Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110 kv tỉnh quảng nam xét đến năm 2025

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG VẬN HÀNH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN NĂM 2025 Học viên: Lê Văn Tân Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Khóa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ VĂN TÂN

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG VẬN HÀNH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN NĂM 2025

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2020

DUT.LRCC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ VĂN TÂN

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG VẬN HÀNH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN NĂM 2025

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG VẬN HÀNH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG

NAM XÉT ĐẾN NĂM 2025

Học viên: Lê Văn Tân Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201 Khóa: K36.KTĐ Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Hiện nay nhiều cụm công nghiệp, khu công nghiệp được xây dựng trên địa bàn tỉnh

Quảng Nam với nhu cầu sử dụng điện công suất lớn, yêu cầu chất lượng ngày càng cao nên việc vận hành lưới điện an toàn liên tục là nhiệm vụ được ngành điện và toàn xã hội quan tâm

Lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam trải rộng trên địa bàn toàn tỉnh với chiều dài đường dây lớn đi qua khu vực đồi núi và rừng nguyên sinh thường sự cố khi có giông lốc nên độ tin cậy chưa cao Các nhà máy thủy điện tập trung phía tây phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nước nên cũng ảnh hưởng đến chế

độ vận hành lưới điện 110kV

Luận văn tập trung xây dựng mô hình hệ thống điện 110kV tỉnh Quảng Nam bằng phần mềm PSS/E, trên cơ sở sơ đồ lưới điện và nhu cầu phụ tải hiện trạng có xét đến quy hoạch năm 2025 để tiến hành phân tích đánh giá mức độ an toàn của lưới điện Tính toán chế độ vận hành bình thường và chế

độ sự cố N-1 từ đó xác định các trường hợp nguy hiểm có thể gây quá tải, thấp áp hoặc hư hỏng các phần tử trong hệ thống điện ảnh hưởng đến vận hành an toàn hệ thống

Đề xuất các giải pháp đầu tư, cải tạo lưới điện để nâng cao khả năng vận hành an toàn lưới điện đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế xã hôi an ninh quốc phòng của địa phương

Từ khóa: khả năng vận hành, an toàn, hệ thống điện 110KV, lưới điện, đánh giá

EVALUATION AND PROPOSAL OF ADVANCED SOLUTIONS CAPACITY FOR SAFETY OPERATION OF 110KV ELECTRIC SYSTEM IN QUANG

NAM PROVINCE TILL 2025

Summary: At present, many industrial clusters and industrial parks are built in Quang Nam

province with the demand of using high capacity electricity, increasing the quality requirements, so the safe operation of the power grid is continuously The mission is of interest to the electricity sector and the whole society

Quang Nam's 110kV power grid spreads over the province with a large length of transmission line going through the hilly and primeval forests, which often incidents when there are tornadoes, so the reliability is not high The centralized hydropower plants in the west rely heavily on water sources, which also affects the operation of the 110kV grid

The thesis focuses on building a 110kV electricity system model in Quang Nam province with PSS / E software, based on the grid diagram and current load demand with the 2025 plan taken into consideration Safety level of the grid Calculation of normal operation mode and N-1 fault mode from which to identify dangerous cases that may cause overload, low pressure or damage of components in the electricity system affecting safe operation system

Proposing solutions to invest and renovate the power grid to improve the ability to safely operate the electricity grid to meet the needs of socio-economic development and national security and defense

Key words: operability, safety, 110KV electrical system, grid, evaluation

DUT.LRCC

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v

DANH SÁCH CÁC BẢNG vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn 2

6 Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 110kV TỈNH QUẢNG NAM 3

1.1 Quy mô nguồn, lưới điện và sơ đồ kết dây cơ bản của hệ thống 3

1.2 Đặc trưng về phụ tải 6

1.3 Nhu cầu sử dụng điện của địa phương 7

1.4 Kết luận 8

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ CÔNG CỤ PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 9

2.1 Tổng quan về an toàn của hệ thống 9

2.2 An toàn cung cấp điện và bài toán phân tích sự cố 10

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hệ thống điện 13

2.4 Phân tích sự cố 14

2.5 Mô hình hệ thống điện 16

2.5.1 Mô hình đường dây truyền tải 16

2.5.2 Mô hình máy biến áp 17

2.5.3 Mô hình máy phát 18

2.5.4 Mô hình tải 18

2.6 Bài toán trào lưu công suất 18

2.7 Phương pháp số để giải bài toán trào lưu công suất 20

2.7.1 Phân loại các nút trong hệ thống điện 20

2.7.2 Phương pháp lặp Gauss – Seidel 21

DUT.LRCC

2.7.3 Phương pháp lặp Newton – Raphson 24

2.8 Chọn phương pháp phân tích 29

2.8.1 Đánh giá quy mô lưới điện để phân tích 29

2.8.2 Chọn phương pháp để tính toán 29

2.9 Công cụ phân tích 30

2.9.1 Giới thiệu và ứng dụng của phần mềm mô phỏng PSS/E 30

2.9.2 Phương pháp tính của phần mềm 30

2.9.3 Chương trình tính toán trào lưu công suất trong phần mềm PSS/E 31

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 100KV TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN 2025 34

3.1 Phân tích an toàn lưới điện 110kV hiện hữu 34

3.1.1 Xét chế độ vận hành bình thường 34

3.1.2 Phân tích an toàn lưới điện xét chế độ sự cố N-1 38

3.1.3 Nhận xét 45

3.2 Phân tích an toàn lưới điện 110kV xét đến 2025 45

3.2.1 Các dự án triển khai trong giai đoạn 2019-2025 theo quy hoạch sơ đồ điện VII kèm theo Quyết định 1100QĐ-BCT ngày 3/4/2018 V/v Phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Quảng Nam giai đoạn 2016-2025, có xét đến 2035- Quy hoạch phát triển hệ thống điện 110kV 45

3.2.2 Dự báo phụ tải khu vực tỉnh Quảng Nam đến năm 2025 46

3.2.3 Sơ đồ lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam xét đến 2025 48

3.3 Kết luận 52

CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH AN TOÀN LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM 53

4.1 Đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn lưới điện 110 kV Quảng Nam 53

4.2 Đánh giá các giải pháp đảm bảo vận hành an toàn lưới điện 110kV Quảng Nam 53 4.2.1 Phát triển năng lượng điện mặt trời trên mái nhà tại CCN Tây An huyện Duy Xuyên và KCN Tam Thăng thành phố Tam Kỳ 53

4.2.2 Đầu tư cải tạo đường dây 110kV Đà Nẵng 500kV - Điện Bàn-Duy Xuyên và Duy Xuyên đi Tam Kỳ 220kV 56

4.3 Kết luận 58

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DUT.LRCC

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DFAX - Distribution Factor Data File

SOLV - Phương pháp Gauss – Seidel

MSLV - Phương pháp Modifed Gauss – Seidel

FNSL - Phương pháp Full Newton – Raphson

NSOL - Phương pháp Decoupled Newton – Raphson

FDNS - Phương pháp Fixed slope decoupled Newton – Raphson

TĐ - Thuỷ điện

NĐ - Nhiệt điện

PSS/E - Power System Simulator for Engineering

PTI - Power Technologies International

DUT.LRCC

1.4 Sản lượng điện thương phẩm theo cơ cấu ngành nghề 63.1 TSVH ĐZ Dốc Sỏi-Kỳ Hà và Đà Nẵng –Điện Nam Điện Ngọc mùa

3.6 TSVH ĐZ đường dây 110kV Đà Nẵng 500-Thạnh Mỹ mùa mưa 383.7 TSVH ĐZ Dốc Sỏi-Kỳ Hà và Đà Nẵng –Điện Nam Điện Ngọc sự cố

N-1

39

3.8 TSVH ĐZ 110kV Đà Nẵng 500-Dốc Sỏi sự cố N-1 393.9 TSVH ĐZ 110kV khi xét sự cố các đường dây đấu nối vào các nhà

máy thủy điện

DUT.LRCC

2.2 Sơ đồ minh họa quá trình phân tích sự cố N-1 15

2.4 Sơ đồ thay thế hình của máy biến áp hai cuộn dây 172.5 Sơ đồ thay thế của máy biến áp ba cuộn dây 17

2.8 Sơ đồ khối của chương trình tính toán trào lưu công suất trong PSS/E 323.1 Phân bố công suất lưới điện 110 kV Quảng Nam ứng với chế độ phụ

3.2 Phân bố công suất lưới điện 110 kV Quảng Nam ứng với chế độ phụ

3.3 Phân bố công suất lưới điện 110 kV Quảng Nam ứng với chế độ sự

3.4 Phân bố công suất lưới điện 110 kV Quảng Nam ứng với chế độ sự

3.5 Phân bố công suất lưới điện 110 kV Quảng Nam ứng với chế độ phụ

3.6

Phân bố công suất lưới điện 110 kV Quảng Nam chế độ phụ tải cực

đại năm 2025 - Xét chế độ N-1 sự cố đường dây Tam Kỳ 220kV –

Thăng Bình

50

3.7

Phân bố công suất lưới điện 110 kV Quảng Namchế độ phụ tải cực

đại năm 2025 Xét chế độ sự cố N-1 đường dây Điện Bàn 2 – Duy

Xuyên 220kV

51

4.1 Phân bố công suất lưới điện 110kV sau khi lắp điện mặt trời tại CCN

4.2 Phân bố công suất lưới điện 110kV sau khi nâng cấp cải tạo các





DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống điện 110kV Quảng Nam trải rộng trên địa bàn toàn tỉnh từ vùng núi phía tây đến vùng biển ở phía đông với quy mô 14TBA 110kV tổng dung lượng 781MVA và 18 đường dây 110kV tổng chiều dài 277,60km

Với tốc độ tăng trưởng phụ tải hằng năm cao, đặc biệt các phụ tải tập trung ở các khu công nghiệp và cụm công nghiệp với công suất lớn với yêu cầu chất lượng điện năng cao nên công tác vận hành và cung cấp điện an toàn, liên tục là một trong những vấn đề được ngành điện quan tâm

Sự xuất hiện ngày càng nhiều các thủy điện vùng núi phía tây tỉnh Quảng Nam

và các nguồn năng lượng tái tạo được đấu nối vào lưới điện 110kV, các khu công nghiệp được xây dựng thu hút các nhà đầu tư với nhu cầu sử dụng điện với công suất lớn cần xây dựng các TBA 110kV ở các khu công nghiệp nên hệ thống điện 110 kV không ngừng mở rộng và phát triển

Việc quy hoạch, xây dựng và vận hành hệ thống điện 110kV đảm bảo truyền tải điện năng từ nguồn đến phụ tải tiêu thụ với độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng ngày càng cao được ngành điện và địa phương quan tâm

Một số tuyến đường dây được xây dựng từ rất sớm, qua thời gian vận hành kết cấu, dây dẫn xuống cấp trong khi đó với yêu cầu vận hành an toàn lưới điện 110kV phải đảm bảo cấp điện liên tục khi sự cố bất kỳ phần tử nào (N-1) trong hệ thống thì lưới điện vẫn vận hành ổn định nhằm đáp ứng được yêu cầu sử dụng điện cho các phụ tải đây là bài toán khó đòi hỏi ngành điện phải đầu tư xây dựng mới và nâng cấp cải tạo lưới điện hiện hữu

Một số tuyến đường dây 110kV mạch đơn đang vận hành với mức tải cao phải truyền tải công suất từ các nhà máy thủy điện đến trung tâm phụ tải nên khi sự cố một đường dây sẽ gây quá tải các đường dây còn lại có nguy cơ mất ổn định hệ thống 110kV trên địa bàn tỉnh Quảng Nam

Đề tài nghiên cứu đánh giá khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110kV, đề xuất các giải pháp đảm bảo điều kiện khi sự cố bất kỳ phần tử nào vẫn đảm bảo điều kiện cấp điện an toàn liên tục với chất lượng cao cho phụ tải trên địa bàn tỉnh Quảng

Nam Tác giả đề xuất tên luận văn như sau: “Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao

khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110 kV tỉnh Quảng Nam xét đến năm 2025”

DUT.LRCC

2 Mục tiêu nghiên cứu

Luận văn tập trung vào việc nguyên cứu kết lưới hệ thống điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam giai đoạn từ 2019-2025 và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn hệ thống điện nhằm đảm bảo cấp điện liên tục với chất lượng điện năng đáp ứng yêu cầu phụ tải

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi thực hiện của luận văn, tác giả sẽ phân tích lưới điện hiện hữu từ

đó đề xuất các giải pháp tối ưu đảm bảo vận hành an toàn cho các đường dây và trạm biến áp 110kV trên phạm vi địa bàn tỉnh Quảng Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

Tiếp cận lưới điện 110kV với kết lưới, số liệu nguồn điện, phụ tải hiện trạng trong thực tế để tính toán điều kiện vận hành an toàn

Sử dụng phần mềm PSS/E với dữ liệu lấy từ hệ thống quản lý số liệu đo xa (DSPM) để kiểm tra các chế độ vận hành các đường dây khi sự cố các phần tử trong

hệ thống vẫn đảm bảo cấp điện an toàn với chất lượng điện cao

Căn cứ số liệu quy hoạch lưới điện 110kV Quảng Nam để tính toán chế độ vận hành giai đoạn 2025

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 110kV TỈNH QUẢNG NAM

1.1 Quy mô nguồn, lưới điện và sơ đồ kết dây cơ bản của hệ thống

Sơ đồ lưới điện 110 kV tỉnh Quảng Nam thể hiện trong hình H1.1 gồm có 270,6

km đường dây 110 kV và 14 TBA 110kV với 23 MBA tổng công suất lắp đặt 781 MVA Hiện nay lưới điện 110 KV vận hành với kết lưới vòng hoặc hình tia được nhận điện từ các đường dây 110 KV kết nối với trạm 500 kV Đà Nẵng, 500 kV Dốc Sỏi,

220 kV Tam Kỳ, 220 kV Thạnh Mỹ và các thủy điện vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Nam Các nguồn điện cấp cho lưới 110 kV Quảng Nam được thể hiện chi tiết trong bảng 1.1:

Bảng 1.1 Các nguồn cung cấp cho lưới điện 110 KV tỉnh Quảng Nam

Công suất (MW)

Máy biến áp

Ghi chú

Số lượng

Công suất từng máy

Tổng công suất (MVA)

DUT.LRCC

Bảng 1.2 Hiện trạng các trạm biến áp 110kV trên địa bàn tỉnh Quảng Nam

(KV)

Công suất (MVA)

Pmax (MW)

Mang tải (%)

Ghi Chú

Trong các trạm 110 kV cấp điện cho tỉnh Quảng Nam thì hiện tại trạm 110 kV Tam Kỳ, Thăng Bình, trạm 110kV Kỳ Hà, trạm 110kV Đại Lộc và trạm 110kV Hội

An đã vận hành với mức tải cao trên 80%Sđm

1.2 Đặc trưng về phụ tải

Theo tài liệu tham khảo [3], Công suất cực đại và sản lượng điện tiêu thụ của các phụ tải do Công ty Điện lực Quảng Nam quản lý trong các năm 2015-2018 như sau:

Bảng 1.3 Công suất và sản lượng các năm 2015-2018

(MW)

Sản lượng A (kWh)

Bảng 1.4 Sản lượng điện thương phẩm theo cơ cấu ngành nghề

Ngành kinh tế Đơn vị

tính

Sản lượng (kWh)

Tỷ trọng (%)

Tăng trưởng (%)

Công nghiệp, xây dựng kWh 986.068.532 48.46 7.32 Thương nghiệp, khách sạn, nhà

Đồ thị phụ tải điển hình vào mùa khô và mùa mưa thể hiện trong các hình H1.2 và H1.3

Hình 1.2 Biểu đồ phụ tải cực đại mùa khô tỉnh Quảng Nam ngày 12/7/2019

Hình 1.3 Biểu đồ phụ tải cực đại mùa mưa tỉnh Quảng Nam ngày 03/10/2019

Qua các biểu đồ phụ tải ngày có thể thấy:

- Biểu đồ phụ tải tương đối nhấp nhô, có độ dốc tương đối lớn, sự chênh lệch nhu cầu phụ tải giữa ban ngày và ban đêm tương đối lớn

- Nhu cầu phụ tải cực đại vào tháng 07 lớn hơn tháng 11 Những điều này thể hiện việc nhu cầu phụ tải tỉnh Quảng Nam có sự thay đổi theo mùa

1.3 Nhu cầu sử dụng điện của địa phương

Ngoài việc đảm bảo cung cấp điện cho phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng của địa phương và ánh sáng sinh hoạt cho nhân dân, tỉnh Quảng Nam với các Khu công nghiệp, Cụm công nghiệp bố trí nhiều nơi trên địa bàn toàn tỉnh, nên cung cấp điện an toàn liên tục cho các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh được ngành điện ưu tiên hàng đầu

Hiện nay, ngành du lịch phát triển mạnh ở thành phố Hội An, huyện Duy Xuyên với các loại hình du lich đa dạng và phong phú, loại hình lưu trú biệt thự du lịch có

diện tích trên 1.000m2, homestay; phát triển mạnh loại hình du lịch hội nghị, hội thảo (MICE) Ngoài ra các khu đô thị, du lịch nghỉ dưỡng đẳng cấp cao cũng phát triển mạnh nên việc đáp ứng nhu cầu cấp điện là việc rất cấp thiết

Dự báo nhu cầu phụ tải đến năm 2025: Căn cứ tốc độ phát triển kinh tế của tỉnh Quảng Nam để dự báo nhu cầu phát điển phụ tải theo vùng đến năm 2025

1.4 Kết luận

Chương 1 giới thiệu tổng quan về lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam Trên cơ sở lưới điện hiện trạng một số đường dây tiết diện nhỏ ACSR185 với bán kính cấp điện lớn trãi rộng từ miền núi phía tây đến vùng biển phía đông

Phụ tải chênh lệch lớn vào các giờ cao thấp điểm nên đánh giá mức độ an toàn cung cấp điện của hệ thống điện 110kV tỉnh Quảng Nam chưa cao đặc biệt khi sự cố hoặc cô lập một số đường dây để bảo dưỡng sửa chữa

Trên cơ sở lưới điện và phụ tải hiện trạng, phân tích, đề xuất các giải pháp đầu tư xây dựng mới, cải tạo nâng cấp lưới điện 110kV hiện trạng đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục nhằm đáp ứng được nhu cầu phát triển phụ tải góp phần phát triển kinh tế

xã hội an ninh quốc phòng trên địa bàn tỉnh Quảng Nam

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ CÔNG CỤ PHÂN TÍCH

KHẢ NĂNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 Tổng quan về an toàn của hệ thống

- Hệ thống thường xuyên có biến động ngẫu nhiên và sự thay đổi trong hệ thống cần có giải pháp để giữ được hệ thống truyền tải điện năng trong giới hạn vận hành an toàn cho phép ở chế độ vận hành bình thường cũng như có giải pháp đưa hệ thống về vận hành an toàn khi xảy ra sự cố Việc duy trì một hệ thống vận hành an toàn là yêu cầu bắt buộc nhằm đảm bảo việc cung cấp điện cho khách hàng Để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn với các thông số vận hành nằm trong giới hạn cho phép, chúng ta cần phải tiến hành phân tích, đánh giá các trạng thái vận hành khác nhau của hệ thống nhằm đề xuất giải pháp phù hợp giúp hệ thống vận hành ổn định, đảm bảo tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Hệ thống vận hành an toàn khi đảm bảo giá trị điện áp tại các nút nằm trong giới hạn cho phép và khả năng truyền công suất cấp điện cho phụ tải

- Việc phân tích, đánh giá khả năng vận hành an toàn thông qua các hoạt động sau:

+ Kiểm soát hệ thống: Thông tin cập nhập hệ thống báo quá tải, lệch áp

+ Phân tích sự cố ngẫu nhiên: Thông báo những nguy hiểm

+ Phân tích hoạt động hiệu chỉnh: Chống quá tải, lệch áp và Tái điều độ

Việc kiểm tra hệ thống cung cấp cho nhân viên điều độ những thông tin được cập nhật liên tục về tình trạng làm việc của hệ thống điện Để vận hành có hiệu quả hệ thống điện cần có các thông số đánh giá trạng thái của hệ thống Giá trị các thông số được truyền đến trung tâm điều khiển để xác định tình trạng làm việc của hệ thống Quá trình truyền dữ liệu và các thông số hệ thống như điện áp, công suất, tình trạng làm việc của các thiết bị đóng cắt trên lưới điện được thông qua hệ thống đo xa Các thông số như tần số, công suất phát của các nhà máy thủy điện hoặc nấc phân áp các máy biến áp có thể truyền về trung tâm điều khiển Nếu các thông tin đó truyền về cùng một lúc thì điều độ viên không thể xử lý các thông tin cùng một lúc Vì lý do này

sẽ nhờ sự hỗ trợ của hệ thống máy tính để thu thập và kiểm tra xử lý thông tin và báo tín hiệu khi thông số hệ thống vượt quá giá trị quy định như quá tải, quá áp xảy ra trong hệ thống điện

Để có cơ sở đưa ra kết luận thống kê về trạng thái của hệ thống điện thì việc đánh giá trạng thái được sử dụng bằng việc kết hợp các thông tin đo lường từ xa với các mô hình hệ thống Hệ thống SCADA cho phép nhân viên trực vận hành tại phòng Điều độ

DUT.LRCC

điều khiển từ xa thao tác đóng cắt máy cắt, dao cách ly và chỉnh định đầu phân áp các TBA 110kV Hệ thống SCADA giám sát quá trình phát điện, truyền tải công suất và

có những điều chỉnh khi xảy ra trường hợp quá tải hoặc điện áp vượt ra khỏi giá trị cho phép

Chức năng phân tích các sự cố có thể giúp cho việc phán đoán và chủ động trước việc xảy ra sự cố Kết quả chức năng phân tích sự cố trong hệ thống đảm bảo cho hệ thống bảo vệ làm việc tin cậy Đối với trường hợp nhiều sự cố xảy ra cùng lúc nhân viên vận hành không thể thao tác kịp thời có nguy cơ xảy ra chuỗi sự cố Do vậy phải nhờ máy tính tính toán các trường hợp sự cố nghiêm trọng có thể xảy ra trên lưới điện Các chương trình này được thiết kế dựa trên mô hình hệ thống điện để nghiên cứu sự

cố đứt dây và báo khả năng quá tải hoặc quá áp của hệ thống cho điều độ viên Điều này cho phép thiết lập các trạng thái vận hành và ngăn ngừa các sự cố sẽ không xảy ra quá tải hoặc lệch quá áp ở các phần tử khác trong hệ thống Sự phân tích này sẽ phát triển hiệu quả và áp dụng trong vận hành kinh tế Kỹ thuật phân tích sự cố ngẫu nhiên bằng phương pháp tách biến nhanh, tự động chọn lựa sự cố ngẫu nhiên, phân bố công suất ban đầu, sử dụng dữ liệu thống nhất và các thủ tục đánh giá trạng thái

Chức năng phân tích hành vi hiệu chỉnh hệ thống, cho phép điều độ viên thay đổi chế độ làm việc của hệ thống khi quá tải hoặc khi chương trình phân tích sự cố ngẫu nhiên dự báo sự cố nghiêm trọng có thể xảy ra Hoạt động điều chỉnh bao gồm dịch chuyển quá trình phát điện từ máy phát này đến máy phát khác Khi chuyển công suất

sẽ thay đổi trào lưu công suất và có thể giảm tải trên đường dây quá tải

2.2 An toàn cung cấp điện và bài toán phân tích sự cố

Khái niệm về an toàn cung cấp điện và phương pháp đánh giá an toàn của 01 hệ thống điện dựa trên việc phân tích một tập hợp chọn lọc các phân tích sự cố và lập nên nền tảng cho một trong những nhiệm vụ quan trọng và phức tạp nhất của hệ thống quản lý năng lượng trong các trung tâm điều khiển hiện nay

Đánh giá an toàn của hệ thống điện có thể thực hiện theo phương thức thời gian thực hay phương thức nghiên cứu Phương thức thời gian thực sẽ dựa trên thời gian thực của hệ thống, trong khi phương thức nghiên cứu khảo sát điều kiện làm việc dự báo, được xác lập từ chế độ có trước và thông tin về hướng tiến triển hoặc các điều kiện giả thiết Nói chung mục tiêu đánh giá an toàn là xác định mức độ an toàn của chế

độ làm việc của hệ thống, làm cơ sở cho chức năng điều khiển an toàn Nghĩa là tính toán các tác động điều khiển nhằm đưa hệ thống tới mức na toàn mong muốn

Các mức an toàn hệ thống đặc trưng bởi sự xuất hiện điều kiện làm việc nguy hiểm với sự vi phạm các giới hạn của thông số, trong thời điểm hiện tại hoặc sau sự

cố Các mức an toàn của hệ thống được thể hiện trong sơ đồ hình 2.1 Trong trường

DUT.LRCC

hợp một sự cố (sự cố hư hỏng một phần hoặc xếp chồng) nếu xảy ra sẽ tạo nên chế độ nguy hiểm, thì điều độ viên hay hệ thống điều khiển an toàn có thể dự trù các tác động sau đây, tùy theo mức độ nguy hiểm:

- Thay đổi chế độ trước sự cố để khử hay giảm nhẹ sự nguy hiểm của sự cố

- Xây dựng một phương thức điều khiển sau sự cố để loại trừ nguy hiểm

- Không cần quan tâm nếu sự cố là nhỏ

Tác động điều khiển

Tất cả phụ tải được cấp điện không vi phạm giới hạn kể cả khi sự cố

Tất cả phụ tải được cấp điện không vi phạm giới hạn, không thể được sửa chữa và không mất tải

Tất cả phụ tải được cấp điện không vi phạm giới hạn Vi phạm do sự cố có thể sửa chữa bởi tác động điều khiển

không mất tải

Tất cả phụ tải được cấp điện

có vi phạm giới hạn và có thể được sửa chữa và không mất

tải Tất cả phụ tải được cấp

điện có vi phạm giới hạn, không thể sửa chữa và không mất tải

Tất cả phụ tải được cấp điện không vi phạm giới hạn, kể cả khi sự cố

Phân tích sự cố sẽ mô phỏng mỗi chế độ sự cố tiềm tàng có khả năng xảy ra trên chế độ gốc (chế độ trước sự cố) và kiểm tra phạm vi các giới hạn làm việc Thực

tế có 3 nhiệm vụ khó khăn để giải quyết cho vấn đề phân tích sự cố trong thời gian thực:

- Lập mô hình thời gian thực thích hợp cho hệ thống cần nghiên cứu

Trong giai đoạn thứ nhất, có thể dựa trên xác suất xảy ra để lập danh sách sự cố

cố cần xem xét Danh sách này thay đổi chế độ và cấu hình của hệ thống và có thể bao gồm cả sự cố thứ cấp (sự cố sinh ra do sự cố) Mỗi sự cố được mô tả bởi hư hỏng nhánh hay nguồn trong sơ đồ lưới điện

Chọn lọc sự cố là quá trình cho phép giảm nhẹ nhiều nhất công sức tính toán Mục tiêu là loại bỏ khỏi danh sách phần lớn sự cố không gay nguy hiểm Nó sử dụng

mô hình xấp xỉ của hệ thống Sau đó danh sách sự cố được sắp xếp theo mức nguy hiểm giảm giần

Cuối cùng đánh giá sự cố sẽ dùng các công cụ chính xác hơn của giải tích lưới điện để mô tả các sự cố theo thứ tự sắp xếp Quá trình tiếp tục cho đến sự cố không còn xảy ra ngoài phạm vi giới hạn an toàn hoặc cho đến khi đã xem xét đủ tập hợp sự

cố nào đó

 Xếp hạn sự cố nhờ chỉ số nguy hiểm:

Chỉ số nguy hiểm là một phương tiện cho phép lượng hóa nguy hiểm hay mất

an toàn của sự cố Biểu diễn chế độ sau sự cố của lưới điện về mặt an toàn cung cấp điện bởi con số, từ đó cho phép xếp thứ tự các sự cố

∑

(II.2) Trong đó:

- p là xác suất xảy ra sự cố

- Sk, Skmax là công suất toàn phần trên đường dây k sau sự cố và công suất giới hạn của nó

- J là tập chọn lọc các đường dây thỏa mãn:

- Pk>Pk(0) với Pk(0) là công suất ở chế độ gốc

- Sk/Skmax> 0< <1

- γ là một số sao cho 0< γ <

Trong đó các giá trị m, γ xác định từ thực nghiệm cho phép chọn một xếp hạng tốt cho các sự cố, thường chọn 0,8 < <1; γ= m=10

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hệ thống điện

Do hậu quả nghiêm trọng của sự cố rã lưới trong các hệ thống điện liên kết, nên

sự vận hành các hệ thống điện hiện đại được ưu tiên theo các mục tiêu sau:

- Vận hành một cách tin cậy

- Tối ưu về kinh tế

Đề cập đến việc vận hành hệ thống điện sao cho mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất Giả thiết việc thiết kế hệ thống truyền tải điện và vận hành hệ thống điện đã thực hiện được hiệu quả kinh tế với độ tin cậy theo thiết kế Nghĩa là ứng với quá trình truyền tải và phân phối công suất đã thỏa mãn yêu cầu tải Nếu quá trình vận hành hệ thống điện không xảy ra sự cố hoặc tình trạng làm việc không bình thường thì ta có hệ thống vận hành tin cậy Tuy nhiên các phần tử trong hệ thống có thể gặp sự cố do nguyên nhân khách quan như các lỗi tác động sai của rơle bảo vệ Hệ thống điện được thiết kế sao cho khả năng xảy ra mất phụ tải là nhỏ nhưng khi đó cần tốn kém chi phí cho việc xây dựng các đường dây dự phòng, máy phát dự phòng Như vậy, hầu hết các hệ thống điện để có đủ dự trử chịu được các sự cố lớn, nhưng sẽ không bảo đảm để

hệ thống vận hành tin cậy 100%

Trong điều kiện giới hạn kinh tế thì điều độ viên cố gắn vận hành với độ tin cậy cao nhất trong một thời điểm cho phép Thường hệ thống điện không bao giờ vận hành tất cả các thiết bị vì khi sự cố hoặc xảy ra tình trạng mất cân bằng trong hệ thống lúc

đó yêu cầu phải đưa các thiết bị dự phòng vào làm việc

Ta xét hoạt động hiệu chỉnh phục hồi trạng thái làm việc của 2 loại sự cố chính sau:

- Cắt đường dây truyền tải

DUT.LRCC

- Sự cố các tổ máy phát

Khi sự cố trên đường dây truyền tải làm thay đổi công suất và điện áp trên thiết

bị truyền tải còn lại trong hệ thống Do đó các phương pháp phân tích sự cố đưa ra dự báo chắc chắn về giới hạn cho phép của dòng công suất và điện áp Khi sự cố máy phát điện dẫn đến thay đổi dòng công suất và điện áp Hơn nữa, với sự cố ở mức nghiêm trọng thì dẫn đến thay đổi cấu trúc và quy trình vận hành của hệ thống

2.4 Phân tích sự cố

Xem xét sơ đồ lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam như hình H1.1 Với các thông

số trên sơ đồ, giới hạn truyền tải đường dây có thể biểu diễn bằng MW hay MVA Khi một đường dây bị cắt ra, thì dòng công suất truyền qua các đường dây còn lại và điện

áp tại các nút trên hệ thống thay đổi Cấu trúc đơn giản nhất của kỹ thuật phân tích các

Đặt điều kiện ban đầu cho hệ thống khảo sát

Đ

Đèn hiển thị thông báo

Đ

S

Điện áp ngoài giới hạn

Máy phát cuối (thứ n)

Đ

Đèn hiển thị thông báo

Đường dây cuối (thứ m)

Kết thúc

j=j+1

Hình 2.2 Sơ đồ minh họa quá trình phân tích sự cố N-1

DUT.LRCC

Nếu lưới điện đang xét là một phần của hệ thống thì lượng công suất phát mất đi

sẽ được bù thông quá các máy phát đang làm việc ở bên ngoài vùng điều khiển Khi sự

cố này xảy ra, thì lượng công suất mất đi được bù bằng cách tăng công suất nguồn khác làm cho các đường dây còn lại liên quan có vận hành đầy tải hoặc quá tải Để mô phỏng chúng ta cần tính toán xây dựng sơ đồ gồm sơ đồ có hệ thống đang khảo sát cộng thêm sơ đồ tương đương của các hệ thống liên kết và đặt nút hệ thống hay nút chuẩn ở sơ đồ liên kết Sau đó đưa tất cả các công suất bị mất lên nút hệ thống cho nó đảm nhận, tạo ra các dòng chảy cưỡng bức

Đối với hệ thống không liên kết, khi xảy ra sự cố phát điện, lượng công suất bị mất sẽ được bù lại từ các máy phát khác trong hệ thống

Việc sử dụng kỹ thuật phân tích các sự cố giúp cho điều độ viên biết sa thải đường dây hoặc máy phát nào sẽ dẫn đến công suất và điện áp nằm ngoài phạm vi cho phép và dự báo được ảnh hưởng của sự cố

Thủ tục phân tích sự cố khi xét từng sự cố riêng lẻ như sự cố trên đường dây hoặc sự cố một máy phát từ phần tử này đến phòng tử khác đến khi hết các phần tử trong hệ thống Đối với mỗi sự cố mất điện thì thủ tục phân tích các sự cố sẽ kiểm tra tất cả các đường dây và điện áp trên mạng điện tương ứng với giá trị giới hạn

Phương pháp khó nhất để thực hiện phân tích là tốc độ mô hình khảo sát và việc lựa chọn hợp lý sự cố có thể xảy ra Nếu nhiều sự cố xảy ra cùng một thời điểm và mỗi

sự cố giải quyết trong 1 phút thì mất nhiều thời gian mới giải quyết xong Điều này chỉ chấp nhận khi trạng thái của hệ thống không thay đổi trong khoảng thời gian khảo sát Trong thực tế hệ thống thay đổi liên tục và nhân viên vận hành phải biết tình trạng làm việc của hệ thống vận hành có an toàn hay không

Phương pháp để nâng cao tốc độ giải trong thủ tục phân tích sự cố ngẫu là sử dụng mô hình xấp xỉ hệ thống điện Đối với nhiều hệ thống, khi mà độ lớn điện áp trong hệ thống không quan tâm nhiều thì mô hình trào lưu công suất một chiều cũng

độ chính xác Đố với hệ thống khác phải quan tâm đến điện áp thì dùng trào lưu công suất xoay chiều đầy đủ để phân tích

2.5 Mô hình hệ thống điện

2.5.1 Mô hình đường dây truyền tải

Các đường dây truyền tải được mô phỏng bằng một điện trở , một điện kháng , một điện dẫn tác dụng và một điện dẫn phản kháng dưới dạng sơ đồ thay

thế hình (Hình 2.3) [6]

L R L



DUT.LRCC

Hình 2.3 Sơ đồ thay thế hình của đường dây

2.5.2 Mô hình máy biến áp

2.5.2.1 Máy biến áp hai cuộn dây

Để đơn giản trong việc tính toán, máy biến áp hai cuộn dây thường được mô hình

theo sơ đồ thay thế hình (Hình 2.2) [6], có các tham số điện trở tác dụng , điện kháng , điện dẫn tác dụng , điện dẫn phản kháng , với cuộn dây thứ cấp được quy đổi về phía cuộn dây sơ cấp của máy biến áp

Hình 2.4 Sơ đồ thay thế hình của máy biến áp hai cuộn dây

Tổng dẫn của máy biến áp:

(II.3)

2.5.2.2 Máy biến áp ba cuộn dây

Mô hình máy biến áp ba cuộn dây được mô phỏng với sơ đồ tương đương như sau:

Hình 2.5 Sơ đồ thay thế của máy biến áp ba cuộn dây

Giá trị tổng dẫn từ hoá của máy biến áp được xác định bằng tính toán hoặc thí nghiệm

2.6 Bài toán trào lưu công suất

Để thành lập các phương trình trào lưu công suất, ta xem xét một hệ thống điện

thông thường được biểu diễn như trong Hình 2.7

Hình 2.7 Mô hình của một hệ thống điện điển hình [7]

DUT.LRCC

Theo định luật Kirchoff’s dòng điện tại nút là:

(II.6) Phương trình được viết gọn lại thành:

(II.7) Hay:

(II.11)

Giá trị liên hợp của công suất biểu kiến bơm vào nút là:

(II.12) Suy ra, dòng điện bơm vào nút là:

i

I V





i I

có thể giải bằng phương pháp lặp để xác định công suất truyền qua hệ thống

2.7 Phương pháp số để giải bài toán trào lưu công suất

Mục đích của việc tính toán trào lưu công suất là xác định thông số chế độ làm việc, chủ yếu là dòng điện và điện áp tại các nút trong hệ thống khi có phụ tải kết nối vào Từ đó, tính toán được công suất truyền qua toàn bộ phần tử của hệ thống truyền tải điện (đường dây, máy biến áp)

Có rất nhiều thuật toán được đề xuất để tính toán trào lưu công suất, trong đó hai phương pháp lặp Guass – Seidel và phương pháp lặp Newton – Raphson được sử dụng rộng rãi [4], [6], [8], với nhiều ưu điểm có thể kể đến như: dễ lập trình, tốc độ giải nhanh, độ chính xác cao,…

2.7.1 Phân loại các nút trong hệ thống điện

Trong hệ thống điện có 03 loại nút:

- Nút phụ tải (P-Q) là nút sử dụng (lấy đi) công suất tác dụng P và công suất

phản kháng Q Tại nút này, công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q là cố định

1

n

i i j ij j ij i j

- Nút nguồn phát (nút điều chỉnh điện áp, P-V) là nút có công suất tác dụng cố

định được phát lên hệ thống và độ lớn điện áp được giữ không đổi bằng cách thay đổi công suất phản kháng truyền vào hệ thống Với nút này, ta có công suất tác dụng P và

độ lớn của điện áp V là không đổi

- Nút hệ thống (nút cân bằng, V-θ) là nút có điện áp và góc pha không đổi Việc

đưa ra khái niệm nút hệ thống là cần thiết vì tổn thất công suất trong hệ thống là không xác định trước được nên không thể cố định công suất tác dụng cũng như công suất phản kháng ở tất cả các nút Nút hệ thống làm nhiệm vụ điều khiển điện áp trong toàn

hệ thống điện Ở nút này, công suất tác dụng P cũng như công suất phản kháng Q là không cố định và được tính toán cuối cùng Nút hệ thống cũng thường chọn làm nút có góc pha chuẩn trong hệ thống, vì vậy góc pha tại nút này thường có giá trị 0 radian

2.7.2 Phương pháp lặp Gauss – Seidel

2.7.2.1 Lý thuyết chung

Phương pháp Gauss – Seidel là một phương pháp lặp được sử dụng để giải hệ phương trình tuyến tính Trong đó: là một ma trận phân tích thành ma trận tam giác trên , ma trận tam giác dưới và ma trận đường chéo Khi đó, hệ phương trình được viết lại thành:

(II.22) Bằng việc sử dụng phương pháp lặp Gauss – Seidel, giá trị xấp xỉ của tại bước lặp thứ là:

(II.23) Với , các phần tử của vector được khai triển thành:

(II.24)

Việc tính toán giá trị của sử dụng sự kết hợp của một số giá trị xấp xỉ ở bước lặp thứ và bước lặp thứ

Việc hội tụ phụ thuộc vào giá trị riêng của Đặc biệt, quá trình lặp hội

tụ nếu ma trận là ma trận đường chéo ưu thế, hoặc ma trận xác định dương

John H Mathews [5] đã chỉ ra rằng có thể áp dụng phương pháp Gauss – Seidel

để giải phương trình phi tuyến của hệ phương trình với và

Việc này tiến hành từ một kỹ thuật lặp điểm cố định sử dụng quy trình tính toán tương tự Gauss – Seidel

Hệ được viết lại lần đầu dưới dạng với Nếu tồn tại

so với bước lặp thứ thoả mãn độ chính xác nhất định

Quá trình lặp hội tụ nếu giá trị riêng của thoả mãn , với là

ma trận Jacobi ứng với [10]

2.7.2.2 Áp dụng phương pháp Gauss – Seidel vào bài toán trào lưu công suất

Trong chế độ vận hành bình thường của hệ thống điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng của nút phụ tải và công suất tác dụng của máy phát tại nút điều chỉnh điện áp được xem như bằng giá trị đặt ( và ), trong khi đó biên độ điện

áp của các nút xấp xỉ bằng giá trị định mức và gần với biên độ của nút hệ thống Góc pha của các nút điều khiển áp và nút phụ tải cũng gần với giá trị tham chiếu Vì vậy, một giá xác định ban đầu của các nút tại cho các nút chưa xác định điện áp có thể được chấp nhận [6] Và với ma trận tổng dẫn cho ở công thức (II.11) là một ma trận đường chéo chính, các điều kiện để áp dụng phương pháp Gauss – Seidel được thoả mãn Các bước chính để thực hiện quá trình lặp được mô tả dưới đây

1 Quá trình được bắt đầu bằng việc gán các giá trị được xác định hoặc được ước lượng cho biên độ và góc pha điện áp tại mọi nút

a Nút hệ thống: Biên độ và góc pha điện áp đã được xác định

b Nút điều chỉnh điện áp: Biên độ điện áp tại các nút này bằng với giá trị đặt Góc pha của nút được cho bằng 0 ( )

c Nút phụ tải: Biên độ và góc pha điện áp tại các nút này được cho giá trị ban đầu

2 Tại mỗi bước lặp thứ , giả sử rằng điện áp nút được tính từ các bước trước

đó, quá trình tính toán được trình bày dưới đây

a Nút hệ thống: Công suất bơm từ nút này được tính theo công thức:

(II.26)

(II.27)

b Nút điều chỉnh điện áp:

- Công suất phản kháng được tính theo công thức (II.27)

- Góc pha của điện áp nút được tính theo phương trình dưới đây:

+ Sử dụng phương trình (II.14) và phương pháp tiếp cận giống Gauss – Seidel, điện áp tại nút có thể viết lại thành:

(II.28)

 Phần ảo của được tính toán sau đó Bởi vì biên độ điện áp tại nút điều chỉnh điện áp đã biết, nên phần thực được xác định:

(II.29) + Cuối cùng, góc pha của điện áp tại nút i là:

(II.30)

c Nút phụ tải:

- Các phương trình (II.26) và (II.27) được sử dụng để xác định công suất tác dụng và công suất phản kháng

- (biên độ và góc pha) được xác định theo công thức (II.29) và (II.30)

3 Tổn thất công suất ( và ) là sự chênh lệch giữa giá trị đặt và giá trị tính toán được xác định theo công thức:

(II.31) (II.32)

( 1)

ImarctanRe

k i k

i

V V

Điều kiện hội tụ là , khi đó quá trình lặp kết thúc Quá trình cũng có thể bị dừng lại nếu nó vượt quá số lần lặp tối đa được xác định trước Trong trường hợp này, có thể coi rằng hệ không hội tụ

2.7.3 Phương pháp lặp Newton – Raphson

Phương pháp lặp Newton – Raphson là một phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong việc giải các phương trình đại số phi tuyến [4], [6], [8] Phương pháp này là một quá trình lặp gần đúng liên tục dựa trên một giá trị tiên đoán của các biến chưa xác định và việc sử dụng khai triển chuỗi Taylor

Ví dụ, để giải phương trình:

(II.33) Nếu là một nghiệm tiên đoán ban đầu của phương trình và là sai số tương ứng, ta có:

(II.34) Khai triển đẳng thức bên trái của phương trình (II.34) bằng chuỗi Tylor tại ,

k

n k

( )

k k

k n

x x

( )

k k k

k n

c c C

( )

k k k

k n

x x X

Áp dụng phương pháp Newton – Raphson vào bài toán trào lưu công suất

Để áp dụng phương pháp Newton – Raphson, ta xét hệ thống với một nút hệ thống và nút phụ tải Công suất được mô tả bẳng hệ phương trình đại số phi tuyến gồm phương trình xác định theo công thức (II.20) và (II.21) vì vậy cần tính toán biến độc lập Các biến này tương ứng với biên độ và góc pha của điện

áp tất cả các nút trừ nút hệ thống được xem là nút tham chiếu Nếu nút 1 được coi là nút hệ thống, ma trận Jacobi tối giản tại bước lặp thứ là:

k

k k

( ) ( )

k k

( )

( ) 2

k n

( )

( ) ( ) ( )

i

j j i i

Phương pháp tính toán phân bố công suất được tóm tắt ớ dưới đây

1 Bước khởi tạo ban đầu, các giá trị đã được xác định hoặc ước lượng trước được gán cho biên độ và góc pha điện áp tại mọi nút

a Nút hệ thống: Biên độ và góc pha điện áp đã được xác định

b Nút phụ tải: Biên độ và góc pha điện áp được gán giá trị ban đầu là 1.0 và 0

cho từng nút

2 Tại mỗi bước lặp thứ , giả sử rằng điện áp nút đã được tính từ các bước trước đó, quá trình tính toán được trình bày dưới đây:

a Đối với tất cả các nút, ngoại trừ nút hệ thống: Công suất bơm vào được xác

định theo công thức (II.26) và (II.27), tổn thất công suất được xác định theo công thức (II.31) và (II.32)

b Ma trận Jacobi được xác định theo các công thức (II.47) đến (II.48) Hàng

và cột tương ứng với nút hệ thống được xoá khỏi ma trận

c Sử dụng ma trận Jacobi rút gọn, giải phương trình (II.46) để tìm được

i

j j i i

(II.66)

3 Kiểm tra hội tụ: Nếu hoặc thì kết thúc quá trình tính toán, ngược lại tiếp tục quay lại thực hiện bước 2

4 Tính toán công suất tác dụng và công suất phản kháng tại nút hệ thống

Quá trình này sẽ một ít khác biệt nếu hệ thống bao gồm nút P-V Những điểm khác biệt chính là:

- Có ít biến để tính toán hơn do biên độ điện áp đã biết và cố định tại nút P-V

- Có ít phương trình hơn cần được tính toán các biến chưa biết Thông thường, đối với hệ thống điện, phương trình công suất phản kháng (II.20) ứng với nút P-V được bỏ qua Vì vậy, mọi nút P-V chỉ cần một phương trình theo (II.20) Công suất phản kháng tại những nút này chỉ được tính toán ở cuối quá trình khi phương pháp Newton – Raphson đã hội tụ

- Bởi vì những điểm kể trên, , , và được xoá khỏi ma

trận Jacobi là tất cả các nút ngoại trừ nút hệ thống và là các nút P-V

Nếu hệ thống bao gồm m nút điều chỉnh điện áp, thì ma trận Jacobi là ma

Nhận xét: Phương pháp Gauss – Seidel là một phương pháp đơn giản, đáng tin

cậy Tuy nhiên, phương pháp Gauss – Seidel có tốc độ hội tụ chậm hơn phương pháp Newton – Raphson trong việc tính toán có nhiều bước lặp hơn Và phương pháp này gặp một số vấn đề về hội tụ khi hệ thống truyền tải lượng lớn công suất tác dụng [4]

Phương pháp Newton – Raphson vì vậy được sử dụng rộng rãi trong việc tính toán trào lưu công suất trong nhiều phần mềm tính toán hệ thống điện mặc dù phương pháp này yêu cầu thời gian tính toán lâu hơn và tốn nhiều bộ nhớ hơn phương pháp Gauss – Seidel cho mỗi bước lặp

Phương pháp Newton – Raphson có tốc độ hội tụ nhanh hơn nên phương pháp được sử dụng để tính toán trong các phần mềm ứng dụng và trong luận văn sẽ sử dụng phương pháp này để tính trào lưu công suất phục vụ công việc phân tích khả năng vận hành an toàn của hệ thống

Ngoài ra các kỹ thuật khác cũng được xây dựng để giới hạn số các trường hợp

sự cố ngẫu nhiên cần nghiên cứu Hướng nghiên cứu là dùng sơ đồ chọn lọc sự cố để đánh giá mức độ trầm trọng của một sự cố này so với những sự cố khác Bằng việc sắp xếp theo mức độ trầm trọng, thuật toán sẽ chọn lựa và loại bỏ các trường hợp sự cố

P V



Q V





j i

Q V





j i

ngẫu nhiên không gay ra quá tải nghiêm trọng cũng như chỉ ra những trường hợp (mức

độ nghiêm trọng lớn) cần xem xét kỷ hơn

2.8 Chọn phương pháp phân tích

2.8.1 Đánh giá quy mô lưới điện để phân tích

- Hệ thống điện 110kV tỉnh Quảng Nam với quy mô 18 đường dây 110kV và 14 trạm biến áp 110kV cấp điện cho các hộ tiêu thụ trên toàn tỉnh với tổng công suất 317MW

- Lưới điện 110kV được xây dựng với các mạch vòng đảm bảo cấp điện khi cắt một phần tử, tuy nhiên đối với các sự cố xếp chồng thì quá tải các đường dây có nguy

cơ quá tải các đường dây khác và mất an toàn hệ thống

2.8.2 Chọn phương pháp để tính toán

- Dựa vào bài toán bài toán tính phân bố công suất (Load Flow) để tính toán khả năng mang tải của các xuất tuyến trên cơ sở phân tích chế độ sự cố từng cung đoạn đường dây trên lưới điện Sử dụng phương pháp AC Load Flow và DC Load Flow mỗi phương pháp có ưu nhược điểm sau:

a Sử dụng phương pháp AC Load Plow:

- Ưu điểm của phương pháp AC Load Plow :

+ Cho kết quả tính toán chính xác dựa trên phân bố công suất trên đường dây + Cho gía trị điện áp và các thông số tại các nút trên hệ thống phục vụ cho công tác quản lý vận hành lưới điện 110kV

- Nhược điểm phương pháp AC Load Plow

+ Tính toán theo phương pháp Newtonrapson thời gian lâu

+ Đối với hệ thống điện lớn, như khu vực, lưới điện Việt Nam thì sử dụng AC Loat Plow mất nhiều thời gian và đúng với thời gian thực

b Sử dụng phương pháp DC Loat Plow:

- Ưu điểm phương pháp DC Load Plow:

+ Tính toán theo phương pháp tuyến tính dựa vào ma trận lưới điện có số nút lớn + Tính toán nhanh nên sử dụng với hệ thống điện lớn và tính với thời gian thực + Thể hiện được gía trị điện áp và các thông số tại các nút trên hệ thống phục vụ cho công tác quản lý vận hành lưới điện 110kV

- Nhược điểm phương pháp DC Load Plow

+ Cho kết quả tính toán chính xác dựa trên phân bố công suất trên đường dây + Độ chính xác không cao

+ Không hiễn thị gía trị điện áp và các thông số tại các nút trên hệ thống

Phạm vi của đề tài tính lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam có quy mô nhỏ, kết cấu lưới không quá phức tạp, số lượng 18 đường dây và 26 nút ít nên ta chọn phương

DUT.LRCC

pháp tính toán trào lưu công suất phi tuyến (AC load flow) đề tính toán phân tích khả năng vận hành an toàn của hệ thống điện

2.9 Công cụ phân tích

- Số liệu phụ tải đầu vào xuất từ chương trình đo xa DSPM để tính toán

- Sử dụng chương trình Mô phỏng tính toán thông số hệ thống điện PSS/E để tính toán khả năng vận hành an toàn của lưới điện 110kV

2.9.1 Giới thiệu và ứng dụng của phần mềm mô phỏng PSS/E

PSS/E (Power System Simulator for Engineering) được Siemens Power Technologies International (Siemens PTI) phát triển, là chương trình mô phỏng hệ thống điện trên máy tính nhằm mục đích tính toán nghiên cứu phục vụ vận hành cũng như quy hoạch hệ thống điện Phần mềm này được phát triển và thương mại hóa, hiện nay nhiều công ty trực thuộc tập đoàn Điện lực Việt Nam sử dụng để tính toán, phân tích trào lưu công suất, tính toán ngắn mạch, tối ưu hóa trào lưu công suất trong hệ thống điện

- Các tính năng của chương trình:

+ Tính toán trào lưu công suất

+ Nghiên cứu các loại sự cố N-1, N-2, N-1-1

+ Tối ưu hóa trào lưu công suất

PSS/E không chỉ là công cụ giúp phân tích được hệ thống điện ở hiện tại mà còn

có thể phân tích được các hệ thống trong tương lai, phục vụ cho nhu cầu thực hiện quy hoạch phát triển hệ thống điện các tỉnh, vùng miền, và hệ thống điện Quốc gia

2.9.2 Phương pháp tính của phần mềm

Chương trình PSS/E [11] dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các

mô hình cho các thiết bị trong hệ thống điện với các mô hình một sợi và hệ đơn vị tương đối Trong PSS/E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình xảy ra trong

hệ thống, ta thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Phân tích các thiết bị vật lý (đường dây truyền tải, máy biến áp,…) để

thực hiện việc mô phỏng và tính toán các thông số đặc trưng

DUT.LRCC