Phân tích, tính toán bù công suất phản kháng và ổn định điện áp lưới điện 110 kv tỉnh gia lai (tt)

Hiện nay, vấn đề đang đặt ra cho ngành điện nói chung và Đội quản lí vận hành lưới điện cao thế Gia Lai nói riêng là làm sao cho chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng luôn đảm bảo

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Kim Hùng

Phản biện 1: TS Trịnh Trung Hiếu

Phản biện 2: TS Nguyễn Lương Mính

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật điện họp tại trường Đại

học Bách khoa vào ngày 18 tháng 7 năm 2020

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm học liệu và truyền thông tại Trường Đại học Bách

khoa - Đại học Đà Nẵng

 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời gian vừa qua, hệ thống điện Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế và

xã hội của đất nước Hàng loạt các công trình điện ở các cấp điện áp 500kV, 220kV,110kV được xây dựng và đưa vào vận hành Hệ thống điện ngày càng được mở rộng cả về qui mô và tính phức tạp nhằm đảm bảo cung cấp điện năng cho khách hàng

Lưới điện 110kV Gia Lai là một phần quan trọng trong hệ thống lưới điện miền Trung Hiện nay, vấn đề đang đặt ra cho ngành điện nói chung và Đội quản lí vận hành lưới điện cao thế Gia Lai nói riêng là làm sao cho chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng luôn đảm bảo trong phạm vi cho phép, đồng thời phải giảm tổn thất công suất (∆P) trên lưới điện 110kV ở mức thấp nhất nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cho ngành điện Cùng với sự phát triển của kinh tế

và nhu cầu xã hội, phụ tải của lưới điện 110kV Gia Lai ngày càng tăng cao Năm 2018, lưới điện 110kV Gia Lai đã bổ sung hai trạm biến áp 110kV Chư Pưh và Krông Pa với tổng công suất 65 MVA, nâng tổng số trạm 110kV thuộc Đội quản lí vận hành lưới điện cao thế Gia Lai quản lý là 11 trạm biến áp 110kV Từ khi lắp đặt thêm hai trạm biến áp 110kV trên vào lưới điện 110kV Gia Lai cho đến nay chưa có một khảo sát nào đánh giá mức độ vận hành lưới 110kV cũng như đưa ra các phương án vận hành dự phòng khi có sự cố xảy

ra Mặc khác, vấn đề tổn thất công suất, tổn thất điện năng là quan trọng trong lưới điện, hiện nay tổn thất và vấn đề điện áp lưới chưa bảo đảm chỉ tiêu do những nguyên nhân như cấu trúc lưới điện chưa đảm bảo, sự mang tải của các đường dây không đều nhau, phụ tải điện thường xuyên có thay đổi

Ðể giải quyết vấn đề này, đề tài “Phân tích, tính toán bù

công suất phản kháng và ổn định điện áp lưới điện 110kV tỉnh Gia Lai” sẽ nghiên cứu, phân tích, tính toán, đánh giá tình hình tổn

thất công suất, tổn thất điện năng, ổn định điện áp hiện tại để từ đó

đề xuất phương thức vận hành thích hợp nhằm mang lại nhiều lợi ích thiết thực như: Giảm tổn thất điện năng trên lưới, giảm tổn thất công suất, đảm bảo chất lượng điện năng và đây là việc làm rất cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Hệ thống được các giải pháp giảm tổn thất điện năng và cơ

sở lý thuyết của bù công suất phản kháng

- Sử dụng phần mềm để phân tích và lựa chọn vị trí bù và dung lượng bù công suất phản kháng để giảm tổn thất công suất, tổn

thất điện năng và ổn định điện áp khi vận hành

- Sử dụng phần mềm PSS/E để tính toán ổn định động cho hệ thống điện

3 Đối tượng, nội dung và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Ðối tượng nghiên cứu của đề tài là nguồn và lưới điện 110kV thuộc Đội quản lí vận hành lưới điện cao thế Gia Lai

3.2 Nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu các giải pháp giảm tổn thất điện năng

- Đánh giá tình hình TTĐN, chất lượng điện áp tương ứng với hiện trạng vận hành lưới điện

- Sử dụng phần mềm phân tích, lựa chọn vị trí bù và dụng lượng bù cho lưới điện 110kV Gia lai để giảm TTĐN, cải thiện điện

áp phía 110kV và điều chỉnh nấc phân áp của các máy biến áp để cải thiện điện áp phía 22kV

- Đánh giá ổn định của lưới điện dựa trên đường cong P-V và Q-V khi sự cố lưới điện như sự cố nhà máy thủy điện H’Mun, sự cố đường dây 110kV Pleiku – Gia lai để lựa chọn phương thức vận

hành dự phòng hợp lý lưới điện 110kV

4 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thống kê: thu thập các số liệu về nguồn và lưới

điện 110kV Gia Lai

- Phương pháp phân tích tổng hợp: Sử dụng phần mềm để

phân tích các số liệu thu thập được, trên cơ sở đó tổng hợp và đề xuất

giải pháp vận hành phù hợp lưới điện

5 Cấu trúc của luận văn

CHƯƠNG 1 CÁC BIỆN PHÁP GiẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 1.1 Khái niệm chung

1.1.1 Tổn thất kỹ thuật

1.1.2 Tổn thất điện năng phi kỹ thuật

1.2 Quản lý nhận dạng tổn thất điện năng

1.2.1 Xác định TTĐN thực hiện qua hệ thống công tơ đo đếm

1.2.2 Xác định TTĐN của lưới điện qua tính toán TTĐN

1.3.5 Phương pháp tính toán bù tối ưu

1.3.6 Biện pháp quản lý kỹ thuật - vận hành

1.3.7 Nâng cao hệ số công suất của phụ tải

1.3.8 San bằng đồ thị phụ tải

1.3.9 Chọn lựa thiết bị có công suất phù hợp

1.3.10 Phân phối dung lượng bù trong mạng các nhánh tập trung

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH GIA LAI 2.1 Tổng quan về lưới điện 110kV tỉnh Gia Lai

2.1.1 Nguồn và lưới điện

2.1.1.1 Nguồn thủy điện

2.1.1.2 Nguồn nhiệt điện

2.1.1.3 Nguồn lưới điện

2.1.2 Thực trạng lưới điện 110kV tỉnh Gia Lai

2.1.2.1 Các đặc điểm chính

Hệ thống các tuyến đường dây được liên kết theo mạch vòng, có nhiều nguồn cung cấp từ các nhà máy thủy điện và trạm 500kV nên việc chuyển đổi lưới linh hoạt hơn, giảm thời gian mất điện, khi sự cố 01 đường dây 110kV thì vẫn đảm bảo tính ổn định cung cấp điện cho các phụ tải hoặc chỉ mất điện do thao tác chuyển đổi phương thức Tuy nhiên còn vài đường dây hình tia chưa được liên kết nhau

Bên cạnh đó, lưới điện 110kV đơn vị quản lí vận hành phân

bố trải dài qua nhiều khu vực có địa hình đồi núi cao, phức tạp, điều kiện khí hậu khắc nghiệt thường xảy ra giông sét, gió lốc Một số đường dây đưa vào vận hành lâu năm với các cung đoạn đường dây dài, thường xuyên mang tải cao

Sơ đồ lưới điện 110kV Gia Lai đến tháng 7 năm 2019 như hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ lưới điện tỉnh Gia Lai

2.3.1.Chương trình PSS/E (Power system simulation/ engineering)

2.3.2 Chương trình POWERWORLD

2.3.3 Chương trình CONUS

2.3.4 Phân tích lựa chọn chương trình tính toán

Trong đề tài này, tác giả tính toán trào lưu công suất, điện áp tại các nút trong hệ thống điện 110KV Gia Lai đến năm 2019 ở các chế độ vận hành khác nhau Từ đó tìm ra được các nút có điện áp thay đổi nhiều để lắp đặt các thiết bị bù nhằm giảm TTĐN, ổn định điện áp và nâng cao độ dự trữ ổn định của hệ thống Do vậy, trong đề tài sẽ sử dụng chương trình PSS/E vì nó thân thiện, áp dụng phổ biến

ở các đơn vị điện lực, cho kết quả chính xác và độ tin cậy khá cao

2.4 Phân tích, tính toán bù công suất phản kháng lưới điện 110kv tỉnh gia lai

2.4.1 Dữ liệu tính toán

2.4.2 Kết quả phân tích trào lưu công suất

Sử dụng phần mềm PSS/E 33.4 tính toán lưới cao áp tỉnh Gia Lai để đánh giá sơ bộ về tình trạng của lưới điện Các kết quả về điện

áp tại các nút 110kV được thể hiện như trên hình 2.7

Hình 2.7 Kết quả điện áp tại các nút 110kV

Từ kết quả như hình 2.7 ta thấy điện áp tại đa số các nút đều nằm trong phạm vi cho phép ±5% Uđm và đa số các nút có điện áp trên 0.95pu, Tuy nhiên còn có một số nút có điện áp dưới 1pu như Mang Yang, Pleiku, Diên Hồng, Chư Sê, ChưpRông và thấp nhất là Đức Cơ với điện áp bằng 0.962pu

Đối với huyện Kbang và thị xã An khê, khi chạy tính toán ta thấy điện áp phía 110kV và phía 22kV đều trên 1pu như hình 2.8 và 2.9, từ kết quả cho thấy chất lượng điện áp đảm bảo yêu cầu Và trong các trường hợp đánh giá tiếp theo ta sẽ không xét tới hai vị trí này trong quá trình tính toán và đánh giá

Hình 2.8 Điện áp 110kV tại Kbang và An khê

Hình 2.9 Điện áp 22kV tại Kbang và An khê

2.4.3 Bù công suất phản kháng

Đầu tiên chạy phân bố công suất trên phần mềm PSS/E, sau

đó dựa trên kết quả phân tích điện áp tại các nút như trong hình 2.7

và sơ đồ lưới điện như trong hình 2.5 ta thấy rằng các nút có điện áp dưới 1pu nằm xung quanh hai vị trí Diên Hồng và Chư Sê do đó ta chọn bù công suất phản kháng lần lượt tại hai nút là Diên Hồng và Chư Sê để đánh giá sự phù hợp về vị trí Còn giá trị công suất bù, ta lần lượt tiến hành bù từ 20MVar đến 80MVar và tương ứng với mỗi giá trị công suất bù ta tiến hành phân tích lại tổn thất điện năng, điện

áp tại các nút chọn lượng công suất phù hợp

Hình 2.10 Điện áp tại các nút 110kV khi bù tại Diên Hồng

Tại vị trí Diên Hồng, khi bù lượng công suất từ 20 - 40MVar thì đa số điện áp các nút dưới 1pu, khi bù tăng lên 50MVar thì điện

áp tại các nút sẽ trên 1pu (ngoại trừ nút ChưpRông và Đức cơ điện

áp còn dưới 1pu), khi tiếp tục tăng lượng công suất bù lên đến 60MVar thì điện áp tại các nút sẽ trên 1pu và tiếp tục tăng lượng công suất bù từ 70 - 80MVar thì điện áp vẫn nhỏ hơn 1,05pu

Hình 2.11 Điện áp tại các nút 110kV khi bù tại Chư Sê

Khi tiến hành bù tại Chư Sê với lượng công suất từ 20 - 40MVar thì điện áp tại các nút đã được cải thiện nhưng tại vị trí Mang Yang, Pleiku điện áp vẫn dưới 1pu, khi bù 50MVar thì điện áp tại các số nút đã tăng trên 1pu Tuy nhiên, khi bù 60MVar thì điện áp tại một số nút lại vượt trên 1.05pu Do đó ta lựa chọn công suất bù tại Chư Sê là 50MVar là phù hợp So sánh với công suất bù và cải thiện chất lượng điện áp giữa Diên Hồng và Chư Sê, ta lựa chọn Chư Sê là

vị trí bù với công suất là 50MVar

* Nhận xét:

Tổng tổn thất điện năng sẽ giảm so với khi chưa bù công suất phản kháng từ 11.552,76kWh xuống còn 9.868,66kWh (tương đương giảm 14,58%)

2.4.4 Bù công suất phản kháng kết hợp với điều chỉnh nấc phân áp

Ở trạng thái vận hành bình thường vị trí các nấc phân áp được điều chỉnh như trong bảng 2.9 và kết quả điện áp tại các nút phía 22kV được thể hiện trong hình 2.15

Hình 2.15 Điện áp tại các nút 22kV

Với việc lựa chọn nấc phân áp cho các MBA như trong bảng 2.9 và kết quả hình 2.15 thấy rằng điện áp tại các nút đều trên 0.95pu trong đó thấp nhất là Mang Yang với giá trị 0.951pu Sau khi phân tích lựa chọn giá trị bù là 50MVar tại Chư Sê ta tiến hành điều chỉnh nấc phân áp để đạt được phương án vận hành tốt nhất

Hình 2.16 Điện áp phía 22kV không phân áp khi bù CSPK

Khi tiến hành bù công suất phản kháng ta thấy điện áp phía 22kV tại thời điểm chưa điều chỉnh nấc phân áp đã có những nút có điện áp trên 1pu Dựa trên hình 2.16 ta tiến hành điều chỉnh nấc phân

áp để tăng điện áp tại các nút Mang Yang, Pleiku, Ayun Pa và giảm điện áp tại các nút còn lại về 1pu

Hình 2.17 Điện áp phía 22kV sau khi điều chỉnh nấc phân áp

Dựa trên kết quả hình 2.17 ta thấy điện áp phía 22kV sau khi được điều chỉnh đã nằm trong phạm vi cho phép Do đó với giá trị bù

50MVar tại vị trí Chư Sê và kết hợp với điều chỉnh nấc phân áp sẽ giữ cho lưới điện 110kV và 22kV Gia Lai luôn nằm trong giới hạn cho phép và đảm bảo điều kiện an toàn, ổn định

2.5 Kết luận Chương 2

Với đối tượng là lưới điện 110kV Gia Lai, nội dung chính của chương đã đi vào phân tích trào lưu công suất và điện áp ở trạng thái vận hành bình thường của lưới điện để từ đó đánh giá và đưa ra các giải pháp nhằm giảm TTĐN và nâng cao chất lượng điện áp Hai phương pháp đã được áp dụng đó là bù công suất phản kháng và điều chỉnh nấc phân áp Sau khi phân tích, tính toán, đánh giá ta lựa chọn Chư Sê là nút bù công suất phản kháng với dung lượng là 50MVar và thay đổi các nấc phân áp để điện áp đạt ngưỡng cho phép và ổn định

Khi tiến hành bù công suất phản kháng, tổn thất điện năng trên các tuyến đường dây ở xa vẫn không giảm nhiều Tuy nhiên các đường dây ở gần trạm bù thì tổn thấy điện năng sẽ giảm Và tổng tổn thất điện năng sẽ giảm so với khi chưa bù CSPK, từ 11.552,76kWh xuống còn 9.868,66kWh (tương đương giảm 14,58%)

Khi tiến hành bù CSPK ta thấy điện áp phía 22kV tại thời điểm chưa điều chỉnh nấc phân áp đã có những nút có điện áp trên 1pu như: Diên Hồng, Chư Sê, Đức Cơ và những nút có điện áp dưới 1pu như: Mang Yang, Pleiku, Ayun Pa Ta tiến hành điều chỉnh nấc phân áp để tăng điện áp tại các nút như: Mang Yang, Pleiku, Ayun

Pa và giảm điện áp tại các nút như: Diên Hồng, Chư Sê, Đức Cơ về 1pu

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN

110KV TỈNH GIA LAI 3.1 Sử dụng đường cong pv/qv phân tích ổn định điện áp lưới điện 110kV tỉnh Gia Lai ở chế độ vận hành bình thường và

sự cố

3.1.1 Những nguyên nhân gây nên sự mất ổn định điện áp trong hệ thống

3.1.2 Phân loại ổn định điện áp

3.1.3 Xây dựng các đường cong tính toán

3.1.3.1 Xây dựng đường cong Q-V

3.1.3.2 Xây dựng đường cong P-V

3.2 Kết quả tính toán đường cong P-V và Q-V

3.2.1 Kết quả tính toán đường cong P-V ở chế độ vận hành bình thường và sự cố khi chưa bù công suất phản kháng

Từ các kết quả thu được ta xác định được đặc tính P-V của các nút như hình 3.4

Hình 3.4 Đặc tính P-V tại các nút trong chế độ bình thường

Theo đặc tính P-V ta thấy khi công suất truyền tải gia tăng trên 126MW thì hiện tượng sụp đổ điện áp sẽ xuất hiện, điện áp khi bắt đầu sụp đổ khoảng 0,52pu Các nút 110kV có điện áp giảm xuống thấp lần lượt là: Đức Cơ, ChưPRông, Chư sê, Chư Pưh và Ayun Pa

Tiếp theo ta phân tích sự ổn định khi xảy ra sự cố trong lưới điện, ở đây ta xét đến các sự cố đó là không có sự tham gia của nhà máy thủy điện H’Mun như trong hình 3.5 Sự cố đường dây Diên Hồng – Pleiku như trong hình 3.6

Hình 3.5 Đặc tính P-V tại các nút khi bị sự cố NMTĐ H’Mun

Hình 3.6 Đặc tính P-V tại các nút khi bị sự cố đường dây

Pleiku – Diên Hồng

- Ở trạng thái vận hành bình thường đường dây giữa Ayun

Pa – NĐBM Gia Lai ở trạng thái hở, khi công suất tác dụng tăng lên

đến 126MW và điện áp khoảng 0.52pu sẽ rã lưới

- Tuy nhiên khi không có thủy điện H’Mun ta thấy công suất

tác dụng tăng tới khoảng 126MW và điện áp khoảng 0.68pu thì xảy

ra sụp đổ hệ thống lưới điện

Hình 3.7 Đặc tính P-V tại các nút khi bị sự cố đường dây Pleiku – Diên Hồng và có sự tham gia của lưới điện Đăk Lăk

3.2.2 Kết quả tính toán đường cong P-V ở chế độ vận

hành bình thường và sự cố khi bù công suất phản kháng

Trong chương 2 ta đã đi vào phân tích điện áp tại các nút và

để nâng cao chất lượng điện áp tại các nút ta đã tiến hành bù công

suất phản kháng tại Chư sê với giá trị 50MVar và tiến hành điều

chỉnh nấc phân áp tại các nút Trong trường hợp tiếp theo ta sẽ phân

tích đặc tính đường cong P-V khi đã bù công suất phản kháng để

đánh giá sự ổn định của lưới điện 110kV Gia Lai Kết quả như trong

hình 3.8 và 3.9

sẽ giúp ổn định được điện áp trong trường hợp công suất phụ tải tăng cao

Qua phân tích đường cong P-V hoặc Q-V ta đều có thể đánh giá được mức độ ổn định của hệ thống và tìm ra những nút có độ dự trữ công suất thấp dễ mất ổn định

3.3 Kết luận Chương 3

Trong chương này tác giả đã dựa trên cơ sở lý thuyết về đặc tính ổn định của đường cong P-V và Q-V kết hợp với chạy tính toán bằng phần mềm PSS/E cho các trường hợp ở trạng thái vận hành bình thường, trạng thái vận hành sự cố như sự cố nhà máy thủy điện H’Mun, sự cố đường dây Pleiku- Diên Hồng để đánh giá mức ổn định của lưới điện tại các nút và từ đó xác định nút nào ổn định và

nút dễ mất ổn định

Sau khi bù công suất phản kháng, theo phân tích đặc tính

P-V ta thấy điện áp sẽ được tăng lên đáng kể ngay cả khi xảy ra quá trình sụp đổ điện áp Ở chế độ vận hành bình thường điện áp tăng từ 0.52pu lên 0.67pu và ở chế độ sự cố nhà máy thuỷ điện H’Mun điện

áp đa số các nút đều tăng lên 0.9pu Như vậy việc bù công suất phản kháng vào lưới điện sẽ giúp ổn định được điện áp trong các chế độ