PHÂN TÍCH AN TỒN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU ĐỘ CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 110 - 220KV KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong phạm vi luận văn, tác giả sử dụng phần mềm PSS/E để t nh toán và xác định những tình huống sự cố ngẫu nhiên trên hệ thống điện khu vực N m miền Trung làm cho các phần tử còn lại tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN TRƯỜNG GIANG

PHÂN TÍCH AN TOÀN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU ĐỘ CHO HỆ THỐNG ĐIỆN

110 - 220KV KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin 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

Phan Trường Giang

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Lịch sử nghiên cứu 1

3 Mục đ ch và mục tiêu nghiên cứu củ đề tài 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Cơ sở kho học 2

6 Cấu trúc củ luận văn 3

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 4

1.1.TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ NGẪU NHIÊN 4

1.1.1 Phương pháp tường minh 4

1.1.2 Phương pháp đánh giá trạng thái 4

1.1.3 Phương pháp nhận dạng 4

1.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AN TOÀN 5

1.2.1 Phương pháp sắp xếp 5

1.2.2 Các phương pháp đánh giá trạng thái 9

1.3.KẾT LUẬN 14

CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 15

2.1.CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH AN TOÀN ĐANG SỬ DỤNG 15

2.1.1 Phần mềm Power World 15

2.1.2 Phần mềm PSS/E 15

2.1.3 Phần mềm PSS/ADEPT 16

2.1.4 Phần mềm CONUS 16

2.2.PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG PSS/E 17

2.2.1 Cấu trúc câu lệnh trong file subsystem 19

2.2.2 Cấu trúc câu lệnh trong file contingency 19

2.2.3 Cấu trúc câu lệnh trong file monitor 21

2.3.KẾT LUẬN 21

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN 110 - 220KV KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG VÀ QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 22 3.1 NGUỒN ĐIỆN, LƯỚI ĐIỆN VÀ PHỤ TẢI 22

3.1.1 Nguồn điện HTĐ N m miền Trung 22

3.1.2 Phụ tải HTĐ N m miền Trung 24

3.1.3 Lưới điện HTĐ N m miền Trung 25

3.1.4 Kết dây cơ bản củ HTĐ N m miền Trung 25

3.1.5 Đặc điểm vận hành hệ thống điện N m miền Trung 26

3.2 QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 27

3.3 XÂY DỰNG DỮ LIỆU PHÂN TÍCH AN TOÀN 28

3.4 KẾT LUẬN 32

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN NAM MIỀN TRUNGVÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU ĐỘ 33

4.1.CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI 33

4.1.1 Hệ thống điện ở chế độ bình thường 33

4.1.2 Hệ thống điện ở chế độ cảnh báo 33

4.1.3 Hệ thống điện ở chế độ khẩn cấp 33

4.1.4 Hệ thống điện ở chế độ cực kỳ khẩn cấp 34

4.2.PHÂN TÍCH AN TOÀN HTĐ NAM MIỀN TRUNG CHẾ ĐỘ N-1 36

4.2.1 Phân t ch n toàn HTĐ N m miền Trung mù khô chế độ N-1 36

4.2.2 Phân t ch n toàn HTĐ N m miền Trung mù mư chế độ N-1 43

4.3.PHÂN TÍCH AN TOÀN HTĐ NAM MIỀN TRUNG CHẾ ĐỘ N-2 50

4.3.1 Phân t ch n toàn HTĐ N m miền Trung mù khô ở chế độ N-2 50

4.3.2 Phân t ch n toàn HTĐ N m miền Trung mù mư chế độ N-2 55

4.4.KẾT LUẬN 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

TÓM TẮT LUẬN VĂN PHÂN TÍCH AN TOÀN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU ĐỘ CHO HỆ

THỐNG ĐIỆN 110 - 220KV KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG

Học viên: Ph n Trường Gi ng Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện

Mã số: 60.52.02.02 Khó : 31 Trường Đại học Bách kho – ĐHĐN

Tóm tắt – Hệ thống điện Việt N m có những bước phát triển nh nh về quy mô lưới

điện, đ dạng về nguồn điện để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng củ phụ tải Nhiệm vụ

củ cơ qu n điều hành hệ thống điện là vận hành n toàn, tin cậy, ổn định, đảm bảo chất lượng điện năng và kinh tế Trong quá trình điều hành, các tình huống sự cố xuất hiện ngẫu nhiên ở bất kỳ chế độ vận hành nào Do đó yêu cầu đặt r đối với các Điều độ viên là phải nh nh chóng thực hiện những th o tác xử lý ch nh xác, đúng quy trình, quy định nhằm đư hệ thống điện về vận hành ở chế độ bình thường Trong phạm vi luận văn, tác giả sử dụng phần mềm PSS/E để t nh toán và xác định những tình huống sự cố ngẫu nhiên trên hệ thống điện khu vực N m miền Trung làm cho các phần tử còn lại trên hệ thống vận hành ở chế độ khẩn cấp hoặc cực kỳ khẩn cấp Từ đó đề xuất các giải pháp điều độ nhằm mục đ ch đư hệ thống điện về vận hành ở chế độ bình thường

Từ khóa – Hệ thống điện; phân tích an toàn; PSS/E; Điều độ viên; chế độ cực kì

khẩn cấp

CONTINGENCY ANALYSIS AND PROPOSITION ALL SOLUTIONS TO 110 -

220KV POWER SYSTEM IN SOUTH CENTRAL VIETNAM

Abstract: VietNam's power system has developed rapidly in terms of grid size and

power diversity to meet the growth need of additional loads The task of the power system operator is to operate safely, reliably, stably in order to ensure the quality of power and economy During the operation, incident situations appear randomly in any operating mode It is therefore imperative for operators to promptly carry out precise, correct and regulated procedures to put the electrical system in normal operation In this thesis, the author uses PSS/E software to analyse and point out random incident scenarios on the South central power system which make the remaining elements in the system operate in the urgent or extremely urgent mode From which, we propose dispatching solutions for the purpose of bringing the electrical system to normal operation

Key words - Power System; Contingency Analysis; PSS/E; Operator; Extremely

urgent mode

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

A0 Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gi

A2 Trung tâm điều độ hệ thống điện miền N m

A3 Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

4.1 Biểu đồ phát NMĐ N m miền trung c o điểm

4.2 Phụ tải t nh toán ở chế độ c o điểm mù khô 37

4.3 Biểu đồ phát NMĐ khu vực N m miền Trung vào

4.4 Phụ tải t nh toán ở chế độ c o điểm mù mƣ 44

1.6 Sơ đồ phương pháp l n truyền theo vòng tròn 14 2.1 Sơ đồ khối quá trình t nh toán thủ công một sự cố đơn lẻ 18 2.2 Sơ đồ khối mô tả phương pháp tự động nhiều sự cố 18

3.1 Biểu đồ phụ tải ngày đặc trưng 25 3.2 Quy trình phân t ch n toàn hệ thống điện 29 4.1 Sơ đồ các bước thực hiện xử lý quá điện áp 35 4.2 Sơ đồ các bước thực hiện xử lý quá tải đường dây hoặc

4.3 Sơ đồ HTĐ khu vực Gi L i-Đăk Lăk khi sự cố

4.4 Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng khi sự cố AT2/T220 Nh

4.5 Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng s u khi xử lý sự cố

4.6 Sơ đồ HTĐ khu vực Đăk Lăk s u khi xử lý sự cố MBA

4.7 Sơ đồ HTĐ khu vực Bình Định khi sự cố MBA AT2/

4.8 Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng khi sự cố MBA AT2/

4.9 Sơ đồ HTĐ khu vực Bình Định, Phú Yên s u xử lý sự cố

4.10 Sơ đồ HTĐ khu vực Phú Yên, Nh Tr ng s u xử lý sự cố

Số hiệu

4.11 Sơ đồ HTĐ khu vực Đăk Lăk khi công tác MBA

4.12 Sơ đồ HTĐ khu vực Đăk Lăk s u khi xử lý sự cố MBA

4.13 Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng khi công tác MBA

4.14 Sơ đồ HTĐ khu vực Bình Định khi công tác MBA

4.15 Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng khi công tác MBA

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hệ thống điện Việt N m hiện n y có những bước phát triển nh nh về quy mô lưới điện, đ dạng về nguồn điện với nhiều thành phần kinh tế th m gi Điều này nhằm đáp ứng tốc độ tăng trưởng củ phụ tải hệ thống điện Quốc gi

Nhiệm vụ củ cơ qu n điều hành hệ thống điện là vận hành HTĐ n toàn, tin cậy,

ổn định, đảm bảo chất lượng điện năng và kinh tế Vì vậy, trong quá trình điều hành, các Điều độ viên phải thường xuyên giám sát, điều chỉnh các thông số, xử lý các tình huống bất thường xảy r trên hệ thống nhằm đư hệ thống về chế độ vận hành bình thường

Các tình huống sự cố xuất hiện ngẫu nhiên và có thể ở bất kỳ chế độ vận hành nào Có những sự cố mà vùng ảnh hưởng củ nó rất nhỏ hoặc không ảnh hưởng nhưng

có những sự cố có phạm vi ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống điện Đó là sự cố xếp chồng hoặc sự cố các phần tử đ ng truyền tải công suất c o trong hệ thống, những sự

cố này có thể làm mất điện một khu vực hoặc t n rã hệ thống Yêu cầu đặt r đối với các Điều độ viên là phải nh nh chóng thực hiện những th o tác xử lý ch nh xác, đúng quy trình, quy định

Nhằm chủ động đối phó với các tình huống sự cố có thể xảy r trên hệ thống cần

có những phương thức vận hành phù hợp Trên cơ sở đó t nh toán, phân t ch, lập các

d nh sách các sự cố có thể xảy r Đối với các sự cố nguy hiểm ảnh hưởng đến n toàn

hệ thống điện khu vực hoặc n ninh hệ thống điện Quốc gi cần có giải pháp điều hành chính xác, phù hợp

Hệ thống điện khu vực Nam miền Trung nằm trên đị bàn có điều kiện kh hậu phức tạp, chi phối biểu đồ phát các nhà máy điện Phụ tải khu vực có sự chênh lệnh lớn giữ c o điểm, thấp điểm và giữ các mù Đây là khu vực có thể xảy r các sự cố nghiêm trọng cần phải qu n tâm nghiên cứu

2 Lịch sử nghiên cứu

Trước đây đã có nhiều đề tài về phân t ch n toàn (Contingency Analysis) một số

hệ thống điện Tuy nhiên, đ số các nghiên cứu trước đây phân tích an toàn HTĐ ở chế

độ phụ tải dự báo c o nhất trong năm và đư r các giải pháp xử lý kỹ thuật lâu dài như lắp đặt thêm thiết bị hoặc cải tạo lưới Trong phạm vi đề tài này, tác giả sẽ t nh toán phân tích an toàn HTĐ dự trên những số liệu thu thập thực tế, từ đó xây dựng quy trình xử lý, đư r những th o tác tức thời đối với những sự cố khác nh u hoặc cùng đối tượng sự cố nhưng chế độ vận hành hệ thống khác nh u, nhằm đảm bảo n toàn trong quá trình vận hành HTĐ

3 Mục đ ch và mục tiêu nghiên cứu của đề tài

3.1 Mục đ ch nghiên cứu

Dự trên lý thuyết môn học phân t ch n toàn hệ thống điện, sử dụng phần mềm

t nh toán PSS/E phân t ch hệ thống điện 110 - 220kV khu vực N m miền Trung Từ đó tìm r các sự cố nặng nề có khả năng làm cho hệ thống điện phải vận hành ở chế độ khẩn cấp, cực kỳ khẩn cấp gây mất n toàn trong truyền tải Dự vào kết quả phân t ch

và các quy trình quy định liên qu n lập các phương án xử lý sự cố N-1, N-2 cho từng trường hợp cụ thể

3.2 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng các phương án xử lý sự cố N-1, N-2 giúp cho các Điều độ viên đư r các biện pháp kịp thời, nh nh chóng để đư hệ thống điện về vận hành ở giới hạn n toàn, ngăn ngừ sự cố l n rộng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Cấu trúc lưới điện, phân bố công suất khu vực N m miền Trung

- Các phương pháp phân t ch n toàn

- Những sự cố N-1, N-2 nguy hiểm trong HTĐ N m miền Trung

- Phương án xử lý sự cố N-1, N-2

4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Lý thuyết phân t ch n toàn hệ thống điện

- Thuật toán phân t ch n toàn trong phần mềm PSS/E

- Chế độ vận hành HTĐ N m miền Trung thời gi n c o điểm, thấp điểm vào

mù khô, mù mư

- Thu thập số liệu thực tế từ hệ thống SCADA củ Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung

- T nh toán mô phỏng HTĐ trên phần mềm PSS/E

- Phân t ch kết quả t nh toán dự trên các quy định về chế độ vận hành củ hệ thống

- Áp dụng các tiêu chuẩn theo thông tư, quy trình, quy định do Bộ Công thương

và EVN b n hành để xây dựng Quy trình xử lý sự cố

- Luật điện lực, các nghị định và thông tư về điều độ HTĐ, thông tư quy định quy trình xử lý sự cố, thông tư quy định quy trình th o tác, thông tư quy định hệ thống điện truyền tải và các quy trình quy định củ ngành Điện

6 Cấu trúc của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Lý thuyết phân t ch n toàn hệ thống điện

Chương 2: Các phần mềm t nh toán n toàn trong hệ thống điện

Chương 3: Giới thiệu HTĐ 110 – 220 kV Nam miền Trung và quy trình phân

t ch n toàn hệ thống điện

Chương 4: Phân t ch n toàn hệ thống điện Nam miền Trung và đề xuất các giải pháp điều độ

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1

LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ NGẪU NHIÊN

Quá trình vận hành hệ thống điện thường gặp phải những sự cố ngẫu nhiên, những sự cố này có thể gây r những d o động nguy hiểm trong thời gi n rất ngắn Với mục tiêu vận hành hệ thống điện n toàn, liên tục người vận hành cần có những biện pháp phòng ngừ nhằm chủ động đối phó trong các tình huống Lý thuyết phân tích sự cố ngẫu nhiên dự trên việc phân t ch sự vi phạm giới hạn truyền tải và giới hạn điện áp khi xảy r các sự cố, s u đây là một số phương pháp đã từng được nghiên cứu

1.1.1 Phương pháp tường minh

Để định lượng t nh nghiêm trọng củ mỗi sự cố cần sử dụng các hàm toán học Vấn đề là cần t nh toán nh nh nhằm phân biệt và xếp loại chúng theo thứ tự nghiêm trọng giảm dần, s u đó thực hiện phép t nh đầy đủ đối với những giá trị chỉ số nghiêm trọng khác không

Những thuật toán chọn lọc sự cố củ phương pháp tường minh (phương pháp chỉ

số xếp loại) là dự trên các công thức đơn giản đã được đư r trong các tài liệu Tuy nhiên, việc mô tả trạng thái s u sự cố bởi một chỉ số vô hướng có nhược điểm không

mô tả đầy đủ thông tin và như vậy độ tin cậy củ kết quả chư được khẳng định Những phương pháp như vậy cũng được gọi là phương pháp sắp xếp trong phân tích

an toàn

1.1.2 Phương pháp đánh giá trạng thái

Phương pháp đánh giá trạng thái nhằm đánh giá trạng thái củ hệ thống s u sự cố bằng một phép t nh rất nh nh và gần đúng Từ đó đư r d nh sách các trường hợp sự

cố được xem là có khả năng nguy hiểm và thực hiện việc t nh toán đầy đủ công suất tác dụng và công suất phản kháng đối với các trường hợp này Phương pháp này dự trên sự phát triển củ phương pháp số nhằm giảm bớt thời gi n t nh toán

Những định hướng hiện n y củ phương pháp này là nhằm kh i thác bản chất cục

bộ củ hầu hết các sự cố về mặt tác dụng cũng như phản kháng Những phương pháp mới trong loại này được gọi là cục bộ vì nó giới hạn phạm vi phân t ch đối với mỗi sự

cố, chúng dự vào kỹ thuật số tiên tiến, cho phép tiết kiệm khá nhiều thời gi n t nh toán và có nhiều hướng phát triển để áp dụng trong thời gi n thực

1.1.3 Phương pháp nhận dạng

Nhằm xác định tình trạng n toàn theo thời gi n thực tế, bằng cách so sánh với các tình trạng tương tự đã được nghiên cứu trước đó Những dữ liệu đã được nghiên

cứu b o gồm tất cả các thông tin liên qu n với những trường hợp trong tình trạng vận hành bình thường và trong trạng thái biến động

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AN TOÀN

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, việc tách r một hoặc nhiều phần tử sẽ dẫn đến th y đổi trạng thái làm việc củ hệ thống Chế độ làm việc củ hệ thống s u

đó cần được đánh giá cụ thể và có v i trò rất qu n trọng trong vận hành thời gi n thực Với sơ đồ hệ thống điện hiện n y, việc tách hoặc cắt một đường dây truyền tải công suất c o sẽ gây nên tình trạng quá tải một số đường dây khác, có thể nguy hiểm hơn và dẫn đến d o động công suất trong hệ thống Đối với các thiết bị ch nh khác như một tổ máy đ ng phát công suất c o hoặc máy biến áp đầy tải thì hậu quả cũng có thể xảy r như thế

Vấn đề đặt r ở đây là phải nh nh chóng phát hiện sự cố này và đư r những quyết định điều chỉnh Trong quá trình vận hành, việc phân t ch hệ thống cần được thực hiện đầy đủ và ch nh xác Từ đó có phương thức vận hành phù hợp với từng chế

độ củ hệ thống Hình 1.1 mô tả quá trình phân t ch n toàn hiện n y đ ng áp dụng rộng rãi

Quá trình phân t ch hệ thống thực hiện chủ yếu dự vào t nh toán phân bố trào lưu công suất (Power flow) đối với từng sự cố Hiện n y cấu trúc HTĐ ngày càng phức tạp, vì vậy quá trình phân t ch phải thực hiện hàng ngàn sự cố Việc phân t ch trước hết cần phải có thủ tục mô phỏng sự cố rồi thực hiện bài toán phân bố công suất, đối với mỗi sự cố cần kiểm tr các giới hạn về công suất, điện áp củ hệ thống s u sự

cố Với khối lượng t nh toán nhiều như vậy và mục tiêu là làm sao phân t ch tất cả các

sự cố với thời gi n bé nhất Điều đó yêu cầu tốc độ t nh toán, độ ch nh xác củ mỗi phương pháp phù hợp với đặc điểm củ các dạng sự cố

Phương pháp phân t ch hệ thống như trên tỏ r nặng nề và tốn nhiều thời gi n, vì vậy nó t được sử dụng trong thời gi n thực Nhằm khắc phục những nhược điểm trên nhiều phương pháp đã được nghiên cứu Hiện n y dự trên việc phân t ch kinh nghiệm, người t nhận thấy rằng phần lớn các sự cố xảy r không gây nên hậu quả nghiêm trọng về mặt n toàn

Có thể nêu r một số phương pháp phân t ch n toàn hệ thống điện như s u:

Hình 1.1 Mô tả quá trình phân tích an toàn trong thời gian thực

S u đó, các sự cố sẽ được phân t ch cặn kẽ bởi một phép t nh toán phân bố công suất tác dụng, công suất phản kháng đầy đủ Quá trình được tiếp tục cho đến sự cố không còn gây r vi phạm giới hạn n toàn (điện áp các nút, dòng điện các nhánh) hoặc cho đến khi đã xem xét đủ một số lượng sự cố trong d nh sách thiết lập từ trước

h y đã hết thời gi n t nh toán cho phép Quá trình này có thể biểu diễn thông qu sơ đồ logic Hình 1.2

Những phương pháp này có h i phần có thể ghép chung h y tách biệt:

- Đánh giá ảnh hưởng sự cố

- Sắp xếp các sự cố tùy thuộc vào chỉ số PI

Hiệu quả củ phương pháp này phụ thuộc h i điểm:

- Chất lượng củ việc đánh giá trạng thái s u sự cố cần thiết cho việc t nh toán chỉ số

- Chất lượng riêng củ việc thành lập công thức chỉ số mức độ trầm trọng, nó xác định chất lượng củ việc sắp xếp giữ các sự cố

Phân t ch đầy đủ

sự cố

Xuất r những sự

cố nào gây mất n toàn hệ thống

T nh chỉ

số nghiêm

trọng PI

P, Q

U, I

T nh phân bố công suất đầy đủ lần lượt cho các trường hợp

có chỉ có số PI lớn

Danh sách các

sự cố

Sắp xếp các

sự cố theo mức độ PI giảm dần

Xác định những trường hợp vi phạm giới hạn

an toàn

nh u, cái này so với cái khác

Chỉ số này nói chung là một đại lượng vô hướng hoặc một đại lượng véc tơ mô

tả khoảng cách giữ trạng thái củ hệ thống ng y s u sự cố và những giới hạn vận hành khác nhau

Có nhiều công thức tính toán chỉ số này đã được nghiên cứu Những công thức đầu tiên chỉ hạn chế ở việc t nh khả năng cực đại củ việc truyền công suất tác dụng, tiếp theo đó nó đựợc làm phong phú thêm bằng cách kết hợp cả về cường độ dòng điện trên đường dây cũng như điện áp tại các nút

Những cách tính chung nhất được sử dụng là: T nh độ s i lệch củ các biến hệ thống so với giá trị b n đầu và (hoặc) khoảng cho phép th y đổi Việc chọn giữ h i cách tính trên thể hiện các mặt khác nh u, hoặc người t đánh giá để biết ngưỡng an toàn không được vượt qu bằng cách sử dụng độ lệch Xfinal - Xmax, hoặc đo độ suy giảm củ hệ thống s u sự cố bằng cách dùng độ lệch Xfinal - Xđầu Trong đó Xfinal: giá trị cuối, Xmax: giá trị lớn nhất, Xđầu: giá trị b n đầu Nhiều cách xác định chỉ số PI đã được phát triển cả về mặt công suất tác dụng cũng như điện áp kết hợp công suất phản kháng

b Công thức và thuật toán

Trong việc xác định này, chỉ số PI là chỉ số t nh đến độ lệch củ biến hệ thống so với giá trị định mức củ nó và vùng mà trong đó đại lượng có thể th y đổi Để phân tích một sự cố, công thức củ nó là [2]:

∑( ⁄ )[(| | | |) ] (1.1) Với:

Xi: Độ lớn (công suất/điện áp) đo được ở nút i

Xnom

i : Độ lớn (công suất/điện áp) định mức ở nút i

∆Xlim

i : Khoảng cách n toàn (phạm vi n toàn)

Wi: Trọng số ở nút i, là một số thực không âm t nh đến cấu trúc củ hệ thống

Số mũ n được đư vào để tăng phạm vi giá trị củ chỉ số, do vậy tăng độ nhạy

củ chỉ số (bình thường chỉ số này không nhạy đối với các biến đổi nhỏ và sẽ tăng độ nhạy đối với những biến đổi lớn) Hình 1.3 trình bày thuật toán phân t ch sự cố trong một hệ thống điện

Điều này có thể gây nên những nhược điểm về s i số và người t gọi chung là s i

số “mặt nạ” Những s i số này thường xuất hiện ở gi i đoạn sắp xếp sự cố, tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng Như vậy, những sự cố t nghiêm trọng và t phần tử vượt giới hạn thì có thể được sắp xếp ng ng hàng với những sự cố có nhiều phần tử vượt giới hạn nhưng không nghiêm trọng

D nh sách các sự cố

Hình 1.3 Thuật toán phân tích sự cố

Những trọng số thể hiện sự quan trọng củ việc liên kết các nút khác nh u hoặc những phần tử củ hệ thống (cấu trúc hệ thống, truyền tải công suất tác dụng, công suất phản kháng)

Nhiều phương pháp như thế đã được phát triển, bắt đầu từ hệ số PI để thành lập

“sự lự chọn những sự cố” và “sắp xếp chúng” Điều này nhằm mục đ ch đạt được những t nh năng tốt nhất về xác định đúng sự cố có khả năng nguy hiểm, cũng như sắp xếp chúng với một thời gi n t nh toán có thể chấp nhận được Những phát triển đã được định hướng dự trên việc loại bỏ những s i số “mặt nạ” bắt đầu từ chỉ số PI cũng được các nhà nghiên cứu tiếp tục qu n tâm

Tuy nhiên, những cải thiện mặc dù làm tăng đáng kể thời gi n t nh toán nhưng lại không khử được toàn bộ những s i sót trong phương pháp này Vì vậy những kết quả

Bắt đầu

Thuật toán phân

t ch sự t ch sự cố: T nh chỉ số

PI

Đặt chỉ số lên trường hợp đầu tiên củ d nh sách sự cố

Thực hiện t nh phân bố công suất đầy đủ (AC) đối với trường hợp PI lớn trong bảng chỉ số

Xuất r những trường hợp quá/giảm áp

và quá tải Tăng chỉ số ở

trường hợp

tiếp theo

Dừng Hết Còn sự cố nào xét nữ không

thu được từ phương pháp trên không có khả năng đánh giá những tác dụng củ việc

th y đổi cấu trúc phức tạp

Điều này làm cho phương pháp sắp xếp được chấp nhận một cách hạn chế Do

đó, những phương pháp đánh giá trạng thái được phát triển s u đây nhằm khắc phục những điểm yếu củ phương pháp sắp xếp

1.2.2 Các phương pháp đánh giá trạng thái

Mục đ ch đầu tiên củ phương pháp này là không phải t nh toán một chỉ số nghiêm trọng, nhưng để đánh giá sơ bộ trạng thái s u sự cố để biết rằng có cần t nh

ch nh xác những hậu quả củ nó bởi một phép t nh phân bố công suất tác dụng - phản kháng đầy đủ (AC Loadflow) hay không

Đi sâu vào tìm hiểu kỹ nguyên tắc đánh giá củ từng phương pháp sẽ giúp chúng

t có thể đư r những so sánh, nhận xét đối với từng phương pháp

a Phương pháp tính toán phân bố công suất một phần

Việc đánh giá các biến trạng thái (ph , điện áp) đạt được s u những bước lặp đầu tiên củ một phép t nh công suất tác dụng - phản kháng (1P-1Q) bằng phương pháp Newton – R phson là một kỹ thuật thường được sử dụng

Nói chung đó là việc thực hiện một phép lặp tách rời phần thực (phương trình công suất/góc) và phần ảo (phương trình công suất phản kháng/điện áp) giải độc lập, gọi là bài toán tính phân bố công suất bằng phương pháp tách cặp nh nh (FDLF) [3] Trường hợp sự cố gây r việc vượt giới hạn về truyền tải thì được thêm vào d nh sách sự cố và sẽ được nghiên cứu chi tiết hơn bằng việc phân t ch đầy đủ về công suất tác dụng và công suất phản kháng

Chúng t chú ý rằng trong trường hợp công suất tác dụng, người t dùng một mô hình t nh toán phân bố công suất tuyến t nh hó hoặc mô hình “dòng một chiều” như một chức năng tiền xử lý để kiểm tr tất cả những sự cố đơn giản trên đường dây và máy phát Mô hình sử dụng trong trường hợp này là mô hình số gi củ việc t nh toán phân bố công suất tuyến t nh hó (hoặc “DC”):

[B’][∆θ] = [∆P] (1.2) Với:

[∆P]: Véc tơ số gi củ công suất tác dụng

[∆θ]: Véc tơ số gi củ góc ph điện áp

[B’]: M trận (n x n) là m trận chỉ tổng dẫn củ hệ thống (được t nh toán chỉ một lần ở đầu quá trình)

Mô hình này càng trở nên ch nh xác khi tỉ số X/R lớn

Như vậy ảnh hưởng củ mỗi sự cố về truyền dẫn công suất tác dụng có thể đánh giá bằng việc giải ∆θ và bằng việc t nh toán những th y đổi công suất tác dụng trên

các nhánh ∆Pkm từ công thức sau:

∆Pkm = (∆θk - ∆θm)/Xkm (1.3) Với:

Xkm: Điện kháng củ nhánh km

(∆θk - ∆θm): Số gi củ sự th y đổi góc trên nhánh km

Phương pháp này đơn giản, tiết kiệm thời gi n trong quá trình t nh toán so với phương pháp giải toàn bộ nhưng chỉ t nh toán cho trường hợp công suất tác dụng

b Phương pháp hệ số chuyển tải

Việc nghiên cứu các sự cố với số lượng lớn sẽ rất khó khăn nếu yêu cầu nhanh chóng tìm r kết quả trong một hệ thống có cấu trúc phức tạp Một trong những phương pháp được sử dụng là phương pháp hệ số chuyển tải h y còn gọi là phương pháp hệ số nhạy hệ thống, mà nguyên tắc thực hiện quá trình t nh toán được mô tả trong Hình 1.4

Các hệ số nhạy này sẽ phản ánh sự th y đổi tương qu n củ dòng công suất trên đường dây khi th y đổi cấu trúc, công suất phát trong hệ thống

Có h i loại hệ số: Hệ số phân phối công suất trên các đường dây còn lại khi cắt một đường dây bất kỳ và hệ số chuyển lượng công suất phát s ng các tổ máy phát và đường dây còn lại khi tách một tổ máy phát bất kỳ trong hệ thống

Hình 1.4 Sơ đồ logic phương pháp hệ số chuyển tải

- Hệ số chuyển công suất khi cắt một đường dây: Hệ số này được sử dụng để

kiểm tr quá tải trên các đường dây khác khi đường dây truyền tải bị cắt, nó được định nghĩ như sau:

(1.4) Với:

T nh công suất trên tất cả các đường dây khi cắt các đường dây

T nh công suất trên tất cả các đường dây khi cắt các máy phát

Hệ số

chuyển công

suất phát a

So sánh với công suất định mức trên các đường dây

Xác định các đường dây quá tải khi cắt các máy phát

: Hệ số phân phối công suất trên đường dây lm s u khi cắt đường dây jk

: Độ th y đổi dòng công suất (MW) trên đường dây lm

: Dòng công suất trên đường dây jk trước khi nó bị cắt

Nếu biết dòng công suất củ đường dây lm và đường dây jk trước khi th y đổi

cấu trúc thì dòng công suất trên đường dây lm khi đường dây jk bị cắt có thể xác định

thông qu hệ số α:

(1.5) Với:

: Dòng công suất trên đường dây lm khi đường dây jk bị cắt

, : Dòng công suất trên đường dây lm và jk trước khi cắt đường dây jk

Như vậy, nếu t t nh trước các hệ số αlm/jk thì có thể tiến hành rất nh nh việc kiểm

tr tất cả các đường dây trong hệ thống có quá tải h y không khi cắt một đường dây cụ

thể nào đó Hơn nữ tiến trình này có thể lặp đi lặp lại khi cắt lần lượt các đường dây

Kết quả hiển thị thông báo quá tải cho nhân viên vận hành biết qu t n hiệu “báo động”

để có biện pháp xử lý nh nh chóng và phù hợp

- Hệ số chuyển công suất phát: Hệ số này được ký hiệu là li và được xác định

bởi tỉ số giữ độ th y đổi dòng công suất trên đường dây l với độ th y đổi lượng công

: Độ th y đổi lượng công suất phát ở nút i

Giả thiết rằng lượng ∆Pi sẽ được phát bù ở nút hệ thống còn các máy phát khác

không th y đổi Hệ số li đặc trưng cho t nh nhạy củ dòng công suất trên đường dây l

khi th y đổi công suất phát ở nút i

Xét trường hợp khi có một máy phát lớn ngừng cấp, và giả thiết rằng lượng công

suất hụt này sẽ được bù ở nút hệ thống (chúng t sẽ xem xét trường hợp bù bằng nhiều

máy phát nhỏ), giả sử máy phát lớn này phát r lượng Pi (MW) lúc đó ∆Pi bù là:

Và trào lưu công suất mới trên các đường dây được t nh toán bằng các hệ số “ ”

đã t nh trước như s u:

Pl = Pl0 + ali.∆Pi (1.8)

Với:

l = 1…l

Pl0: Dòng công suất trên đường dây trước sự cố

Pl: Dòng công suất trên đường dây l s u khi máy phát nút i hỏng

Ở đây “dòng công suất s u sự cố” Pl củ mỗi đường dây l được so sánh với giới hạn củ nó, nếu vượt quá giới hạn sẽ báo động, điều này cho phép nhân viên vận hành biết máy phát nút i sẽ gây r quá tải trên đường dây l nào

T có thể xây dựng chương trình để tiến hành phân t ch sự cố ngẫu nhiên hệ thống điện như thuật toán Hình 1.5

Hệ số nhạy chuyển công suất phát là sự ước t nh tuyến t nh củ độ lệch dòng công suất ứng với sự th y đổi công suất phát ở một nút nào đó Vì vậy, nếu có sự th y đổi đồng thời ở nhiều nút phát thì chúng được t nh toán bằng phương pháp xếp chồng

c Phương pháp mở rộng vùng

Những phương pháp này dự trên bản chất cục bộ (l n truyền bé) củ phần lớn

sự cố, nội dung củ những phương pháp này là sử dụng qu n điểm hậu quả sự cố ảnh hưởng lớn ở vùng lân cận điểm sự cố và hậu quả củ chúng được l n truyền bởi các dạng “sóng” đến các nút có kết nối về điện.3

Như vậy lời giải chúng t cần tìm là lời giải trong vùng ảnh hưởng đối với mỗi sự

cố với giả thiết rằng những vùng x sự cố trơ cứng về điện với sự cố Điều này dự trên cấu trúc hệ thống điện, thể hiện qu sự kết nối củ một nút đến những nút bên cạnh chúng Những đặc t nh củ phương pháp này là:

- Việc kết nối với vùng biên là sự gần đúng

- Giả thiết t nh nghiêm trọng là cực đại và cục bộ

- Sự cố giả sử xảy r trong một hệ thống lớn

Chú ý rằng những công việc đầu tiên được thực hiện trong lĩnh vực này bởi nhà kho học Z borsky dưới tên gọi là “l n truyền theo vòng tròn” theo Hình 1.6

Những vấn đề ch nh phương pháp luận củ phương pháp này b o gồm:

- Xác định vùng ảnh hưởng để đánh giá hậu quả củ sự cố

- Những giả thiết về trạng thái điện ở biên giới củ vùng để thực hiện bài toán

- Xây dựng những vùng biên cho phép đảm bảo không có sự ảnh hưởng trên những phần củ hệ thống không t nh đến

- Phương pháp này dự trên dạng lặp củ G uss - Seidel, trong phương pháp lặp

và thuật toán này có t nh chất hội tụ t tin cậy

cả các đường dây sau khi cắt các máy phát

Kiểm tr quá tải tất

cả các đường dây sau khi cắt các đường dây khác

Yes Yes

No

No

Hình 1.5 Thuật toán phân tích sự cố ngẫu nhiên dùng các hệ số nhạy

Những phương pháp này khá hấp dẫn, tuy nhiên những giả thuyết vật lý nếu được kiểm tr thường xuyên thì đôi khi cũng có s i sót Vì vậy, những năm gần đây xuất hiện những phương pháp mới, những phương pháp này nghiên cứu để thực hiện những t nh toán củ dạng phương pháp cục bộ Chúng dự trên việc kh i thác tốt nhất những trạng thái điện ở biên vùng ảnh hưởng không m ng t nh chất cơ học, điều này

ℓ= ℓ+1

Bắt đầu

Đọc các điều kiện

củ hệ thống i=1

ℓ=1

Đường dây cuối i= i+1

𝑓ℓ, 𝑓ℓ𝑜 𝛼ℓ𝑘 𝑓ℓ𝑜

ℓ= ℓ+1 Đường dây cuối

Kết thúc

Ở phần lý thuyết chương 1, tác giả đã tìm hiểu các phương pháp phân t ch n

toàn hệ thống điện Những phương pháp này được chi thành h i nhóm ch nh đó là

phương pháp sắp xếp và phương pháp đánh giá trạng thái

Nội dung chủ yếu củ phương pháp sắp xếp là xác định chỉ số nghiêm trọng PI

để đánh giá mức độ nghiêm trọng củ một sự cố Tuy nhiên với những hệ thống điện

có cấu trúc phức tạp thì phương pháp này vẫn còn nhiều hạn chế như s i số và thời

gi n t nh toán lớn

Phương pháp đánh giá trạng thái được phát triển để khắc phục những điểm yếu

củ phương pháp sắp xếp Nhóm phương pháp này gồm có phương pháp t nh toán

phân bố công suất một phần, phương pháp hệ số chuyển tải, phương pháp mở rộng

vùng Tuy nhiên phương pháp định vùng được nghiên cứu trong những năm gần đây

có nhiều hứ hẹn sử dụng trong thời gi n thực vì chỉ đi vào phân t ch sâu hơn trên một

CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH AN TOÀN ĐANG SỬ DỤNG

Trong quá trình vận hành hệ thống điện tùy theo nhu cầu mà có thể sử dụng các phần mềm t nh toán khác nh u để t nh toán Có thể liệt kê r một số phần mềm đ ng được áp dụng rộng rãi như: PSS/E, PSS/ADEPT, POWERWORLD, CONUS … Các phần mềm này có thể chi thành h i loại, phần mềm do các công ty phần mềm phát hành và phần mềm do các Trung tâm nghiên cứu phát triển Đối với các phần mềm thương mại do các công ty phần mềm phát hành thì sẽ có kết quả t nh toán ch nh xác,

dễ dùng, số lượng các nút mô phỏng lớn nhưng đắt tiền Những phần mềm do các Trung tâm nghiên cứu phát triển thường có số lượng t các nút mô phỏng do đó khó sử dụng với những hệ thống điện lớn Bài toán phân t ch sự cố ngẫu nhiên thực chất là

t nh toán chế độ xác lập s u sự cố một hoặc nhiều phần tử Thuật toán sử dụng để t nh toán chế độ xác lập là phương pháp lặp mà tác giả sẽ nêu rõ trong phần mềm PSS/E

S u đây t đi vào tìm hiểu một số đặc điểm củ các phần mềm thông dụng

2.1.1 Phần mềm Power World

Power World là phần mềm thuộc tập đoàn Power World (Mỹ), được thiết kế để tính toán trong mô phỏng hệ thống điện Phần mềm có kết quả t nh toán ch nh xác, thể hiện bằng hình ảnh trực qu n nên dễ sử dụng, có thể mô phỏng các phần tử trong mạng điện, t nh phân bố công suất, phân t nh hệ thống điện và tổn thất trong hệ thống…

Hệ thống điện được t nh toán mô phỏng từ các máy phát thông qu các máy biến

áp, đường dây đến các phụ tải điện và sự kết nối các nhà máy với nh u thông qu các đường dây hệ thống, t cũng có thể t nh toán trào lưu công suất, tổn thất công suất, điện năng truyền tải trên các đường dây trong các chế độ vận hành khác nh u

Các chức năng củ phần mềm:

- Mô phỏng các phần tử trong hệ thống

- T nh toán mô phỏng tổng qu n hệ thống điện

- T nh toán thông số củ mạng điện

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

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

2.1.2 Phần mềm PSS/E

Phần mềm PSS/E (Power System Simulator/Engineering) là một phần mềm củ hãng PTI thuộc tập đoàn Siemens, được dùng để mô phỏng, t nh toán và phân t ch lưới truyền tải Phần mềm được lập trình bởi ngôn ngữ Portr nt, thiết kế trên nền gi o diện Windows, rất thuận tiện cho người sử dụng Phần mềm có khả năng t nh toán cho hệ

thống tối đ 50.000 nút, 100.000 nhánh, 12.000 máy phát, 20.000 máy biến áp, 4000 thiết bị bù và một số giới hạn khác

Các chức năng củ phần mềm PSS/E:

- T nh toán trào lưu công suất

- Tối ưu hó trào lưu công suất

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

- Mô phỏng quá trình quá độ điện cơ

Các phương pháp lặp để giải trào lưu công suất:

- Phương pháp lặp Gauss – Seidel

- Phương pháp lặp G uss – Seidel cải tiến phù hợp với tụ bù dọc

- Phương pháp Newton – R phson đầy đủ

- Phương pháp tách cặp nh nh – Fixed slope Decoupled Newton - Raphson iteration

- Phương pháp sử dụng hệ số tăng tốc – Decoupled Newton-Raphson iteration

2.1.3 Phần mềm PSS/ADEPT

Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simul tor/Adv nced Distribution Engineering Productivity Tool) là phần mềm tiện ch mô phỏng hệ thống điện và là công cụ phân t ch lưới điện phân phối

Chương trình phần mềm PSS/ADEPT giúp phân t ch và t nh toán lưới điện phân phối T nh toán và hiển thị các thông số về dòng (I), công suất (P, Q) củ đường dây Đánh giá tình trạng m ng tải củ tuyến đường dây thông qu chức năng Lo d Flow

An lysis Cho biết các thông số về tổn thất công suất củ từng tuyến đường dây từ đó

có phương án bù công suất phản kháng để giảm tổn thất…

Các chức năng củ phần mềm:

- Phân bố công suất

- T nh toán ngắn mạch tại một điểm h y nhiều điểm

- Tối ưu hó việc lắp đặt tụ bù

- Phối hợp bảo vệ

- Phân tích điểm mở tối ưu

- Phân t ch độ tin cậy lưới điện

2.1.4 Phần mềm CONUS

CONUS là chương trình t nh toán chế độ xác lập củ Đại học Leningr d được cán bộ củ bộ môn Hệ thống điện thuộc viện Điện trường Đại học Bách kho Hà Nội hiệu chỉnh và nâng cấp sử dụng từ năm 1985

Chương trình được lập trình bằng ngôn ngữ Fortran, dùng phương pháp lặp để

t nh toán Chương trình có thể thực hiện các nhiệm vụ: t nh tổn thất công suất, dòng

điện trên các nhánh, điện áp và góc ph tại các nút…ở chế độ xác lập đối với hệ thống đơn giản cũng như phức tạp Hiện n y phần mềm đ ng được sử dụng rộng rãi tại các trường đại học

2.2 PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG PSS/E

Phần mềm PSS/E hiện n y đ ng được sử dụng để t nh toán và phân t ch n toàn trong các Trung tâm điều độ hệ thống điện Do đặc điểm công việc và gi o diện dễ sử dụng nên trong phạm vi luận văn này tác giả sử dụng phần mềm PSS/E để t nh toán phân t ch n toàn hệ thống điện Nam miền Trung

Nội dung tiếp theo đi vào tìm hiểu nguyên tắc phân t ch n toàn trong phần mềm PSS/E cũng như cách thiết lập các tệp dữ liệu để sử dụng trong quá trình t nh toán Các sự cố nhẫu nhiên xảy r trong hệ thống điện là các sự cố nhảy máy phát, đường dây, máy cắt, ngắn mạch…xảy r ngẫu nhiên đối với một h y nhiều phần tử trong hệ thống điện

Các sự cố này có thể ảnh hưởng đến tần số, điện áp, độ n toàn cung cấp điện Hậu quả xảy r có thể là quá tải, điện áp thấp hoặc c o hoặc tăng/giảm tần số

Việc t nh toán các sự cố ngẫu nhiên có tác dụng dự báo, phân t ch độ nguy hiểm

củ các sự cố này, đề r các biện pháp loại bỏ hoặc giảm thiểu nguy cơ tiềm ẩn từ chúng

Các dạng t nh toán sự cố trong PSS/E:

- Sự cố đơn lẻ một phần tử (N-1): Mất một phần tử bất kỳ trong hệ thống điện Hình 2.1 mô tả trình tự t nh toán thủ công một sự cố đơn lẻ b o gồm các bước chuẩn bị

dữ liệu đầu vào cho đến xuất kết quả t nh toán

- Sự cố h i phần tử (N-2): Mất h i phần tử bất kỳ trong hệ thống điện Hình 2.2

mô tả quá trình t nh toán hệ thống nhiều sự cố

- Sự cố nhiều phần tử: Sự cố th nh cái, sự cố mất điện toàn trạm, sự cố mất một nhóm nhiều tổ máy

Để t nh toán sự cố ngẫu nhiên có thể sử dụng một trong h i phương pháp s u:

- Phương pháp thủ công: Lần lượt t nh toán đối với từng sự cố

- Phương pháp tự động: Sử dụng phần mềm t nh toán tự động

Đối với phương pháp thủ công t thiết lập trạng thái vận hành bình thường củ hệ thống, s u đó tách một thiết bị r (đường dây hoặc MBA, máy phát…) S u đó giải bài toán trào lưu công suất để xác định các điểm vi phạm giới hạn vận hành

Phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gi n t nh toán và chư phản ánh được t nh

“ngẫu nhiên” củ sự cố

Chuẩn bị thông số t nh toán

Chuẩn bị các file sub, con

Tạo file Df x

Giải các sự cố

Xuất kết quả t nh toán

`

Thiết lập các file sub, con, mon dự trên các

đị chỉ (ID) củ các th nh cái trong hệ thống và mục tiêu giám sát thực tế

Các options

Sử dụng phương pháp ACCC hoặc DCCC Xuất các kết quả như mức m ng công suất, điện áp … được định nghĩ trong file mon

Hình 2.1 Sơ đồ khối quá trình tính toán thủ công một sự cố đơn lẻ

Phương pháp tự động mô tả ở Hình 2.2 được sử dụng để khắc phục nhược điểm

củ phương pháp trên Nó cho phép t nh toán nhiều sự cố đồng thời trên hệ thống bằng cách thiết lập các tập tin liệt kê phạm vi giám sát, đối tượng giám sát và danh sách các

sự cố ngẫu nhiên Các tập tin (file) dùng trong phần mềm PSS/E như s u:

- File sub: Định nghĩ các subsystem (chỉ “phạm vi” các thanh cái trong hệ thống được sử dụng để t nh toán)

- File con: Định nghĩ các contingency (chỉ d nh sách các sự cố cần phân t ch)

- File mon: Mô tả các phần tử được giám sát (chỉ “phạm vi giám sát” trong hệ thống như điện áp, công suất…)

- File Dfax: Được tạo r từ các file sub, con, mon

Hình 2.2 Sơ đồ khối mô tả phương pháp tự động nhiều sự cố

Chuẩn bị file t nh toán

Mô phỏng chế độ sự cố

Giải bài toán Lo d Flow

Xuất kết quả t nh toán

Kiểm tr dữ liệu đầu vào: Nguồn, lưới phụ tải

Trip phần tử bị sự cố, kiểm tr trào lưu công suất trước sự cố

Sử dụng các lệnh FDNS hoặc FNSL giải bài toán Lo d flow

Kiểm tr các phần tử quá tải, điện áp các nút vượt ngưỡng cho phép

2 dạng

Dạng 2: Liệt kê tất cả các sự cố trong một tập hợp các nút có sẵn Dạng 1: Liệt kê từng sự cố

- Cắt 1 tổ máy trong system 1

2.2.1 Cấu trúc câu lệnh trong file subsystem

File sub dùng để mô tả tất cả các bus trong một hệ thống, mà hệ thống đó đã được định nghĩ trong chương trình PSS/E

- Cấu trúc file sub

2.2.2 Cấu trúc câu lệnh trong file contingency

File con được sử dụng để mô tả các sự cố thiết bị trong hệ thống, các thiết bị này (máy biến áp, đường dây, th nh cái, máy phát) có các bus nằm trong phạm vi file sub Trong phần mềm PSS/E có thể liệt kê các sự cố trong một hệ thống bằng h i cách Cách thứ nhất chỉ liệt kê những sự cố cần qu n tâm xem xét (dạng 1) hoặc sử dụng cách thứ h i đó là liệt kê tất cả các sự cố trong hệ thống (dạng 2) Khi những hệ thống điện phức tạp liên tục được mở rộng chúng t có thể sử dụng cấu trúc dạng 2 để kiểm soát những tình huống sự cố nguy hiểm đối với các thiết bị ch nh

Hình 2.4 thể hiện h i dạng liệt kê các sự cố trong file con

Hình 2.3 Các dạng file con

a Cấu trúc file contingency dạng 1

- Cắt tất cả các nhánh nối tới 1 bus

DISCONNECT BUS bsid

- Cắt 1 tổ máy

REMOVE MACHINE mcid FROM BUS bsid

- Thay đổi công suất củ phụ tải

SET BUS bsid LOAD TO r MW/PERCENT CHANGE BUS bsid LOAD BY r MW/PERCENT/* tăng thêm r MW hoặc %

INCREASE DECREASE

- Thay đổi công suất phát củ tổ máy

SET BUS bsid GENERATION TO r MW/PERCENT

b Cấu trúc file contingency dạng 2

/* Loại sự kiện 1, không có phần định nghĩ tên contingency

SINGLE BRANCH IN AREA 55/* chỉ có duy nhất 1 d t record

/* Loại sự kiện 2

…(contingency events)

END/* kết thúc các loại sự kiện

END/* kết thúc file

Chương trình sẽ t nh lần lượt các sự kiện trong từng loại sự kiện được định nghĩ

Mô tả các sự kiện (file con dạng 2):

- Cắt 1/2 nhánh từ bus

SINGLE BRANCH FROM BUS bsid DOUPBLE BRANCH FROM BUS bsid

- PARALLEL: Sự cố 2 đường dây song song

System: AREA i, ZONE i, OWNER i, SYSTEM/SUBSYSTEM label

2.2.3 Cấu trúc câu lệnh trong file monitor

File mon dùng để mô tả “phạm vi” giám sát khi phân t ch hệ thống Ở đây

“phạm vi” có thể là điện áp các nút, tỉ lệ hoặc/và độ th y đổi củ công suất, dòng điện, điện áp … qu các thiết bị

Cấu trúc file monitor

MONITOR TIES FROM AREA 90 TO KV 220/* data record 1

MONITOR BRANCHES IN AREA i/* data record 2

…

END/* kết thúc file

(Với mỗi sự cố được mô tả trong file.con, chương trình giám sát tất cả các phần

tử như được mô tả trong file mon)

2.3 KẾT LUẬN

Qu phần giới thiệu về các phần mềm đ ng được sử dụng để t nh toán chế độ hệ thống điện t thấy các phần mềm trên đều có chức những năng t nh toán đầy đủ, ch nh xác bài toán giải t ch mạng Việc lự chọn phần mềm t nh toán tùy theo điều kiện thực

tế (đơn vị công tác) và dự trên đối tượng t nh toán củ mỗi bài toán (sử dụng cho lưới phân phối h y lưới truyền tải) mà chúng t đư r quyết định sử dụng phần mềm nào

Do điều kiện công việc điều hành lưới điện truyền tải và đ ng sử dụng phần mềm PSS/E để t nh toán, trong phạm vi đề tài này tác giả sử dụng phần mềm PSS/E để phân t ch n toàn HTĐ Ở phần nội dung trên tác giả cũng đã giới thiệu về các tập tin sub, con, mon được sử dụng trong chương trình để t nh toán và cấu trúc câu lệnh trong các tập tin trên Việc nghiên cứu cụ thể mô đun Phân t ch n toàn (Contingency

An lysis) củ phần mềm PSS/E sẽ cho phép t phân t ch n toàn HTĐ Nam miền Trung trong chương tiếp theo

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN 110 - 220KV KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG VÀ QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN

3.1 NGUỒN ĐIỆN, LƯỚI ĐIỆN VÀ PHỤ TẢI

Khu vực N m miền Trung b o gồm 07 tỉnh, thành phố: Bình Định, Phú Yên, Khánh Hò , Gi L i, Đăk Lăk, Đăk Nông, KonTum

Hệ thống điện N m miền Trung có cấp điện áp đến 220kV và nằm trên đị bàn các tỉnh trên Để cấp điện cho phụ tải, HTĐ nhận điện từ lưới điện 500kV và các NMĐ trong khu vực Thông qu các ĐD và TBA 110-220 kV truyền tải đến hệ thống điện phân phối để phục vụ khách hàng

Đây là khu vực có nhiều t nh chất đặc thù về vị tr đị lý, n ninh quốc phòng, n sinh xã hội, đặc biệt là sự phân bố không đồng đều giữ nguồn điện và phụ tải, chiều dài các đường dây truyền tải điện lớn dẫn đến nhiều khó khăn, thách thức cho việc vận hành HTĐ N m miền Trung vào mù khô lẫn mù mư Đ số nguồn điện – chủ yếu

là thủy điện tập trung ở khu vực Tây Nguyên nhưng phụ tải chủ yếu chỉ phục vụ cho sinh hoạt hàng ngày, do đó vào mù mư thủy điện phát công suất c o hoặc vào thời

gi n thấp điểm đêm thủy điện dừng vận hành – phụ thuộc vào biểu đồ thị trường điện

và phụ tải tiêu thụ công suất thấp làm cho điện áp 110-220kV khu vực vượt quá giá trị định mức cho phép Ngược lại các tỉnh Bình Định, Phú Yên, Khánh Hò đ số là phụ tải công nghiệp và dịch vụ nhưng nguồn điện lại rất hạn chế - phụ thuộc sự truyền tải vào các đường dây đơn cấp điện áp 220kV từ các trạm biến áp 500kV, do vậy khi sự

cố một đường dây truyền tải và không có nguồn điện huy động tại chỗ rất dễ dẫn đến

d o động công suất và sụp đổ điện áp gây hiện tượng rã lưới ở khu vực này

S u đây sẽ đi vào chi tiết tình hình nguồn điện, lưới điện và phụ tải củ HTĐ

N m miền Trung

3.1.1 Nguồn điện HTĐ Nam miền Trung

T nh đến thời điểm hiện tại HTĐ N m miền Trung có 41 NMĐ nối lên lưới điện

110 - 220kV với tổng công suất lắp đặt là 3819 MW Thông số các NMĐ thể hiện trong Bảng 3.1 trong đó có:

- 17 nhà máy điện đấu nối vào lưới điện 220kV với tổng công suất 3100 MW thuộc quyền điều khiển củ cấp điều độ Quốc gi

- 24 nhà máy điện nối vào lưới điện 110kV với tổng công suất 719 MW Những nhà máy có công suất lắp đặt từ 30 MW trở xuống thuộc quyền điều khiển củ cấp điều độ Miền

- Ngoài các nhà máy trên còn có một số nhà máy thủy điện nhỏ với tổng công

suất gần 300 MW nối vào lưới điện phân phối

Bảng 3.1 Nguồn điện HTĐ Nam miền Trung

3.1.2 Phụ tải HTĐ Nam miền Trung

Theo thống kê, phụ tải củ HTĐ N m miền Trung thường đạt công suất cực đại vào khoảng tháng 7, 8 và thấp nhất vào tháng 12 hàng năm Thống kê phụ tải dự kiến năm 2016 tăng 8% so với năm 2015 được thể hiện trong Bảng 3.2

Trong quá khứ, phần lớn phụ tải củ HTĐ là phụ tải ánh sáng sinh hoạt Tuy nhiên, trong những năm gần đây khi các khu công nghiệp tại khu vực vận hành thì tỷ trọng phụ tải công nghiệp tăng tương đối nh nh, góp phần giảm độ nhấp nhô củ biểu

đồ phụ tải HTĐ N m miền Trung

Bảng 3.2 Phụ tải HTĐ Nam miền Trung

Đăk Nông

Kon Tum

Tổng (MW)

Pmax 270 120 320 190 280 120 70 1370 Pmin 150 70 180 90 140 40 30 660

Phân tích biểu đồ ở Hình 3.1 để thấy sự th y đổi phụ tải trong ngày theo từng giờ như s u:

Nhìn trên biểu đồ và bảng phân bố phụ tải các tỉnh thành củ HTĐ miền Trung nói chung và HTĐ N m miền Trung nói riêng rất dễ dàng nhận thấy điểm nổi bật là dạng biểu đồ rất nhấp nhô; có độ dốc rất lớn; thấp điểm ngày củ HTĐ miền Trung thường rơi vào khoảng từ 2 - 4h, c o điểm sáng từ 10 - 11h và c o điểm tối từ 18 - 20h

Ngoài r phụ tải khu vực có sự phân bố không đồng đều Phụ tải công nghiệp và dịch vụ tập trung ở các tỉnh, thành phố như Bình Định, Khánh Hò , điều này ảnh hưởng đến việc phân t ch n toàn lưới điện khu vực

Hình 3.1 Biểu đồ phụ tải ngày đặc trưng

3.1.3 Lưới điện HTĐ Nam miền Trung

Lưới điện N m miền Trung b o gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện

áp từ 220kV trở xuống Trong đó các ĐD và TBA 220 - 110kV có nhiệm vụ truyền tải điện từ các TBA 500kV và các NMĐ trong khu vực đến các TBA phân phối

Hiện n y lưới điện đ ng vận hành với nhiều mạch vòng 110 - 220kV, một số đường dây mạch kép 110kV và 220kV

- Lưới điện có 38 đường dây 220kV với chiều dài 2290 km, 105 đường dây 110kV với chiều dài 2320 km

- Lưới điện có 03 TBA 500kV: Pleiku (3x450 MVA), Pleiku 2 (1x450 MVA), Đăk Nông (600+450 MVA) với 6 MBA 500/220 kV và 2 MBA 220/110 kV

- Lưới điện có 5 TBA 220kV: Quy Nhơn (125+250 MVA), Tuy Hò (2x125 MVA), Nha Trang (125+250 MVA), Krong Buk (125+250 MVA), Kon Tum (125 MVA), AT3/Buôn Kuốp (125 MVA) Tổng cộng có 10 MBA 220/110 kV trên HTĐ

N m miền Trung làm nhiệm vụ truyền tải công suất

- Lưới điện có 60 TBA 110kV với 83 MBA 110/35/22kV

- Sơ đồ hệ thống điện các tỉnh N m miền Trung được thể hiện trong phụ lục 1

3.1.4 Kết dây cơ bản của HTĐ Nam miền Trung

Hệ thống điện N m miền Trung liên kết với HTĐ Quốc gi qu 03 trạm biến áp 500kV, kết nối với HTĐ miền Nam qua 3 đường dây 220kV: Nha Trang – Tháp Chàm

2, mạch kép Đăk Nông 500 – Bình Long 2 và 3 đường dây 110kV: Đăk Rl p – Bù Đăng, N m C m R nh – Ninh Hải, C m R nh – Tháp Chàm 2

3.1.5 Đặc điểm vận hành hệ thống điện Nam miền Trung

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, HTĐ N m miền Trung được chi làm hai mùa rõ rệt: vận hành vào mù mư và vận hành vào mùa khô Đặc biệt mù mư Tây Nguyên thường rơi vào tháng 6 – tháng 11, còn mù mư khu vực đồng bằng thường rơi vào tháng 11 đến tháng 4 Do nguồn thủy điện khu vực N m miền trung tập trung phần lớn ở khu vực Tây Nguyên nên trong luận văn tác giả chỉ xét mù mư và

mù khô ở Tây Nguyên

- Vận hành vào mù mư : Do có đặc thù về vị tr đị lý và phụ tải sinh hoạt chiếm tỉ trọng c o do đó công tác vận hành vào giờ c o điểm và thấp điểm gặp nhiều khó khăn Có h i vấn đề cần qu n tâm đó là điện áp c o vào thời gi n thấp điểm hoặc quá tải, đầy tải vào thời gi n c o điểm

Vào mù mư , trong quá trình kh i thác tối đ công suất các NMĐ khu vực Tây Nguyên nếu xảy r sự cố một hoặc nhiều phần tử truyền tải có thể d o động rã lưới, ảnh hưởng trực tiếp đến n ninh cung cấp điện khu vực

- Vận hành vào mùa khô: Kh hậu khu vực thường xuất hiện nắng nóng kéo dài, phụ tải sinh hoạt tăng c o, nguồn thủy điện tại chỗ giảm thấp làm đầy tải hoặc quá tải cục bộ một số MBA 220-110kV Trong quá trình này nếu xảy r sự cố ĐD hoặc MBA 220kV ch nh trong khu vực có thể gây quá tải những ĐD, MBA khác đ ng truyền tải công suất từ HTĐ đến phụ tải

Từ những đặc điểm về vị tr đị lý cũng như kết cấu nguồn điện, lưới điện và phụ tải t có thể rút r một số nhận xét về ưu điểm và nhược điểm củ HTĐ N m miền Trung như s u:

án khôi phục HTĐ trong trường hợp chư thể nhận điện từ lưới điện 500 kV

- Hệ thống điện có kết lưới rất linh hoạt do có thể nhận từ nhiều nguồn khác

nh u Các điểm máy cắt trên hệ thống đều có thể khép vòng nên khi tiến hành sử chữ h y sự cố một số nguồn h y các đường dây truyền tải việc cung cấp điện vẫn được đảm bảo

- Tính toán và phối hợp bảo vệ rơ le đơn giản, chắc chắn và linh hoạt

và trạm biến áp để truyền tải công suất

- Một số TBA 110kV có sơ đồ chư hoàn thiện (sơ đồ hình chữ T hoặc ngăn MC thiếu chân trong sơ đồ 2 th nh cái) gây khó khăn khi th o tác hoặc có thể gây mất điện khi công tác

Hiện n y đường dây 220 kV liên kết giữ HTĐ N m miền Trung và Bắc miền Trung vẫn chư được đư vào vận hành Đây là một trong những điểm hạn chế cần

nh nh chóng khắc phục nhằm nâng c o độ tin cậy cung cấp điện và t nh linh hoạt khi chuyển tải giữ h i khu vực trong miền

3.2 QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, nhân viên vận hành có thể đối mặt với các tình huống sự cố xảy r ngẫu nhiên bất cứ lúc nào Tùy thuộc vào chế độ vận hành khác nh u mà cần phải có những xử lý hợp lý, đúng quy trình quy định

Mục đ ch củ tác giả là xây dựng một quy trình phân t ch n toàn hợp lý dự trên cơ sở số liệu đầu vào thực tế và t nh toán thông qu phần mềm PSS/E Từ đó đư

r hướng xử lý đối với từng trường hợp sự cố cụ thể

Các bước lập quy trình phân t ch n toàn HTĐ và sơ đồ thực hiện như Hình 3.2 Nội dung các khâu xử lý:

- Dữ liệu đầu vào

+ Biểu đồ các NMĐ huy động theo thị trường

+ Biều đồ các NMĐ huy động theo chi ph tránh được

+ Phụ tải dự báo củ các công ty điện lực

- Tính toán Contingency Analysis

+ Thành lập các file sub, con, mon như đã giới thiệu ở chương 2

+ Đối với trường hợp t nh toán N-1 sử dụng kết lưới cơ bản b n đầu (kết lưới đã có các điểm mở vòng theo t nh toán ổn định củ HTĐ Quốc gi )

+ Đối với trường hợp t nh toán N-2 t thiết lập kết lưới đã tách sẵn 1 thiết bị (N-1) hoặc sử dụng tập tin (file out ge) trong đó đã thực hiện tách sẵn một thiết bị

Trong phạm vi đề tài này tác giả thiên về giải quyết các trường hợp N-2 sử dụng sơ đồ kết lưới đã tách sẵn 1 thiết bị Đây là trường hợp thường xảy r trên hệ thống hiện n y

- Thiết lập danh sách các sự cố nguy hiểm

+ Đư r d nh sách các sự cố nghiêm trọng có thể gây quá tải nặng nề các đường dây hoặc máy biến áp khác hoặc vi phạm thông số vận hành Sắp xếp chúng dự trên tỉ

lệ quá tải

- Giải pháp điều độ

+ Thực hiện các th o tác xử lý kịp thời, ch nh xác phù hợp với các quy định khi

hệ thống ở chế độ cảnh báo, khẩn cấp hoặc cực kỳ khẩn cấp Các th o tác này nhằm

đư hệ thống về vận hành ở chế độ bình thường

+ Các th o tác cụ thể như chỉ huy điều độ th y đổi công suất vô công, hữu công các NMĐ, điều chỉnh nấc phân áp các MBA, đóng hoặc cắt các tụ bù ng ng, các đường dây không tải Th y đổi trào lưu công suất bằng cách chuyển kết lưới, cắt các đường dây mạch kép m ng tải thấp hoặc s thải phụ tải khi cần thiết

- Xuất kết quả

+ Đư r giá trị các đại lượng cần theo dõi s u sự cố (N-1 hoặc N-2) như công suất P, Q, điện áp hoặc tỉ lệ % công suất qu thiết bị qu n trọng, độ th y đổi điện áp tại các th nh cái Giá trị các đại lượng này s u khi sử dụng giải pháp điều độ không được

vi phạm giới hạn quy định

3.3 XÂY DỰNG DỮ LIỆU PHÂN TÍCH AN TOÀN

Hệ thống điện khu vực N m miền Trung có cấp điện áp từ 220kV trở xuống Ở đây các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp 220kV thuộc phạm vi quản lý vận hành củ Công ty Truyền tải điện 3 – b o gồm tất cả các BUS nằm trong khu vực ZONE

30 và các thiết bị 110kV củ các tỉnh/thành phố từ ZONE 706 đến ZONE 712 Trong đề tài tác giả chỉ t nh toán và xử lý đối với các trường hợp sự cố gây quá tải các thiết bị

ch nh trong lưới điện 220kV và giám sát điện áp các nút 110kV trong khu vực này

- Cấu trúc câu lệnh file sub sử dụng trong chương trình :

Hình 3.2 Quy trình phân tích an toàn hệ thống điện

- Cấu trúc câu lệnh file con như s u:

Trong phạm vi đề tài tác giả sử dụng file con dạng 1, tức là lập một d nh sách các sự cố đối với các thiết bị qu n trọng trong hệ thống Cụ thể là d nh sách sự cố các máy biến áp 220/110 kV và đường dây 220kV liên kết hệ thống điện

Mục đ ch củ lự chọn này nhằm kho nh vùng các sự cố cần kiểm soát, rút gọn đối tượng t nh toán, khi hệ thống điện phát triển, mở rộng cấu trúc có thể thêm vào

d nh sách các sự cố ngẫu nhiên theo mục đ ch củ người t nh toán

S u đây là chi tiết các câu lệnh:

/SU CO CAC MAY BIEN AP 220kV

Danh sách trường hợp N-1 nguy hiểm