến động lớn, kết quả ảnh hưởng đến:

i) Khi điện áp trên thanh góp 500kV biến động sẽ làm tăng tổn thất công suất và điện năng ở lưới 220kV và 110kV;

ii) Khi điện áp biến động mạnh sẽ tăng nguy cơ sụp đổ điện áp, mất ổn định hệ thống và nguy hiểm hơn làm tan rã lưới cục bộ gây ảnh hưởng nghiêm trọng hệ thống điện Quốc gia;

iii) Hiện nay, hệ thống Truyền tải điện miền Trung cấp điện cho 13 tỉnh và thành phố, liên kết với hệ thống đường trục 500kV qua các trạm biến áp 500kVĐà Nẵng, Dốc Sỏi, Thạnh Mỹ, Pleiku, Pleiku 2, Yaly và Đắk Nông; Tổng công suất nguồn khoảng 2.417 MW và Phụ tải chiếm tỷ lệ khoảng 10% so với phụ tải của hệ thống điện Quốc gia Do đó, nhận thấy rằng hệ thống Truyền tải khu vực miền Trung vừa làm nhiệm vụ cấp điện đủ cho khu vực lại vừa phải đóng vai trò làm nút trung gian để chuyển tải công suất từ miền Nam ra miền Bắc và ngược lại cho nên giữ được ổn định điện áp tại các nút này sẽ nâng cao ổn định cho hệ thống

Để giữ ổn định điện áp cho hệ thống điện, có thể áp dụng rất nhiều giải pháp, trong đó phổ biến như: Điều chỉnh kích từ của các tổ Máy phát điện; Điều chỉnh đầu phân áp của Máy biến áp; Điều chỉnh điện áp cuối đường dây bằng Máy biến áp bổ trợ cùng với Máy biến áp điều chỉnh; Thực hiện bù ngang bằng Kháng điện hoặc Tụ bù; Thực hiện bù dọc bằng Kháng điện hoặc Tụ bù

Xuất phát từ các vấn đề trên, em chọn đề tài “Nghiên cứu, tính toán lắp đặt thiết

bị bù để nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện 500kV khu vực Miền trung giai đoạn đến năm 2025”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính là: Tính toán, lựa chọn vị trí và dung lượng bù hợp lý tại các nút 500kV khu vực miền Trung để nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện 500kV Việt Nam

3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Hệ thống điện Truyền tải 500kV khu vực miền Trung giai đoạn đến năm 2025;

- Các Thiết bị bù công suất phản kháng trên hệ thống điện;

- Vấn đề ổn định điện áp theo chế độ vận hành

3.2 Phương pháp nghiên cứu:

- Tính toán phân tích biến động điện áp tại các nút 500kV khu vực miền Trung theo chế độ vận hành;

- Tính toán lựa chọn vị trí và dung lượng bù hợp lý để nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện khu vực miền Trung;

- Luận văn sử dụng phần mềm đang được sử dụng phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam để tính toán là phần mềm PSS/E

4 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập số liệu cập nhật cho phần mềm PSS/E;

- Tính toán các chế độ vận hành của lưới điện Truyền tải 500kV và phân tích các đặc tính sụp đổ điện áp để xác định các nút nguy hiểm;

- Tính toán, lựa chọn vị trí và dung lượng bù thích hợp để nâng cao ổn định cho

hệ thống truyền tải khu vực miền Trung;

- Kiểm tra hiệu quả các giải pháp bù được đề xuất

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Qua kết quả của đề tài cho ta được những thông tin các nút của hệ thống 500kV khu vực miền trung ở các chế độ có thể gây biến động điện áp lớn và sử dụng giải pháp để cải thiện, giúp cho Hệ thống vận hành an toàn và tin cậy hơn

Các giải pháp được đề cập ở luận văn này có thể ứng dụng thực tế nhằm nâng cao ổn định điện áp trên hệ thống 500kV

6 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của đề tài được tổ chức thành 4 chương Bố cục của nội dung chính của luận văn gồm:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện miền Trung giai đoạn đến năm 2015 và các sự cố trong Hệ thống điện

Chương 2: Ổn định điện áp và phần mềm phân tích Hệ thống điện

Chương 3: Tính toán và phân tích các chế độ làm việc của Hệ thống điện 500kV khu vực miền Trung

Chương 4: Giải pháp nâng cao chất lượng điện áp ở Hệ thống điện 500kV khu vực miền Trung

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG

GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2025 VÀ CÁC SỰ CỐ TRONG

Pmax [MW]

Tăng so với 2015

A năm [tr.kWh]

A năm [tr.kWh]

Atbngày [tr.kWh]

1.1.3 Hiện trạng nguồn điện

Đến cuối tháng 12 năm 2016, tổng công suất đặt của các nhà máy điện trong HTĐMT đạt xấp xỉ 6.135,35 MW chiếm 15,6% tổng nguồn điện HTĐQG Trong đó: (i) 15 NMTĐ có công suất đặt trên 300MVA; (ii) 19 NMTĐ có công suất đặt từ (100-300) MVA và (iii) 6 NMTĐ có công suất đặt dưới 100MVA; còn lại là các NMTĐ nhỏ với tổng công suất đặt chiếm khoảng 780MVA

1.1.4 Hiện trạng lưới điện truyền tải

Phần lưới điện truyền tải 500kV và 220kV do Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia quản lý, theo thống kê tổng khối lượng đường dây và trạm biến áp HTĐMT đến năm 2016 như sau:

Bảng 1.2 Khối lượng lưới điện truyền tải miền Trung đến năm 2016

1.1.5 Hiện trạng bù công suất phản kháng trên HTĐMT

Khu vực miền Trung có 03 TBA 220kV đã lắp đặt tụ bù ngang, tổng dung lượng lắp đặt tụ bù ngang toàn lưới miền Trung là 106.7 MVAr Bảng thống kê dung lượng

bù hiện hữu trên lưới điện 220kV khu vực miền Trung như sau:

Bảng 1.3 Bảng thống kê dung lượng bù các TBA 220kV HTĐMT

lượng (MVAr )

Điện áp đặt tụ (KV )

1.2.2 Dự báo nhu cầu phụ tải

Dự báo nhu cầu phụ tải HTĐQG và HTĐMT cho các năm 2017 đến 2025 được cập nhật [10, Tr 13-20, Chương 3] như Bảng 1.4:

Bảng 1.4 Dự báo nhu cầu phụ tải toàn quốc và miền Trung đến năm 2025

Điện thương phẩm (GWh)

miền Trung 16.834 18.660 20.685 22.930 35.056 Toàn quốc 173.422 191.787 212.097 234.558 352.288

Công suất cực đại (MW)

miền Trung 4.263 4.518 4.789 5.044 7.806 Toàn quốc 31.006 34.329 38.007 42.080 63.471

1.2.3 Chương trình phát triển nguồn điện

Dự báo chương trình phát triển nguồn điện HTĐMT cho các năm 2017 đến 2025 được cập nhật [10, Tr 34, Chương 5] như Bảng 1.5:

Bảng 1.5 Dự báo phát triển nguồn điện toàn quốc và miền Trung đến năm 2025

miền Trung (MW) 6.333 7.008 7.468 8.248 14.818 Toàn quốc (MW) 45.335 48.629 53.625 58.794 89.421

1.2.4 Chương trình phát triển lưới điện

Dự báo chương trình phát triển lưới điện HTĐMT đến 2025 được cập nhật [10,

Tr 1-37, Phụ lục 2] như Bảng 1.6:

Bảng 1.6 Dự báo phát triển lưới điện toàn quốc và miền Trung đến năm 2025

b Nhược điểm

- Các đường dây nằm trên các địa hình đồi núi, xác suất bị sự cố cao

- Các nguồn điện phân bố không đều, tập trung nhiều chủ yếu ở Tây Nguyên và bắc Quảng Nam Khu vực Quảng Bình không có nguồn tại chỗ nên điện áp thấp

- Các nhà máy điện nối vào lưới Nam miền Trung có công suất quá lớn (3.177MW) và đường dây 220kV dài cộng thêm một số nhà máy không thu được công suất phản kháng nên vào lúc thấp điểm đêm điện áp luôn luôn ở mức cao, khó khăn cho công tác điều chỉnh điện áp

- Một số đường dây truyền tải sử dụng dây dẫn có tiết diện bé, dẫn đến sự hạn chế trong quá trình chuyển tải điện năng trong các kết dây khác với kết dây cơ bản Một số đường dây truyền tải còn thiếu máy cắt hoặc phải dùng chung máy cắt cho đường dây và máy biến áp

- Lưới điện trải dài theo đặc điểm địa lý, các đường dây truyền tải tương đối dài

và thường xuyên truyền tải công suất cao từ các nhà máy điện nên dễ bị dao động

- Các trạm mới khi đưa vào vận hành, không đấu nối transit lên đường dây đang vận hành dẫn đến khó khăn trong việc phối hợp rơle cũng như đảm bảo cung cấp điện

khi xảy ra sự cố N–l (mất 1 phần tử trong hệ thống như máy phát, máy biến áp, đường dây)

- Các nhà máy thủy điện dưới 30MW do các điều độ của các Công ty Điện lực huy động chưa có sự phối hợp tốt với phương thức huy động nguồn của điều độ A0 dẫn đến quá tải lưới truyền tải

- Bù còn thiếu, sử dụng các thiết bị FACST còn hạn chế

c Giải pháp khắc phục

- Xây dựng một đường trục truyền tải cấp điện áp 500kV chạy dọc theo các tỉnh miền Trung từ Hà Tĩnh đến Pleiku để tăng độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng và giảm tổn thất HTĐMT

- Tính toán lắp đặt thêm các thiết bị bù linh hoạt để nâng cao ổn định điện áp

1.3 Sự cố trong hệ thống điện

1.3.1 Các nguyên nhân của sự cố trong hệ thống điện

Thông thường, một sự cố tan rã HTĐ là một hiện tượng phức tạp, với nhiều nguyên nhân khác nhau Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một quá trình chia tách, mất đường dây, máy phát điện… liên tục cho đến khi bị phân chia hoàn toàn thành các vùng, khu vực cách ly nhau Một số các nguyên nhân chính gây ra như sau:

Nguyên nhân đầu tiên bắt đầu từ khâu qui hoạch và thiết kế Ví dụ như việc dự đoán sai nhu cầu phụ tải dẫn đến sự thiếu hụt năng lượng cung cấp cho phụ tải Một vấn đề quan trọng khác trong giai đoạn này đó là việc tuân theo các tiêu chuẩn an ninh khi thiết kế Vì việc đảm bảo an ninh cho một HTĐ đối với tất cả các sự cố là không thể thực hiện được Trường hợp hay gặp nhất là khi có một hư hỏng bất kỳ xảy ra trong HTĐ - hay còn gọi là tiêu chuẩn N-1 Xác xuất xảy ra hai (N-2) hay

nhiều thiết bị cùng hư hỏng đồng thời là nhỏ hơn Tuy nhiên để đảm bảo an ninh cho HTĐ, một số HTĐ còn phải đảm bảo tiêu chuẩn N-2 Nhưng một số HTĐ, trong giai đoạn qui hoạch và thiết kế đã không đảm bảo tiêu chuẩn N-1 (hoặc N-2) đã dẫn đến một số sự cố tan rã HTĐ Việc thiết kế và cài đặt các thông số bảo vệ sai cũng là một trong những nguyên nhân của các sự cố tan rã HTĐ (Ví dụ như việc cài đặt các thông số bảo vệ khác nhau của hai đầu đường dây liên lạc nằm ở hai tỉnh khác nhau hoặc việc cài đặt thông số sai của hệ thống sa thải phụ tải theo tần số Việc thay đổi cấu trúc hệ thống, và quan điểm vận hành theo thị trường điện cũng cần phải được cân nhắc kỹ lưỡng khi qui hoạch và thiết kế

Rất nhiều nguyên nhân nguy hiểm dẫn đến sự cố tan rã HTĐ xuất phát từ quá trình vận hành HTĐ Trong môi trường thị trường điện, có nhiều các hệ thống điện con (sub-systems) cùng vận hành và điều khiển hệ thống truyền tải xương sống (interconnected transmission system (the so-called TSOs) Sự có mặt với tỉ lệ khá lớn của hệ thống điện phân tán cũng làm cho HTĐ ngày càng trở lên phức tạp khi xem xét trên quan điểm vận hành và quản lý Chính vì vậy mà những người vận hành HTĐ có thể không hiểu hết về HTĐ mình đang quản lý - vận hành, đặc biệt là khi có nhiều hợp đồng mua bán điện, trào lưu công suất liên tục thay đổi, và các sự cố ngẫu nhiên phức tạp có thể xảy ra trong một hệ thống điện lớn Kết quả là thiếu sự phối hợp và hành động chính xác trong việc phòng ngừa, ngăn chặn sự cố giữa các trung tâm điều độ hệ thống điện

Trong quá trình bảo dưỡng thiết bị cũng có những nguy cơ tiêm ẩn, đặc biệt là các công việc bảo dưỡng bất thường, sự hư hỏng của các thiết bị điện quá cũ, thiếu những công việc bảo dưỡng định kỳ (thậm chí là việc cắt tỉa cây trên hành lang tuyến) Việc thiếu sự đào tạo thường xuyên, cập nhật cho những người vận hành hệ thống điện và phối hợp đào tạo liên trung tâm điều độ cũng có thể gây ra các sự cố tan rã HTĐ

Ngoài ra con nhiều nguyên nhân khách quan khác, như sự hư hỏng bất thường của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lượng (Energy System management - ESM), hệ thống đánh giá trạng thái (State Estimator-SE) và hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian thực (Real Time Contingency Analysis - RTCA) đã làm cho các

kỹ sư vận hành không thể giám sát và đánh giá tình trạng làm việc cũng như việc đưa

ra các biện pháp kịp thời Những điều kiện thời tiết bất thường (quá nóng, quá lạnh), hay hiện tượng thiên nhiên cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến việc tăng lên bất thường của phụ tải hay hư hỏng thiết bị được xem là những điều kiện bất lợi ban đầu cho HTĐ, là nguyên nhân bắt nguồn các sự cố

1.3.2 Cơ chế xảy ra sự cố sụp đổ điện áp gây tan rã hệ thống điện

Tất cả các sự cố trên đều có một quá trình chung đó là HTĐ đi từ trạng thái vận hành bình thường (có thể rất gần với giới hạn an ninh/ ổn định) đến mất ổn định

và cuối cùng là chia tách, sụp đổ thành các hệ thống riêng biệt Cơ chế chung đó chính là sự mất ổn định của HTĐ và có thể được tổng kết như sau:

- Ban đầu, HTĐ đang được vận hành ở những điều kiện bất lợi, khá gần với giới hạn ổn định Ví dụ như: mất một số tổ máy/ nhà máy điện, một số đường dây tải điện

do sự cố hay bảo dưỡng trong khi đó nhu cầu phụ tải lại đang rất lớn hay tăng lên do những điều kiện bất thường của thời tiết Hơn nữa, vùng trung tâm phụ tải lại ở xa vùng phát, làm tăng tổn thất truyền tải cả công suất tác dụng và phản kháng, hoặc không có đủ công suất dự phòng Những điều kiện bất lợi đó làm cho điện áp ở một số nút bị giảm thấp

- Những điều kiện bất lợi này có thể phải tiếp tục chịu một hoặc một số sự cố cực kỳ nguy kịch do việc mất thêm thiết bị như là mất đường dây, máy phát quan trọng, làm phá vỡ tiêu chuẩn an ninh (N-1 hay N-2) Làm phát sinh các vấn đề ổn định HTĐ như mất ổn định điện áp/ tần số/ góc roto, làm quá tải các thiết bị còn lại, điện áp giảm thấp tại một số nút, mất đồng bộ giữa các máy phát điện Việc mất cân bằng công suất phát/ tải làm nảy sinh sự sụp đổ về tần số và đồng bộ hóa

- Việc thiếu các biện pháp ngăn chặn kịp thời của các trung tâm điều độ hệ thống, lỗi vận hành của con người, sự tác động sai của thiết bị bảo vệ, hay hư hỏng ẩn trong các hệ thống giám sát, điều khiển làm cho tình hình trở lên nghiêm trọng hơn

- Sự tác động của máy biến áp điều áp dưới tải, hay các máy phát đã đạt đến giới hạn công suất tác dụng/ phản kháng, làm cho HTĐ mất khả năng điều khiển điện áp Kết quả là điện áp tiếp tục giảm thấp, vẫn đến sụp đổ điện áp và tan rã hệ thống

- Việc thiếu mômen cản các dao động hay quá trình quá độ dẫn đến các máy phát điện bị mất đồng bộ, các hệ thống bảo vệ chống mất đồng bộ tác động cắt các máy phát này ra khỏi HTĐ, làm cho sự mất cân bằng phát/ tải tăng lên mạnh hơn nữa,

và dẫn đến việc cắt hàng loạt các thiết bị khác, và làm sụp đổ hoàn toàn hệ thống

- Cơ chế tan rã HTĐ có liên quan trực tiếp đến cơ chế mất ổn định điện áp/ tần số/ góc roto

1.3.3 Sự cố thường xảy ra trong HTĐ Việt Nam

Hệ thống điện Việt Nam hiện nay đang truyền tải công suất từ Bắc vào Nam với lượng công suất khá lớn, trong chế độ cao điểm lượng công suất truyền tải trên đường

dây 500kV đã gần đạt đến định mức của đường dây Do vậy, khi sự cố đường dây 500kV khu vực miền Trung thường gây ra tách đôi hệ thống Bắc-Nam, sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra nằm trên cung đoạn Đà Nẵng –Hà Tĩnh, Đà Nẵng – Thạnh Mỹ hoặc Đăk Nông – Cầu Bông Khi sự cố trên cung đoạn này, hệ thống Bắc Nam sẽ bị tách đôi, lúc này ở phía Nam sẽ thiếu 1 lượng công suất khá lớn (tùy thuộc chế độ vận hành) và điện áp giảm thấp, để đảm bảo tính ổn định hệ thống thông thường phải sa thải

1 lượng công suất Ví dụ sự cố xảy ra vào tháng 04/2016, lưới điện phía Nam đã phải sa thải một lượng công suất 2000MW Lúc đó trên hệ thống sẽ có sự dao động rất lớn, điện

áp và tần số dao động mạnh gây nên hiện tượng mất ổn định, dẫn đến rã lưới Miền Bắc điện áp và tần số sẽ tăng cao, lúc này các bảo vệ quá điện áp và quá tần số sẽ tác động

và cắt một số đường dây, trong khi đó công suất phát của nhà máy chưa kịp giảm làm cho điện áp và tần số càng tăng cao gây nên hiện tượng domino, hệ thống điện miền Bắc

bị rã lưới gây nên mất điện trên diện rộng, thiệt hại về kinh tế rất lớn Trong khi đó ở miền Trung và miền Nam thì điện áp và tần số giảm mạnh, bảo vệ kém áp và tần số thấp

sẽ tác động cắt rất nhiều phụ tải, cũng gây nên mất điện trên diện rộng

Sự cố gây nên hiện tượng sụp đổ điện áp và tan rã hệ thống là trường hợp cây dầu va vào đường dây 500kV vào ngày 22/5/2013, tại đoạn đường dây 500kV đi qua khu vực phường Hòa Phú, TP Thủ Dầu Một (Bình Dương), 1 cây dầu cao hơn 10m từ

vườn ươm gần đó ngã đụng vào đường dây 500kV nên gây nổ [số liệu trên trang web http://www.vnexpress.vn] Đây là đường dây tải điện từ Bình Dương, hòa vào trạm

biến áp Tân Định, cung cấp điện lực cho toàn bộ khu vực miền Nam Lúc này trên đường dây 500kV đang truyền tải một lượng công suất rất cao từ Bắc vào Nam Khi

sự cố đường dây này, phía Nam đã thiếu hụt 1 lượng công suất lớn làm cho tần số và điện áp giảm thấp, lúc này bảo vệ tần số thấp tác động sa thải một lượng phụ tải lớn nhằm cân bằng công suất để giữ cho hệ thống điện miền Nam ổn định, và ngay lúc

đó, một số nhà máy hệ thống điều tốc cũng làm việc ở chế độ lồng tốc, kết hợp với lượng công suất sa thải do tần số thấp làm cho hệ thống càng dao động mạnh, do khả năng điều tần của các nhà máy kém nên không giữ được ổn định và gây tan rã toàn bộ

hệ thống miền Nam

1.4 Kết luận

Cùng với sự phát triển chung của hệ thống điện Việt Nam, hệ thống điện miền Trung cũng đã phát triển không ngừng càng ngày càng được mở rộng và hiện đại hoá Đến hết năm 2016: Tổng công suất phụ tải cực đại là 2.546 MW; tổng công suất đặt của các NMĐ là 6.135 MW; tổng chiều dài đường dây 500kV là 2.840 km, đường dây 220kV là 4.148 km; tổng dung lượng các TBA 500kV là 5.700 MVA, các TBA 220kV

là 4.501 MVA Theo qui hoạch phát triển điện lực đến năm 2025, HTĐMT là: Tổng công suất phụ tải cực đại đạt 7.806 MW; tổng công suất đặt các NMĐ đạt 17.135 MW; đường dây 500kV xây dựng thêm 1.988 km, đường dây 220kV xây dựng thêm 2.743 km; TBA 500kV bổ sung thêm 5.400 MVA, TBA 220kV bổ sung thêm 9.919 MVA Qua quá trình vận hành HTĐ Việt Nam đã xuất hiện một số sự cố nghiêm trọng gây tan rã HTĐ, cụ thể sự cố vào ngày 22/05/2013 khi bị 1 cây dầu cao hơn 10m từ vườn ươm gần đó ngã đụng vào đường dây 500kV Di Linh – Tân Định gây tan rã hệ thống điện, lúc này toàn bộ khu vực miền Nam bị ngừng cung cấp điện phải mất hơn một giờ mới khắc phục lại được

Để đảm bảo HTĐQG nói chung và HTĐMT nói riêng vận hành an toàn tin cậy trong mọi tình huống, cần có sự tính toán phân tích các chế độ vận hành, tìm giải pháp nâng cao độ tin cậy cho HTĐ Trong giới hạn của luận văn chỉ tính toán, phân tích HTĐ khu vực miền Trung

CHƯƠNG 2

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ PHẦN MỀM PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Ổn định điện áp trong hệ thống điện

2.1.1 Ổn định điện áp

Ổn định điện áp là khả năng của một HTĐ vẫn còn duy trì được giá trị điện áp

ổn định ở tất cả các nút trong HTĐ sau khi trải qua một sự cố từ điều kiện vận hành xác lập bình thường ban đầu, tham khảo [1], [2], [8], [12], [13]

Vấn đề về ổn định điện áp có thể được chia nhỏ thành các dạng sau đây:

a Ổn định điện áp khi có kích động lớn

Là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì được các giá trị điện áp ổn định sau khi

có kích động lớn, chẳng hạn như hư hỏng trong HTĐ, mất nguồn phát điện hoặc các

sự cố trên mạch điện Việc xác định ổn định điện áp khi có kích động lớn cần phải khảo sát đáp ứng phi tuyến của HTĐ trong một khoảng thời gian đủ để thu nhận được hoạt động và tương tác của các thiết bị, chẳng hạn như động cơ điện, ULTC (bộ chỉnh áp dưới tải của MBA), và bộ hạn chế dòng kích từ của máy phát (OEL - bộ hạn chế trạng thái bị kích thích quá mức)

b Ổn định điện áp khi có dao động nhỏ

Là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì được điện áp ổn định khi chịu các tác động nhỏ, chẳng hạn như, tải thay đổi tăng Dạng ổn định này chịu tác động bởi các đặc trưng của tải, các điều khiển mang tính chất liên tục, và các điều khiển rời rạc vào một điểm thời gian cho trước Vào thời điểm bất kỳ, cách thức mà điện áp trên hệ thống đáp ứng với các thay đổi hệ thống nhỏ Với các giả thiết thích hợp, các phương trình của hệ thống có thể được tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc để phân tích và do đó cho phép tính toán được thông tin độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận dạng các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp Tuy nhiên, quá trình tuyến tính hóa này không tính đến các ảnh hưởng phi tuyến, chẳng hạn như MBA với bộ điều áp dưới tải, (bước điều chỉnh áp rời rạc, và trễ thời gian…) Do đó, việc kết hợp các phân tích tuyến tính và phi tuyến thường được sử dụng để phối hợp với nhau

Khoảng thời gian nghiên cứu ổn định điện áp có thể thay đổi từ vài giây đến hàng chục phút Do đó ổn định điện áp còn có thể được phân chia thành hiện tượng ngắn hạn và dài hạn

c Ổn định điện áp ngắn hạn

Liên quan đến tính chất động của các thành phần tải tác động nhanh, chẳng hạn như: động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử và các bộ biến đổi HVDC Trường hợp

này thời gian xử lý cần đến một vài giây và việc phân tích yêu cầu phải giải các phương trình vi phân

d Ổn định điện áp dài hạn

Liên quan đến các thiết bị tác động chậm hơn, chẳng hạn, ULTC, tải nhiệt điều khiển tĩnh, và các bộ giới hạn kích từ (OEL) Thời gian nghiên cứu có thể đến vài phút hoặc nhiều phút, và việc mô phỏng trong khoảng dài hạn cần được sử dụng để phân tích hoạt động động của HTĐ Thông thường, tính ổn định được xác định bởi việc mất các thiết bị chứ không phải tính nghiêm trọng của kích động ban đầu Tính không ổn định có nguyên nhân là sự mất cân bằng trong khoảng dài hạn (khi tải cố gắng khôi phục lại công suất của nó vượt quá khả năng của hệ thống truyền tải và các nguồn kết nối)

2.1.2 Các nguyên nhân sụp đổ điện áp

a Quy hoạch tải dài hạn

- Tính không linh hoạt của đặc tính tải tiếp tục đòi hỏi các giá trị cao của công suất tác dụng và phản kháng khi điện áp thấp ở vùng tải

- Điều khiển ULTC trên mạng phân phối và truyền tải trung gian cố gắng duy trì điện áp không đổi, và do đó yêu cầu công suất tác dụng và phản kháng cao trong khi điện áp nguồn bị hạ thấp

- Do các giới hạn trường và dòng điện cảm ứng, nhu cầu tải công suất phản kháng cao có thể làm cho các máy phát mất khả năng điều chỉnh điện áp Khi đó, máy phát hoạt động giống như nguồn điện áp phía điện kháng đồng bộ và điện áp đầu cực giảm đi

- Sự sụp đổ điện áp do sự tăng dần tải có thể có nguyên nhân là một số hoặc tất

cả các yếu tố trên Tính chất động của các thiết bị điều khiển điện áp khác nhau (máy phát, thiết bị bù, và MBA) có thể tương tác theo cách mà sự sụt áp thực tế khác với dự đoán khi chỉ xét các điều kiện tĩnh

b Quá trình quá độ khi sự cố các phần tử trong hệ thống điện

Các tham số HTĐ đóng vai trò quan trọng khi xác định công suất cực đại có thể được phân phối đến các khu vực tải Việc ngắt một trong số các đường dây trong hệ thống truyền dẫn làm tăng điện kháng tương đương giữa nguồn điện áp tương đương

và tải, làm giảm công suất tới hạn và tăng xác suất sụt áp Việc mất máy phát có tác động tương tự ở chỗ không chỉ làm tăng điện kháng tương đương mà còn làm giảm khả năng phát ra công suất tác dụng và phản kháng

c Hiện tượng bên trong tải phức hợp

Đáp ứng động của tải phức hợp có thể làm cho các đặc tính tải động và tĩnh khác nhau Sự khác nhau này chủ yếu là do các động cơ cảm ứng và có thể dẫn đến giảm tính ổn định hệ thống và cuối cùng dẫn đến sụp đổ điện áp Chẳng hạn, sự giảm điện

áp nhanh và nghiêm trọng xảy ra trong quá trình loại trừ sự cố ngắn mạch chậm có thể dẫn đến mô men của động cơ giảm và sau đó là kẹt động cơ Kẹt động cơ sẽ cần công suất phản kháng sẽ làm giảm thêm nữa điều kiện ổn định điện áp Trong trường hợp này, điện áp tiếp tục giảm xuống cho đến khi thiết bị bảo vệ ngắt động cơ khỏi hệ thống, nhờ đó làm giảm yêu cầu công suất phản kháng Sau đó, điện áp sẽ bắt đầu khôi phục nhưng việc khôi phục không điều khiển tải phức hợp bởi sự tự khởi động của động cơ cảm ứng công suất lớn có thể lại dẫn đến giảm áp và dẫn đến sụp đổ điện áp toàn bộ

d Sụt áp và hoạt động không đồng bộ

Sự sụp đổ điện áp trên một hoặc một số nút của HTĐ có thể làm cho điện áp hạ xuống ở các nút lân cận dẫn đến sụt áp ở các nút này Sau đó điện áp sẽ hạ xuống ở các nút lân cận khác và tiếp theo hiện tượng này sẽ lan truyền trên toàn HTĐ và ảnh hưởng đến các máy phát đồng bộ Do đó, một số máy phát có thể mất tính đồng bộ và

bị ngắt khỏi mạng do sự tác động của các bảo vệ mất đồng bộ Hiệu ứng này làm tồi tệ thêm nữa tình trạng hiện hành và cuối cùng dẫn đến sụp đổ điện áp tổng thể

2.2 Giới hạn nghiên cứu

Để phân tích sự ổn định điện áp của một HTĐ có rất nhiều phương pháp tiếp cận, trong công trình nghiên cứu này sự phân tích ổn định điện áp chỉ thực hiện các chỉ tiêu nghiên cứu [4], [5], [7] sau:

- Nghiên cứu sự biến động điện áp trong chế độ xác lập bình thường

- Nghiên cứu sự biến động điện áp trong chế độ sự cố N-1

- Nghiên cứu các đặc tính PV, QV tại các nút phụ tải

- Tìm giải pháp khắc phục các trường hợp nguy hiểm

2.3 Các phần mềm tính toán chế độ xác lập

2.3.1 Đặt vấn đề

Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành tính toán mô phỏng

hệ thống và tính toán các quá trình xác lập và quá độ của hệ thống điện để đảm bảo cho sự vận hành tối ưu, an toàn, liên tục của hệ thống điện

- Quá trình xác lập của hệ thống: tính toán phân bố công suất, điện áp, dòng điện trên các nhánh ở các chế độ làm việc khác nhau và các sơ đồ kết dây khác nhau của hệ thống Việc này giúp cho tạo một phương thức vận hành kinh tế và chất lượng điện năng tối ưu nhất

- Tính các quá trình quá độ khi có các dao động trong hệ thống: sự cố ngắn mạch, khi có sự cắt/ đóng tải đột ngột để có phương án bảo vệ rơle và tiến hành sa thải, huy động nguồn, để loại trừ các dao động ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống

Hầu hết các phần mềm tính toán dựa trên cơ sở thuật toán lặp Raphsson và Gauss-Seidel Trong phần này sẽ giới thiệu một số phần mềm tính toán mô phỏng hệ thống điện

Newton-2.3.2 Phần mềm PSS/ADEPT

Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là phần mềm tiện ích mô phỏng hệ thống điện và là công cụ phân tích lưới điện phân phối với các chức năng sau:

1 Phân bổ công suất

2 Tính toán ngắn mạch tại 01 điểm hay nhiều điểm

3 Phân tích bài toán khởi động động cơ

4 Tối ưu hoá việc lắp đặt tụ bù (đóng cắt và cố định)(CAPO)

5 Bài toán phân tích sóng hài

6 Phối hợp bảo vệ

7 Phân tích điểm mở tối ưu (TOPO)

8 Phân tích độ tin cậy lưới điện

Phần mềm PSS/ADEPT giúp phân tích và tính toán lưới điện phân phối Tính toán và hiển thị các thông số về dòng (I), công suất (P, Q) của đường dây Đánh giá tình trạng mang tải của tuyến đường dây thông qua chức năng Load Flow Analysis Cho biết các thông số về tổn thất công suất của từng tuyến đường dây từ

đó có phương án bù công suất phản kháng để giảm tổn thất thông qua chức năng CAPO Cho biết các thông số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI về việc đánh giá độ tin cậy của tuyến dây thông qua chức năng DRA (phân tích độ tin cậy của lưới điện phân phối) PSS/ADEPT tính toán dòng ngắn mạch (3 pha chạm đất, 01 pha chạm đất, 01 pha chạm đất có tính đến thành phần tổng trở đất, 02 pha chạm nhau, 02 pha chạm đất, 03 pha chạm đất) của tất cả các trường hợp cho từng tuyến dây thông qua chức năng Fault, Fault all TOPO (chọn điểm tối ưu): chương trình cho biết điểm mở tối

ưu công suất của lưới Motor Starting (khởi động động cơ): Chương trình cho biết các thông số như độ sụt áp, tổn thất công suất có ảnh hưởng như thế nào đến tuyến dây đó nếu tuyến dây đó đặt động cơ (đồng bộ hay không đồng bộ) với công suất lớn Ngoài ra chương trình còn có một số chức năng phân tích sóng hài (harmonic), phối hợp bảo vệ (coordination) tính toán phối hợp bảo vệ cho hệ thống điện

2.3.3 Phần mềm PSS/E

a Tổng quan

Phần mềm PSS/E của Công ty Power Technologies, Inc (Mỹ) tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống điện, được dùng ở nhiều nước trên thế giới

Chương trình PSS/E là hệ thống các file chương trình và dữ liệu có cấu trúc để thực hiện các công việc tính toán mô phỏng hệ thống điện:

- Tính toán phân bổ công suất

- Tính toán hệ thống khi xảy ra các sự cố

- Phân tích ổn định của hệ thống điện

Chương trình PSS/E dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các mô hình cho các thiết bị trong hệ thống điện Việc mô hình hóa các thiết bị và thực hiện tính toán phụ thuộc rất nhiều vào giới hạn của các thiết bị tính toán Trước kia, do các máy tính có khả năng còn hạn chế nên việc tính toán trở nên khó khăn, chỉ thực hiện đối với các hệ thống nhỏ và độ tin cậy tính toán không cao 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 Các bước được sử dụng trong PSS/E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình xảy ra trong hệ thống là:

1/ Phân tích các thiết bị vật lý (đường dây truyền tải, máy phát, MBA, bộ điều tốc, rơle, ) để thực hiện việc mô phỏng và tính toán các thông số đặc trưng và hàm truyền của nó

2/ Chuyển các mô hình vật lý đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương trình PSS/E

3/ Sử dụng các chương trình của PSS/E để xử lý dữ liệu, thực hiện tính toán và

in kết quả

4/ Chuyển đổi kết quả tính toán thành các thông số cho các thiết bị thực đã dùng để mô phỏng trong bước 1

b Các ứng dụng của chương trình

- Tính phân bổ công suất: (Power Flow Calculaton)

Yêu cầu tính toán: Cho nhu cầu phụ tải ở tất cả các thanh cái của hệ thống điện và công suất phát của các nhà máy trong hệ thống Tính phân bổ công suất trên tất cả các đường dây và MBA trong hệ thống

- Phân tích sự cố trong hệ thống điện: (Fault analysys)

Cho phép tính toán chế độ làm việc của hệ thống ở tình trạng sự cố như: các dạng ngắn mạch, đứt dây, ở bất cứ điểm nào trong hệ thống điện

- Tính toán mô phỏng ổn định động:

Mỗi hệ thống điện, thiết bị điện có một khả năng tải nhất định Khi có các dao động lớn thì hệ thống điện có thể xảy ra các dao động lớn dẫn đến làm mất ổn định của hệ thống Chương trình PSS/E cho phép tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống khi có những dao động lớn xảy ra Từ kết quả tính toán, cho phép kỹ sư điều hành có biện pháp khắc chế nguy cơ tan rã hệ thống do mất ổn định

2.3.4 Phần mềm CONUS

Conus là chương trình tính toán chế độ xác lập của Đại học Leningrad được cán bộ của khoa Hệ thống điện trường đại học Bách khoa Hà Nội hiệu chỉnh và nâng cấp sử dụng từ năm 1985 Các chức năng và thuật toán áp dụng cho chương trình liên tục được bổ sung, cải tiến theo yêu cầu của thực tế tính toán hệ thống điện và sự phát triển của kỹ thuật máy tính Chương trình đã được thử thách, ứng dụng hiệu quả cho nhiều đề tài thực tế nhằm tính toán phục vụ thiết kế đường dây siêu cao áp 500 kV, quy hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam đến năm 2015 và là công cụ tốt cho các cán bộ, nghiên cứu sinh, sinh viên làm nghiên cứu khoa học Các chức năng chính:

a Soạn thảo số liệu

- Gồm các công việc sau: soạn thảo file số liệu mới; soạn thảo số liệu từ file cũ; ghi số liệu đang soạn thảo vào file; vào lại các nội dung đang soạn thảo; soạn thảo số liệu từ file trung gian; ghi số liệu đang soạn thảo vào file trung gian; xem các file số liệu đã có trên đĩa; ra khỏi soạn thảo về menu chính

- Số liệu được nhập vào dưới dạng các bảng Có các bảng số liệu sau: Bảng thông tin chính về nhánh, bảng thông tin chính về nút, bảng thông số các MBA, bảng các thông số chế độ thay đổi, bảng thông tin điều khiển chung, bảng các nút cần in kết quả

b Thực hiện tính toán: Khi chọn chức năng này máy sẽ tiến hành tính toán

chế độ xác lập của hệ thống với các số liệu đã có trong miền trung gian hoặc trên các thư mục của ổ đĩa Để làm việc với file số liệu trong miền trung gian thì cần tạo file số liệu trung gian (trước khi thoát khỏi soạn thảo) Để làm việc với số liệu trên các thư mục của ổ đĩa thì cần phải đặt tên file với đầy đủ đường dẫn thư mục nếu file này không nằm trong thư mục hiện hành Nếu bộ nhớ của máy còn quá nhỏ, chức năng này có thể sẽ không thực hiện được (máy sẽ báo) Khi đó, cần ra khỏi chương trình để xử lý

c Xem kết quả: Chức năng này cho phép xem nhanh kết quả trên màn hình hoặc trên file kết quả Khi đang xem có thể in kết quả ra máy in

d Các điều kiện tùy chọn: Nhờ chức năng chọn có thể đặt điều kiện cho máy làm việc Khi lựa chọn hợp lý, khối lượng công việc của máy có thể ít hơn, thực hiện nhanh hơn mà các yêu cầu vẫn đảm bảo

2.3.5 Phần mềm POWERWORLD SIMULATOR

PowerWorld Simulator là một trong những phần mềm mô phỏng hệ thống điện của hãng PTI Phần mềm cung cấp các công cụ mô phỏng hiệu quả và quan trọng

cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật - vật lý giúp người

kỹ sư điện có khả năng rút ngắn thời gian và giảm được chi phí nghiên cứu

Điều quan trọng nhất của phần mềm này là khả năng tính toán bài toán giá thành điện năng và hiển thị trực tiếp giá thành này tại các thanh cái cũng như trên các đường dây tải điện Đây là một công cụ rất hữu ích trong việc tính toán thiết kế

và định chế độ vận hành cho hệ thống điện và hơn nữa là hướng tới mục tiêu thị trường điện ở Việt Nam

PowerWorld Simulator là một phần mềm ứng dụng được thiết kế để mô phỏng hoạt động của hệ thống điện cao áp Trong chế độ chuẩn Simulator giải bài toán tính trào lưu công suất bằng thuật toán Newton – Raphson Khi có sự tăng cường công suất tối ưu OPF (Optimal Power Flow), Simulator OPF cũng có thể giải những phương trình đó bằng cách sử dụng OPF Đặc biệt Simulator OPF giải bài toán OPF bằng cách sử dụng thuật toán LP

2.4 Phân tích và lựa chọn chương trình tính toán

Hiện nay để tính toán các chế độ hệ thống điện có thể sử dụng nhiều phần mềm khác nhau: PSS/E, PSS/ADEPT, POWERWORLD SIMULATOR, CONUS Mỗi phần mềm đều có một số chức năng và phạm vi ứng dụng khác nhau PSS/ADEPT thường được sử dụng tính toán cho lưới phân phối POWERWORLD SIMULATOR phù hợp cho việc xây dựng các hệ thống mô phỏng vận hành hệ thống điện thích hợp cho công tác đào tạo CONUS dùng để tính toán trào lưu công suất và đánh giá ổn định hệ thống Ưu điểm của phần mềm CONUS là có thể nhập trực tiếp thông số đường dây và MBA vào file số liệu mà không cần tính toán thông

số sơ đồ thay thế PSS/E là phần mềm mạnh, có nhiều chức năng như: mô phỏng

hệ thống điện, tính toán ngắn mạch, ổn định hệ thống điện hiện nay đang được các Công ty Điện lực ở Việt Nam sử dụng Chương trình có thể liên kết dữ liệu với phần mềm quản lý và phối hợp rơle bảo vệ ASPEN ONELine rất tiện dụng Để phân tích biến động điện áp trên HTĐ 500kV miền Trung, luận văn sử dụng phần mềm PSS/E

do những ưu điểm trên của nó

2.5 Xây dựng dữ liệu tính toán hệ thống điện cho phần mềm PSS/E [11]

2.5.1 Các file trong PSS/E

* Phân loại: Trong PSS/E các file đuợc chia thành các lớp như sau:

- Working files

- Data input files

- Output listing files

- Channel output files

- Saved case and snapsot files

2.5.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu HTĐMT vào phần mềm PSS/E

Trên cơ sở file dữ liệu PSS/E cập nhật tháng 12/2016 từ PECC2, tiến trình cập

nhật và phát triển các file dữ liệu năm 2017, 2020 và 2025 trên cơ sở số liệu tại Phụ lục 1, nhƣ sau:

cô lập; GL:Thành phần tác dụng của shunt tính bằng MW; BL: Thành phần phản kháng của shunt tính bằng MVar; AREA: chỉ nút đó thuộc miền nào; ZONE: chỉ nút

đó nằm vào vùng nào; VM: Biên độ điện áp hiệu dụng của nút đó; VA: Góc pha điện

I: Nhập vào số thứ tự nút mà phụ tải nối vào; ID: dùng để phân biệt khi có nhiều phụ tải nối vào cùng một nút; STATUS: Trạng thái của phụ tải: 0: Phụ tải không làm việc, -1: phụ tải đang làm việc; AREA: Chỉ ra phụ tải đó thuộc miền nào; ZONE: Chỉ

ra phụ tải đó nằm trong cùng nào; PL: Công suất tác dụng của phụ tải tính bằng MW; QL: Công suất phản kháng của phụ tải tính bằng MVAr; IP: Thành phần tác dụng của phụ tải cho ở dạng dòng điện không đổi; IQ: Thành phần phản kháng của phụ tải cho ở dạng dòng điện không đổi; YP: Thành phần tác dụng của phụ tải cho ở dạng tổng dẫn không đổi; YQ: Thành phần phản kháng của phụ tải cho ở dạng tổng dẫn không đổi; OWNER: Chủ sở hữu của phụ tải, mặc định trùng với chủ của nút

có thể có đến 4 chủ sở hữu; Fi: Hệ số chiếm hữu của các chủ sở hữu

d Đường dây truyền tải (branches)

Các thông số được mô phỏng:

I, J, CKT, R, X, B, RATEA, RATEB, RATEC, GI, BI, GJ, BJ, ST, LEN, O1, F1, Trong đó: I và J: nút đầu của nhánh và nút cuối của nhánh; CKT: Chỉ số nhánh, dùng để phan biệt ki có nhiều nhánh nối song song; R: Điện trở của nhánh có thể nhập

ở đơn vị ohm hoặc pu; X: điện kháng của nhánh có thể nhập ở đơn vị ohm hoặc pu; B: Điện dung dẫn của đường dây nhập vào ở đơn vị có tên hoặc pu; RATEA, RATEB, RATEC: các mức mang tải cho phép khác nhau của nhanh đó ở đơn vị MVA; GI, BI: Shunt đường dây nối vào nút i, tính bằng điện dẫn (pu); GJ, BJ: Shunt đường dây nối vào nút j, tinh bằng điện dẫn (pu); ST: Trạng thái của nhánh đường dây đó; LEN: Chiều dài của đường dây; Nhập thành phần thứ tự không của đường dây: I, J, ICKT,

Số lượng bước điều chỉnh của khối thứ I; Bi: Lượng gia tăng điện dung dẫn cho từng bước của khối i

f MBA 2 cuộn dây (two winding transformers) và 3 cuộn dây (three winding transformers)

nhánh; CW: Code vào dữ liệu cho các trường tiếp theo; CZ: Code và dữ liệu trở kháng MBA; CM: Xác định đơn vị cho các trường dữ liệu MAG1 và MAG2; MAG1, MAG2: điện dung dẫn MBA; NMETR: code phía không đo của MBA; NAME: Tên MBA; STAT: Trạng thái ban đầu của MBA; R1-2, X1-2, SBASE1, R2-3, X2-3, SBASE2, R3-1, X3-1, SBASE3, VMSTAR, ANSTAR

2.5.3 Xây dựng các file dữ liệu cho phân tích PV, QV

Để chạy được ứng dụng “phân tích PV, QV” phần mêm PSS/E cần người dùng tạo lập 3 file code trong notepad:

- File subsystem (sub.):

“SUBSYSTEM LUOI-TRUNG

AREAS 20 21

JOIN 'GROUP 2' AREAS 22 25 END

END”

- File monitoring (mon.):

+ MONITOR BRANCHES FROM BUS TO BUS

+ MONITOR VOLTAGE RANGE BUS [i] 1

- File contingency (con.):

CONTINGENCY N1[branch name]

TRIP LINE FROM BUS [i] TO BUS [j]

END

2.5.4 Ưu và nhược điểm của chương trình PSS/E

a Ưu điểm

- Có thể thể hiện kết quả tính toán dưới dạng bảng hoặc sơ đồ lưới điện

- Khi có mô hình kết nối có thể kiểm tra lại thông số, thay đổi thông số cho các phần tử, thay đổi công suất cho các phần tử một cách đơn giản và có thể thay đổi mức

độ tải một số hoặc tất cả các phụ tải theo tỷ lệ cho từng xuất tuyến hoặc cả lưới điện

- Cách xuất dữ liệu ra khá đa dạng và thuận lợi cho tổng hợp

- Có thể mở rộng sơ đồ một cách dễ dàng theo sự phát triển của lưới điện và có thể kết nối nhiều lưới điện, hệ thống điện với nhau một cách đơn giản Điều đó cho phép sử dụng số liệu tính toán của từng xuất tuyến, từng trạm để kết nối thành hệ thống chung cần tính toán miễn là không trùng số nút

2.6 Giải pháp nâng cao ổn định điện áp

2.6.1 Giới thiệu chung

Sự biến động điện áp rõ ràng là một vấn đề mà những người qui hoạch, tính toán, thiết kế HTĐ cần phải rất quan tâm Để giải quyết vấn đề này, hầu hết các công ty điện lực phải có những chiến lược điều khiển hợp lý, cũng như những qui định nghiêm ngặt mà người kỹ sư vận hành phải tuân thủ trong những trường hợp nguy hiểm Có nhiều biện pháp nâng cao tính ổn định điện áp mà có thể áp dụng được trong các HTĐ, tuy nhiên tùy theo điều kiện cụ thể của mỗi HTĐ, cũng như tiêu chuẩn và lựa chọn tối ưu cụ thể mà người ta sẽ áp dụng các biện pháp khác nhau Một số biện áp có thể điều chỉnh được điện áp như sau:

a) Điều chỉnh điện áp thứ cấp: Bao gồm việc điều chỉnh điện áp đặt của các MPĐ để điều chỉnh công suất phản kháng đầu ra, hoặc đóng các tụ điện bù ngang, điều chỉnh lại đầu phân áp của các máy biến áp với hệ thống điều áp dưới tải

b) Phân bố lại công suất tác dụng của các máy phát điện

Transmission System FACTS – Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) đã phần nào khắc phục được nhược điểm của các thiết bị bù công suất phản kháng khác nhằm đáp ứng được yêu cầu nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng Ngoài ra, FACTS còn dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ

thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây [3]

2.6.2 Những lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS

2.6.2.1.Góp phần tăng hiệu quả sử dụng các hệ thống truyền tải hiện có

Tại nhiều nước, việc tăng dung lượng truyền tải năng lượng điện và điều khiển luồng tải của các đường dây truyền tải có tầm quan trọng thiết yếu, đặc biệt ở những nước có thị trường điện chưa được kiểm soát, nơi các vị trí phát điện và trung tâm tải

có thể thay đổi nhanh chóng Thông thường, việc bổ sung các đường dây truyền tải mới để đáp ứng nhu cầu điện gia tăng bị giới hạn bởi những cản trở về kinh tế và môi trường Các thiết bị FACTS giúp đáp ứng những yêu cầu này với những hệ thống truyền tải hiện có

2.6.2.2.Tăng độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải

Độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Mặc dù các thiết bị FACTS không thể ngăn chặn sự cố nhưng chúng có thể giảm thiểu những ảnh hưởng của sự cố và đảm bảo việc cấp điện an toàn hơn bằng các giảm số lần đóng cắt đường dây Ví dụ, khi cắt một phụ tải lớn sẽ gây ra một quá áp của đường dây và có thể dẫn đến cắt đường dây, FACTS sẽ chống lại sự quá áp này và tránh việc cắt đường dây

2.6.2.3.Tăng độ ổn định động và quá độ của lưới

Đối với những đường dây dài liên kết các hệ thống, những tác động thay đổi phụ tải và các sự cố đường dây có thể tạo ra sự bất ổn định trong hệ thống truyền tải Các vấn đề này cũng có thể dẫn tới giảm dòng công suất trên đường dây, dòng công suất vòng hoặc thậm chí dẫn đến cắt đường dây Các thiết bị FACTS làm ổn định các hệ thống truyền tải với việc tạo nâng cao công suất truyền tải và giảm nguy cơ sự cố đường dây

2.6.2.4.Tăng chất lượng cung cấp điện cho các ngành công nghiệp

Các ngành công nghiệp hiện đại phụ thuộc vào chất lượng điện cung cấp bao gồm các yêu cầu khắc khe về dao động của điện áp, tần số và độ tin cậy cung cấp điện Những thay đổi về điện áp và tần số hay sự mất nguồn cung cấp có thể dẫn đến ngưng trệ trong quá trình sản xuất mà hệ quả là những tổn thất lớn về kinh tế Các thiết bị FACTS có thể giúp cung cấp chất lượng điện năng theo yêu cầu

2.6.2.5.Các lợi ích về môi trường

Các thiết bị FACTS thân thiện với môi trường, vì không chứa các vật liệu gây hại

và không tạo ra chất thải hay chất gây ô nhiễm, FACTS giúp phân phối điện năng một

cách kinh tế nhờ việc huy động hiệu quả các công trình hiện có, làm giảm nhu cầu đầu

tư nâng cấp những đường dây truyền tải

2.6.3 Phân loại thiết bị FACTS

Trước đây, khi mà ngành công nghiệp điện tử công suất chưa phát triển mạnh thì việc nâng cao chất lượng điện áp trên hệ thống điện bị hạn chế và thời gian đáp ứng cũng rất chậm, bởi vì khi đó, chúng ta phải thực hiện việc đóng cắt các khóa cơ khí các phần tử điện như là cuộn dây, tụ điện, bộ chuyển đổi nấc máy biến áp… để ổn định điện áp trên hệ thống

Ngày nay, với sự phát triển mạnh và nhanh chóng của các thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao cho nên công nghệ FACTS ra đời nhằm giúp cho quá trình thực hiện điều khiển điện áp trên hệ thống điện, cụ thể là đường dây truyền tải được linh hoạt và nhanh chóng Một số nước tiên tiến đã sử dụng thiết bị FACTS trong mạng truyền tải, cụ thể như Mỹ, Canada, Brazil… là những nước tiên phong sử dụng công nghệ FACTS Các thiết FACTS thường được sử dụng là:

- Static Var Compensator (SVC): Bộ bù Var tĩnh

- Static Synchronous Compensator (STATCOM): Bộ bù đồng bộ tĩnh

- Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC): Bộ bù dọc điều khiển Thyristor

- Static Synchronous Series Compensator (SSSC):Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh

- Unified Power Flow Controller (UPFC): Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất

- High Voltage Direct Current (HVDC): Đường dây một chiều cao áp

2.6.3.1 Bộ bù công suất VAR tĩnh –SVC

a Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2.1 Bộ SVC kết nối với hệ thống điện

Hầu hết các bộ SVC luôn được kết nói đến mạng lưới truyền tải điện thông qua một máy biến áp tăng áp ghép bộ Ở phía nút điện áp thấp của máy biến áp, nói chung

có 3 phần tử được sử dụng: cuộn kháng điều khiển bằngThyristor (TCR), bộ tụ chuyển mạch bằng thyristor (TSCs) và bộ lọc sóng hài ổn định

- TCR (Thyristor Controlled Reactor)

Là thiết bị dùng điều khiển một cách liên tục dòng điện qua cuộn cảm mắc song song với lưới bằng cách điều khiển góc kích của thyristor và được nối vào thanh cái điện áp thấp

Sơ đồ mạch một pha của bộ TCR, bao gồm cặp thyristor mắc song song, ngược chiều nhau và nối vào cuộn điện kháng tuyến tính

- TSC ( Thyristor Switched Capacitor)

Là thiết bị bù công suất phản kháng được điều chỉnh theo dạng nhảy cấp, nó có khả năng đóng cắt tụ điện bằng cách kích đóng ngắt các thyristor Bộ TSC kết hợp với

bộ TCR sẽ cho phép điện kháng tương đương của chúng có thể thay đổi liên tục từ tính dung sang tính kháng

Sơ đồ mạch một pha của bộ TSC bao gồm cặp Thyristor mắc song song, ngược chiều nhau và nối vào bộ tụ điện

Hình 2.3 Cấu tạo bộ TSC

Trong đó:

C: Bộ tụ điện

T: Thyristor có chức năng đóng hoặc ngắt bộ tụ điện

Van thyristor đƣợc đóng mở phụ thuộc vào tín hiệu xung điều khiển vào cực G của thyristor

Bộ TSC thực chất là bộ tụ điện đƣợc đóng mở bằng hai thyristor mắc đối song, khi thay đổi tín hiệu xung sẽ làm thay đổi giá trị điện dung C trong mạch

Fixed Filters: là thiết bị dùng để lọc sóng hài Mục đích là lọc các sóng hài bậc cao và bù công suất phản kháng cho phụ tải Các sóng hài bậc cao xuất hiện do chế độ làm việc của TCR gây ra (khi thyristor dẫn không hoàn toàn, dòng điện qua TCR sẽ không có dạng hình sin)

Sơ đồ mạch môt pha của bộ lọc sóng hài gồm có cuộn điện kháng XL nối tiếp vào