Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời cát hiệp đến chế độ vận hành của hệ thống điện tỉnh bình định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAOTRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐÀO DUY HOÀNG KHÔI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI CÁT HIỆP ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH BÌNH ĐỊNH LUẬN VĂN THẠ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

ĐÀO DUY HOÀNG KHÔI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI CÁT HIỆP ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA

HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH BÌNH ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Bình Định - Năm 2019

ĐÀO DUY HOÀNG KHÔI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI CÁT HIỆP ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả khoa học được trình bày trong luận vănnày là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian thực hiện đềtài và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác Các kết quả đạtđược là chính xác và trung thực

Tác giả luận văn

Đào Duy Hoàng Khôi

trọng đến PGS.TS Huỳnh Đức Hoàn đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoahọc trong quá trình nghiên cứu Thầy đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo và hỗtrợ rất nhiều cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Quy Nhơn,Phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật & Công nghệ đã tạo mọi điềukiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Công ty đã hỗ trợ, tạo điều tạo điềukiện trong công tác để tôi có thời gia học tập

Tác giả luận văn

Đào Duy Hoàng Khôi

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống điện Việt Nam là hệ thống điện hợp nhất qua đường dây siêucao áp 500kV Có rất nhiều nhà máy điện được nối với hệ thống điện Quốcgia ở các cấp điện áp khác nhau Khi đóng điện vận hành nguồn mới, lượngcông suất được bổ sung thêm từ nguồn mới vào hệ thống làm thay đổi tràolưu công suất trên hệ thống Sự thay đổi này phụ thuộc vào phương thứcvận hành cũng như điện áp của nguồn mới được đưa vào, khi kết nối với hệthống ở cấp điện áp càng cao thì ảnh hưởng đến hệ thống càng lớn

Với nhu cầu về phát triển nguồn năng lượng tái tạo để bổ sung cho cácnguồn tài nguyên truyền thống như than, thủy điện và khí để sản xuất điện,đảm bảo an ninh năng lượng Quốc gia, Chính phủ Việt Nam đã ban hànhmột số chính sách ưu đãi, khuyến khích đầu tư vào lĩnh vực năng lượng mặttrời Theo đó, đến thời điểm hiện nay tỉnh Bình Định đã có sự tham gia củanhiều dự án Nhà máy điện mặt trời (NMĐMT) đã và đang trình duyệt, cụthể:

+ NMĐMT Cát Hiệp; công suất 49.5 MWp; cấp điện áp đấu nối110kV

+ NMĐMT Fujiwara; công suất 50 MWp; cấp điện áp đấu nối 110kV

+ NMĐMT đầm Trà Ổ; công suất 50 MWp; cấp điện áp đấu nối110kV

+ NMĐMT Phù Mỹ; tổng công suất 330MWp, gồm 03 nhà máy: Phù

Mỹ 1 (120 MWp), Phù Mỹ 2 (110MWp), Phù Mỹ 3 (100MWp); dự kiến đấu nối cấp điện áp 220kV

+ NMĐMT Europlast; công suất 50 MWp; cấp điện áp đấu nối 22kV

+ NMĐMT Thành Long Bình Định; công suất 40 MWp; cấp điện áp đấu nối 22kV

Trong đó 01 dự án được Thủ tướng chính phủ đồng ý bổ sung vào Quyhoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm

2030 (NMĐMT Phù Mỹ; tổng công suất 330MWp); 03 nhà máy điện mặttrời đã được Bộ công thương phê duyệt bổ sung quy hoạch phát triển điệnlực tỉnh giai đoạn 2016-2025 và đã được chấp thuận đấu nối vào lưới điện110kV Bình Định là: NMĐMT Cát Hiệp và NMĐMT Fujiwara

Khi đưa vào vận hành, các nhà máy này sẽ có ảnh hưởng lớn đến sự làmviệc của hệ thống điện miền Trung Do đó cần thiết phải nghiên cứu cácảnh hưởng của nhà máy đến hệ thống điện như phân bổ công suất, điện áp,chế độ đóng cắt và sự ổn định quá độ của hệ thống cũng như ảnh hưởng củanhà máy đến các thiết bị hiện có trong hệ thống điện Tuy nhiên do khuônkhổ luận văn không thể nghiên cứu hết tác động của tất cả các nhà máy đến

hệ thống nên đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của NMĐMT Cát Hiệpđến phương thức vận hành cơ bản, ảnh hưởng đến điện áp, tổn thất côngsuất và khả năng mang tải

Trong thực tế vận hành, khi có nhà máy điện mới, bên cạnh các phươngthức vận hành, người kỹ sư vận hành cũng cần nắm được các ảnh hưởng củanhà máy mới đối với hệ thống, nắm được giới hạn truyền tải của đường dây,

ổn định quá độ của máy phát Các thông tin đó rất quan trọng, giúp cho ngườitính toán bảo vệ rơle cũng như người vận hành có cơ sở để chủ động ứng phóvới các tính huống của hệ thống điện; Trên cơ sở đó, tác giả lựa chọn đề tài

“Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời Cát Hiệp đến chế độ vận hành của hệ thống điện tỉnh Bình Định” làm đề tài luận văn thạc

sĩ của mình

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề tài đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời Cát Hiệp khi

hòa lưới

- Đề tài đã phân tích ổn định của hệ thống đựa trên đường cong PV để đánhgiá khi có và không có sự tham gia của Nhà máy điện mặt trời Cát Hiệp

- Đề tài đã mô phỏng các trường hợp sự cố N-1, N-2 để phân tích nhằm

có giải pháp vận hành hiệu quả lưới điện

- Đề tài đã mô phỏng, phân tích các giải pháp nâng cao chất lượng điệnnăng và giảm tổn thất như bù công suất phản kháng (CSPK) và ứng dụng vào trong lưới điện

3 Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

3.1 Mục đích

Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của nhà máy điện mặttrời Cát Hiệp khi đưa và vận hành đến hệ thống lưới điện 110kV tỉnh BìnhĐịnh

Ðề tài đặt ra các mục tiêu và nhiệm vụ chính như sau:

- Nghiên cứu hiện trạng hệ thống điện Việt Nam và hiện trạng nguồn, lưới

điện tỉnh Bình Định, tình hình phát triển phụ tải và cung cấp điện của tỉnhtrong những năm qua Dự báo nhu cầu phụ tải và chương trình phát triểnnguồn, lưới điện giai đoạn 2016 – 2030

- Nghiên cứu cân bằng công suất của hệ thống điện Việt nam và hệ thốngđiện tỉnh Bình Định

- Nghiên cứu về công nghệ của nhà máy điện năng lượng mặt trời và tổngquan của máy điện mặt trời Cát Hiệp đấu nối vào lưới điện 110kV Bình Định

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời Cát Hiệp đến chế độvận hành của hệ thống điện tỉnh Bình Định

- Số liệu dùng để tính toán trong luận văn đuợc cung cấp bởi Công tyĐiện lực Bình Định và Tổng công ty Ðiện lực miền Trung, các số liệu về thông

số đuờng dây và máy biến áp đuợc lấy theo hồ sơ kỹ thuật

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

3.2 Đối tượng

Ðối tượng nghiên cứu của đề tài là nguồn và lưới điện 110 kV thuộc Công

ty Điện lực Bình Định

3.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu ảnh hưởng tới điện áp, công suất truyền tải trên đường dây

và tổn thất

- Đánh giá ổn định dựa trên đường cong đặc tính PV

- Mô phỏng, phân tích khi bù công suất phản kháng vào các nút

- Phân tích sự cố lưới điện N-1, N-2 để lựa chọn phương thức vận hành

dự phòng hợp lý lưới điện 110kV

- Đánh giá ổn định điện áp và tần số tại vị trí đấu nối khi xảy ra sự cố ngắn mạch

3.4 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 110

kV Bình Định

Phương pháp phân tích tổng hợp: sử dụng các phần mềm để phân tíchcác số liệu thu thập được, trên cơ sở đó tổng hợp và đề xuất giải pháp vậnhành hiệu quả lưới

Cấu trúc nội dung của luận văn

Luận văn bao gồm:

+ Các nội dung nghiên cứu của luận văn

Chương 1: Tổng quan về lưới điện Việt Nam và hiện trạng lưới điện tỉnh Bình Định

Chương 2: Các phương pháp tính chế độ xác lập của hệ thống điện vàcác phần mềm tính toán

Chương 3: Đánh giá sự ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời Cát Hiệpđến lưới điện Bình Định

Chương 4: Các biện pháp giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng

+ Kết luận và kiến nghị

+ Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM VÀ

HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH BÌNH ĐỊNH

1.1 Tổng quan về lưới điện Việt Nam

Đặc điểm địa hình đất nước ta dài và hẹp, tài nguyên NL phân bố khôngđồng đều với các mỏ than trữ lượng lớn hầu hết tập trung ở vùng QuảngNinh, trữ lượng khí đốt chủ yếu nằm ở thềm lục địa Đông và Tây Nam bộ,trữ lượng thủy điện chủ yếu phân bố ở miền Bắc và miền Trung Trong khinhu cầu tiêu thụ điện lại tập trung khoảng 50% ở miền Nam, khoảng 40% ởmiền Bắc và chỉ trên 10% ở miền Trung Trong 20 năm qua các Quy hoạchđiện Quốc gia (QHĐ) từ QHĐ 4 đến QHĐ 7 do Viện Năng lượng nghiêncứu, việc quy hoạch phát triển các nhà máy điện cũng như lưới truyền tảiđiện đã luôn đề ra các giải pháp nhằm đảm bảo khai thác hợp lý các nguồntài nguyên NL trên từng miền

1.1.1 Dự báo nhu cầu điện đến năm 2030

1.1.1.1 Dự báo nhu cầu điện trước khi hiệu chỉnh

Trong QHĐ7, nhu cầu phụ tải điện mức cơ sở được phê duyệt với mứctăng trưởng bình quân 12,7 %/năm trong giai đoạn 2011-2020 và tươngứng 7,8 %/năm giai đoạn 2021- 2030 Cơ sở chủ yếu cho dự báo nhu cầuđiện dựa trên kịch bản tăng trưởng GDP bình quân 7,5 %/năm (2011-2015),

8 %/năm (2016-2020), 7,8 %/năm (2021-2030) Phương án dự báo này kỳvọng ở giai đoạn công nghiệp hóa mở rộng từ 2011-2015, cường độđiện/GDP sẽ đạt đỉnh (~1,1-:-1,15 kWh/US$ năm) và sẽ giảm dần tớikhoảng 0,51kWh/US$ vào năm 2030 Cường độ điện giảm là xu thế chung

của các nước khi chuyển từ giai đoạn thu nhập thấp sang thu nhập trungbình và cao, khi mà các ngành kinh tế cũng chuyển từ dựa vào mở rộng sảnxuất sang tăng năng suất, hiệu quả và tăng các ngành dịch vụ Xu thế cường

độ điện/GDP được cho trong hình 1.1

Dựa vào các yếu tố tạo nên tăng trưởng GDP: i) khả năng huy động vàhiệu quả sử dụng vốn đầu tư phát triển; ii) quy mô dân số, lực lượng laođộng và năng suất lao động; iii) đóng góp của các vùng kinh tế, hai kịchbản tăng trưởng GDP được dự kiến là:

Hình 1.1 Cường độ điện/GDP của Việt Nam và một số nước

Kịch bản GDP cơ sở: giả thiết khả năng huy động vốn đầu tư trung bìnhtrên GDP đạt 32% Việt Nam vẫn tiếp tục có dòng vốn đầu tư trực tiếp(FDI) và gián tiếp (FII) từ nước ngoài nhờ có sẵn nguồn lao động dồi dào,giá nhân công rẻ, sự chuyển dịch đầu tư vào các nền kinh tế mới nổi Bêncạnh đó, Việt Nam vẫn tiếp tục nhận được vốn vay ưu đãi ODA tuy cógiảm dần

Kịch bản GDP cao: Giả thiết chủ đạo của kịch bản này là hiệu quả sửdụng vốn đầu tư được cải thiện hơn so với các giai đoạn trước cũng nhưkịch bản cơ sở Giả thiết này hàm ý quá trình tái cơ cấu được triển khaithực hiện quyết liệt, sớm cải thiện được hiệu quả sử dụng vốn đầu tư, hệ sốICOR sẽ giảm còn 4,2 từ sau 2015.Minh họa cường độ điện/GDP và GDPbình quân đầu người xem hình 1.2.

Hình 1.2 GDP bình quân đầu người và Cường độ điện/GDP của Việt Nam

1.1.1.2 Dự báo nhu cầu điện hiệu chỉnh

Với các giả thiết về tăng trưởng GDP và xu thế kinh tế nêu trên, dự báo nhucầu điện hiệu chỉnh được thực hiện theo phương pháp đa hồi quy (multi-Regression) và kết hợp với các phương pháp trực tiếp (giai đoạn ngắn hạn),phương pháp chuyên gia… Dự báo được tính toán trên cơ sở 2 kịch bản GDPvới 2 phương án (PA) cơ sở và PA cao Kết quả được tóm tắt như sau:

Bảng 1.2 Tốc độ tăng trưởng các PA nhu cầu điện giai đoạn 2011 – 2030

Giai đoạn PA cơ sở PA cao Giai đoạn PA cơ sở PA cao

Kết quả điều chỉnh dự báo nhu cầu điện toàn quốc đến năm 2030 ở cả 2

phương án cao và cơ sở đều thấp hơn dự báo đã được phê duyệt trong QHĐ

7, cụ thể như sau:

+ Phương án phụ tải cơ sở: ở phương án này nhu cầu điện cho toàn quốc

giai đoạn đến năm 2015 thấp hơn QHĐ7 khoảng gần 30 tỷ kWh (gần 6000MW),

năm 2020 thấp hơn 59 tỷ kWh (10400MW) và năm 2030 thấp

hơn 119 tỷ kWh (21300MW)

+ Phương án phụ tải cao: ở phương án này nhu cầu điện cho Toàn quốc

giai đoạn đến năm 2020 thấp hơn QHĐV7 khoảng 47 tỷ kWh (8300MW) và

năm 2030 thấp hơn 65 tỷ kWh (11600MW)

1.1.2 Hiện trạng nguồn điện

Theo Quyết định số 1208/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt

QHĐ7, đến năm 2030 để đáp ứng nhu cầu điện sản xuất khoảng 695 TWh

với Pmax khoảng 110GW, tổng công suất các nguồn điện lên tới khoảng

146,8GW với cơ cấu: thủy điện chiếm 11,8%; thủy điện tích năng 3,9%;

nhiệt điện than 51,6%; nhiệt điện khí đốt 11,8% (trong đó sử dụng LNG4,1%); nguồn điện sử dụng NLTT 9,4%; điện hạt nhân 6,6% và nhập khẩuđiện 4,9% Trong cơ cấu các nguồn NLTT, dự kiến đến năm 2030 sẽ cókhoảng 4800MW thủy điện nhỏ, 6200MW điện gió, 2000MW điện sinhkhối và khoảng 700MW các nguồn NLTT khác như điện mặt trời, điện địanhiệt, điện thủy triều, điện từ rác thải…

- Thủy điện nhỏ (TĐN): Hiện nay đã có 226 nhà máy TĐN công suất

>30MW đang vận hành với tổng công suất 1.635MW Dự kiến đến năm 2017 sẽ cóthêm 1000MW hoàn thành đi vào vận hành Đến năm 2020 sẽ có

tổng trên 3500MW TĐN vào vận hành và ước tính đến năm 2030 sẽ có tổng công suất TĐN khoảng trên 5000MW

- Điện gió: Chính phủ đã có những cơ chế hỗ trợ nguồn điện gió bằngQuyết định số 37/2011/QĐ-TTg về cơ chế giá bán điện gió, gần đây Bộ CôngThương cũng cho nghiên cứu tiếp để có cơ chế giá điều chỉnh theo

hướng khuyến khích thêm nguồn NL này Tuy vậy từ năm 2011 đến nay mớichỉ có 52MW nguồn điện gió di vào vận hành Hiện nay dự án điện gió BạcLiêu đang xây dựng giai đoạn 2 với tổng công suất 88MW.Trong 5 năm tới dựkiến sẽ có tổng khoảng 300MW điện gió và đến năm 2030, nếu có các cơ chế

hỗ trợ mạnh, sẽ có tổng khoảng 5.000MW điện gió vào vận hành

- Điện sinh khối (ĐSK): Là một quốc gia trồng lúa nước và xuất khẩuhàng đầu thế giới về lúa gạo, các phụ phẩm nông nghiệp của Việt Nam rấtdồi dào Vừa qua Báo cáo Quy hoạch phát triển NL sinh khối vùng đồngbằng sông Cửu Long đã được Viện Năng lượng thực hiện, theo đó có thểphát triển được trên 900MW nguồn điện từ trấu, rơm rạ, phụ phẩm nôngnghiệp từ khu vực này Nếu chúng ta có những cơ chế hỗ trợ phù hợp, kỳvọng trên toàn quốc có thể phát triển được khoảng 300MW vào năm 2020

và 1.500MW vào năm 2030

- Điện mặt trời (ĐMT): Việt Nam cũng có nhiều tiềm năng về NL mặttrời với số giờ nắng trung bình ở miền Nam là 2588h/năm, miền Trung1980h/năm và miền Bắc 1681h/năm Xu thế hiện nay đang thuận lợi khi mà giáthiết bị ĐMT giảm nhanh trong thời gian gần đây và còn tiếp tục giảm Tínhtrung bình giá đầu tư 1kW công suất ĐMT hiện nay chỉ khoảng 2.500USD,bằng 1/3 so với cách đây 5 năm Một ví dụ về áp dụng ĐMT ở Thái Lan là: năm

2009 có khoảng 30MW ĐMT, nhờ có cơ chế fit-in-taif của Chính phủ Thái Lan,năm 2013 tổng công suất ĐMT ở Thái Lan là

~800MW Trong Quy hoạch điện lập năm 2014 của quốc gia này, dự kiếnđến năm 2030 sẽ có 3.000MW ĐMT Với mong muốn chúng ta sẽ học hỏiđược kinh nghiệm từ Thái Lan, chúng tôi kỳ vọng đến năm 2030 Việt Nam

1.1.3 Hiện trạng về lưới truyền tải

1.1.3.1 Truyền tải miền Bắc – miền Trung

Do những đặc điểm địa lý, phân bố nguồn tài nguyên và phân vùng nhucầu điện, Hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam từ Bắc tới Nam hiện nay đượcliên kết bằng các đường truyền tải 500kV gồm: 2 mạch đường dây (ĐZ)500kV miền Bắc liên kết với miền Trung; 3 mạch ĐZ 500kV liên kết miềnTrung với miền Nam và sắp tới sẽ là 4 mạch Trung Nam (hoàn chỉnh 2mạch 500kV Pleiku – Cầu Bông)

Ba năm gần đây, phụ tải tăng cao của Miền Nam đã vượt quá khả năng cấpnguồn tại chỗ, lượng điện thiếu hụt phải nhận chủ yếu từ các nguồn thủy điệnMiền Trung và nguồn điện Miền Bắc thông qua đường dây 500 kV liên

kết Sản lượng truyền tải trên giao diện Trung – Nam có xu hướng tăng lên,năm 2013 đạt mức kỷ lục, khoảng 9,8 tỷ kWh, chiếm 17% nhu cầu điệnMiền Nam Truyền tải Bắc -> Trung cũng có xu hướng tăng mạnh, năm

2013 đạt 5,3 tỷ kWh [1],

Để chuẩn bị cho kịch bản truyền tải cao trên ĐZ 500 kV liên kết miền,ngày 55/20 14, EVN đã đóng điện thành công thêm mạch kép ĐZ liên kếtTrung – Nam: Pleiku – Mỹ Phước - Cầu Bông, đồng thời trong thời gianđến sẽ hoàn thành nâng cấp toàn bộ dàn tụ bù dọc trên ĐZ 500 kV BắcNam từ dòng định mức 1000 A lên 2000 A

1.1.3.2 Truyền tải Trung - Nam

Như đã nêu ở trên, khu vực miền Trung có nhu cầu phụ tải chỉ chiếmtrên 10% toàn quốc (năm 2013 Pmax miền Trung 2382MW, bằng 11,9%Pmax toàn quốc 20.010MW), nhưng hiện đã có trên 4.400MW thủy điệnđang vận hành Theo QHĐ7, khoảng 2020 sẽ có thêm 1200MW NĐ than ởQuảng Trị và đến 2024 sẽ có khoảng 1350MW tuabin khí ở khu vực QuảngNgãi Gần đây Chính phủ đã cho phép nhà đầu tư Singapor nghiên cứu pháttriển NMNĐ than 1200MW tại khu vực Dung Quất, Quảng Ngãi đưa vàogiai đoạn sau 2020 Trong ĐCQHĐ 7, cùng với việc đưa khí Cá Voi xanhvào cấp cho khoảng 2.500MW (2022) 5.000MW (2029) tuabin khí (thaycho 1350MW tubin khí được phê duyệt trong QHĐ7), miền Trung sẽ luôn

dư thừa điện và chuyển tới miền Nam Đặc biệt, nếu có thêm một tổ máycủa NMĐ hạt nhân thứ 3 được xây dựng ở miền Trung (khu vực Quảngngãi hoặc Bình Định) thì xu thế dòng điện năng từ Trung – Nam sẽ càngngày càng cao Với 4 mạch ĐZ 500kV hiện nay sẽ không thể truyền tải hếtsản lượng điện này Do vậy giai đoạn 2021-2025 cần nâng cấp lưới truyềntải: xem xét đầu tư thêm các ĐZ 500 kV mới từ Miền Trung vào trung tâmphụ tải Miền Nam, chiều dài khoảng 520 km

Hình 1.3 Sơ đồ lưới 500kV liên kết Trung – Nam g/đ đến 2030

1.2 Hiện trạng hệ thống điện tỉnh Bình Định

1.2.1 Hiện trạng hệ thống

Bình Định là một tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung bộ Việt Nam Hệthống điện tỉnh Bình Định được cấp điện từ hệ thống lưới điện Quốc gia khu

vực miền Trung, bao gồm hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối điện

có kết nối với lưới điện khu vực

Hệ thống điện Bình Định có 13 trạm nguồn 110kV và 7 nguồn TĐ vậnhành với phương thức kết lưới linh hoạt, ổn định, các phân đoạn được thaotác khép, tách mạch vòng, đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục cho phụtải trong mọi tình huống

Năm 2018, công suất cực đại Pmax là 324 MW, sản lượng ngày cực đạiAmax là 6.363.490 kWh (03/7) Sản lượng điện thương phẩm 2018 đạt1.845.734.008 kWh (tăng 11,04% so với năm 2017); dự báo Pmax năm

2019 là: 370 MW

1.2.2 Các nguồn cung cấp điện

Trên địa bàn tỉnh Bình Định hiện có 4 nhà máy thủy điện (NMTĐ) lớn,phát điện lên lưới điện cao áp, tập trung ở hai huyện Tây Sơn và Vĩnh Thạnh:

- Nhà máy thuỷ điện Vĩnh Sơn công suất (2x33)MW, phát lên hệ thống110kV thông qua các đường dây 110kV Vĩnh Sơn – Hoài Nhơn–Tam Quan– Đức Phổ và Vĩnh Sơn – Vĩnh Sơn 5– Trà Xom – Đồn Phó

- Nhà máy thủy điện An Khê công suất (2x80)MW đưa vào hoạt độngnăm 2011, phát lên hệ thống 220kV thông qua đường dây 220kV An Khê - QuyNhơn

- Nhà máy thuỷ điện Vĩnh Sơn 5 công suất (2x14)MW đưa vào vận hànhcuối năm 2013 phát lên hệ thống 110kV thông qua đường dây 110kV Vĩnh Sơn

5 – Phù Mỹ, Vĩnh Sơn 5 – Trà Xom – Đồn Phó và Vĩnh Sơn 5 – Vĩnh Sơn

- Nhà máy thuỷ điện Trà Xom công suất (2x10)MW đưa vào vận hành đầunăm 2015, phát lên hệ thống 110kV thông qua đường dây 110kV Trà Xom

– Vĩnh Sơn 5 và Trà Xom – Đồn Phó – Nhơn Tân – Quy Nhơn

- Ngoài ra, còn 4 NMTĐ nhỏ phát lên lưới điện trung áp khu vực như:NMTĐ Định Bình(3x3,3MW), Tiên Thuận (2x4,75MW) và Văn Phong(3x2MW) ở huyện Tây Sơn, phát vào lưới điện trung áp 22kV sau trạm

110kV Đồn Phó; NMTĐ Nước Xáng (3x6,25MW) phát vào lưới điện trung

áp 35kV sau trạm 110kV Hoài Nhơn

 Lưới điện 110kV

 Trạm biến áp 110kV

Tổng số TBA 110kV trên địa bàn tỉnh có 13 trạm/22 máy/ 670MVA.Hầu hết các trạm 110kV đều mang tải đáp ứng đủ nhu cầu phụ tải, riêngcác trạm 110kV Quy Nhơn 2, các MBA T3,T4 trạm 220kV Quy Nhơn vậnhành đầy tải

Bảng 1.3 Thông số, tình hình vận hành các trạm biến áp 110kV, năm 2018

Ghi chú

Văn Phong, Tiên Thuận

Nhơn Hội 63 18 31.7%

 Đường dây 110kV

Phần lớn vận hành an toàn, đảm bảo cung cấp điện ổn định Lưới điện110kV của tỉnh cơ bản đã đảm bảo tiêu chí N-1 Các trạm 110kV đều có 2nguồn cấp hoặc 2 đường dây đến

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật và tình hình vận hành các tuyến dây 110kV

15 171/Quy Nhơn 220 - 172/An Nhơn 1 AC 12,66 510

185

185

05 ÐZ 110kV Vinh Son - Hoài Nhon vu?t

qua ÐZ 110kV Vinh Son 5 - Phù M? 31MK ACKP185/29

35 34 ACKP185/29 01 04A

06

1 1-

7 173-7 172-7

1 17 3 A

2 171

-1 173-1 172-1 B

10 KV

131

A A

2 M V

1

1 13

3 134 C

172 171 171

1 17

4 17 6 17 7

22 k

13 1

1 1

7 1 112 -1

1

3 0

5

0 a

B B BC BB

1 5 1

9 9 1 7 1 1

A C S R 1 + 0

A C S R 1 / 2

A C S R 1 / 2

0

A C S R 1 / 2

2 B

B 2 V 1 -

7 17 2-7 1 - 7 1 - 7 1 - 7 AC

1

2 x 0 M V 1 - 1 17 2-2 1 - 1 1 - 1 1 - 2 1 - 2 1 2 1 2 -

2 1 - 2 2 M

V

2 M V

3 V

A B C

V 1 -

7 171-7

4

172 1 1 - 2 171-1 1 - 7 1 - 7 1 11 2-2 131 1

1 1

1.3 Dự báo nhu cầu điện tỉnh Bình Định đến năm 2035

Trên cơ sở phù hợp với hoàn cảnh thực tế của địa phương và số liệu điềutra thu thập được nhu cầu điện của tỉnh Bình Định, dự báo nhu cầu điệnđược thực hiện theo 2 phương pháp:

- Phương án tính trực tiếp cho giai đoạn tới năm 2025, với tốc độ tăngtrưởng bình quân điện thương phẩm giai đoạn 2016-2020 đạt 14,17%/năm,

trong đó tăng trưởng Công nghiệp - Xây dựng tăng bình quân 19,19%/năm,Nông - Lâm - Thủy sản tăng 15,9%/năm, Thương mại - Dịch vụ tăng20,2%/năm, Quản lý - Tiêu dùng dân cư tăng 7,76%/năm, Các hoạt độngkhác tăng 16%/năm Giai đoạn 2021-2025 tốc độ tăng điện thương phẩmtoàn tỉnh đạt 10,43%/năm, trong đó tăng trưởng Công nghiệp - Xây dựngtăng 12,04%/năm, Nông - Lâm - Thủy sản tăng 10,2%/năm, Thương mại -Dịch vụ tăng 13,2%/năm, Quản lý - Tiêu dùng dân cư tăng 7,26%/năm, Cáchoạt động khác tăng 11,4%/năm Các chỉ tiêu trên đáp ứng nhu cầu điệncho phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh theo đúng mục tiêu quy hoạch tổngthể phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Bình Định giai đoạn đến năm 2020, cóxét đến năm 2025

- Phương pháp tính Simple-E được sử dụng để xác định tầm nhìn đến năm

2035 Tổng hợp kết quả dự báo nhu cầu tiêu thụ điện tỉnh Bình Định từ năm

2015 đến năm 2035 được tổng hợp lại theo bảng sau:

Bảng 1.5 Tổng hợp dự báo nhu cầu điện năng tỉnh Bình Định đến năm 2035

Nguồn: Quyết định số 322/QĐ-BCT ngày 03/02/2017 của Bộ Bộ Công Thương

So với Toàn Quốc, hiện tại điện thương phẩm tỉnh Bình Định chiếm tỷ lệkhá nhỏ 0,91%, dự kiến tỷ lệ này sẽ tăng lên 1,006% vào năm 2025 và1,007% ở năm 2030 Cùng với sự tăng trưởng điện thương phẩm của tỉnh,bình quân điện năng thương phẩm trên người của tỉnh Bình Định cũng có

xu hướng tăng dần do dân số tăng chậm, trong khi điện năng thương phẩmtăng nhanh Năm 2020 đạt 716kWh/người, bằng 56,8% bình quân chungToàn quốc; Năm 2025 đạt 2,708kWh/người, bằng 61,1% bình quân chungToàn quốc; Năm 2030 đạt 3,690kWh/người, bằng 61,4% bình quân chungToàn quốc

1.4 Kết luận chương 1

Chương 1 của luận văn đã đi vào tìm hiểu tổng quan về lưới điện ViệtNam cũng như lưới điện Bình Định về nguồn, đường dây và trạm biến áp.Đồng thời dự báo nhu cầu phụ tải điện năng của toàn quốc đến năm 2030

và nhu cầu điện năng của tỉnh Bình Định đến năm 2025

của hệ thống điện cũng như sơ đồ lưới điện 110kV tỉnh Bình Định đã được thu thập và trình bày tại các bảng trong nội dung của chương

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN MỀM TÍNH

Việc tính toán dòng công suất phải được tiến hành từng bước và hiệuchỉnh dần Bên cạnh mục đích xác định trạng thái tỉnh thì việc tính toándòng công suất còn là một phần của các chương trình về tối ưu và ổn định.Trước khi có sự xuất hiện của máy tính số, việc tính toán dòng công suấtđược tiến hành bằng thiết bị phân tích mạng Từ năm 1956, khi xuất hiệnmáy tính số đầu tiên thì phương pháp tính dòng công suất ứng dụng máytính số được đề xuất và dần dần được thay thế các thiết bị phân tích mạng.Ngày nay các thiết bị phân tích mạng không còn được dùng nữa

Thiết lập công thức giải tích

Giả sử mạng truyền tải là mạng 3 pha đối xứng và được biểu diễn bằngmạng nối tiếp dương như trên hình 2.1a Các phần tử của mạng được liên kếtvới nhau nên ma trận tổng dẫn nút YNut có thể xác định từ sơ đồ [1] Theo sơ

Nut Nut Nut

1 p 0

P

Hình 2.1 Sơ đồ đa cổng của đường dây truyền tải

là một ma trận thưa và đối xứng Tại các cổng của mạng có các nguồn

công suất hay điện áp Chính các nguồn này tại các cổng làm cho áp vàdòng liên hệ phi tuyến với nhau theo (2.1) chúng ta có thể xác định đượccông suất tác dụng và phản kháng bơm vào mạng (quy ước công suấtdương khi có chiều bơm vào mạng) dưới dạng hàm phi tuyến của Vp và Ip

Ta có thể hình dung nguồn công suất bơm vào mạng nối ngang qua cổng tạiđầu dương của nguồn bơm như hình 2.1b

Phân loại các nút:

Nút P -Q là nút mà công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q là cốđịnh

Nút P -V tương tự là nút có công suất tác dụng P cố định và độ lớn điện

áp được giữ không đổi bằng cách phát công suất phản kháng

Nút V-Q (nút hệ thống) rõ ràng ở nút này điện áp và góc pha là khôngđổi Các phương pháp giải quyết trào lưu công suất

Theo lý thuyết thì có hai phương pháp tồn tại đó là phương pháp sử dụng

ma trận YNut và phương pháp sử dụng ma trận ZNut Về bản chất cả haiphương pháp đều sử dụng các vòng lặp Xét về lịch sử phương pháp thìphương pháp YNut đưa ra trước vì ma trận YNut dễ tính và lập trình, thậm chí ngày nay nó vẫn sử dụng với hệ thống không lớn lắm, phương pháp này gọi là phương pháp Gauss -Seidel Đồng thời phương pháp Newton cũng được đưa ra

Y

Nut

phương pháp này có ưu điểm hơn về mặt hội tụ Sau khi cách loại trừ trật tự

tối ưu và kỹ thuật lập trình ma trận vevtơ thưa làm cho tốc độ tính toán và số

lượng lưu trữ ít hơn, thì phương pháp Newton trở nên rất phổ biến Ngày nay

với hệ thống lớn tới 200 nút hay hơn nữa thì phương pháp này luôn được

dùng Phương pháp dùng ma trận ZNut với các vòng lặp Gauss - Seidel cũng

có tính hội tụ như phương pháp Newton nhưng ma trận ZNut là ma trận đầy

đủ nên cần bộ nhớ hơn để cất giữ chúng, đó là hạn chế chính của phương

pháp này

2.2.1 Phương pháp gauss - seidel sử dụng ma trận Y Nut

Để dễ hiểu phương pháp này ta giả thiết tất cả các nút là nút P-Q trừ nút

hệ thống V - q Vì điện áp của nút hệ thống hoàn toàn đã biết nên không có

vòng lặp nào tính cho nút này Ta chọn nút hệ thống là nút cân bằng Do đó

Vq (q ≠ s) coi là áp của nút q so với nút s (kí hiệu nút s là nút hệ thống)

Với tất cả các nút, trừ nút thứ s là nút hệ thống ta rút ra được từ (2.1):[2,3]

I P 

S P

Ma trận Y Nút là ma trận thu đượ c khi ta xóa đi hàng s và cột s ở ma trận YNut

Và VNut , INut cũng có được bằng cách xóa đi phần tử s Ta viết lại ma trận YNut

bằng cách gồm các phần tử đường chéo, ma trận gồm các phần tử tam giác dưới

đường chéo, ma trận gồm các phần tử tam giác trên đường chéo.

Kiểm tra hội tụ như sau: Max V k 1   V  k   C

V

(2.7)

Thông thường tại bước đầu tiên ta lấy trị số ban đầu Vp(0) bằng điện áp định

mức của mạng điện và chỉ gồm phần thực Như vậy thuật toán lặp Gauss

- Seidel đối với (2.4) được mô tả như sau

+ Xác định Ypq,Yqp, với p = 1 n; q = 1 n

+ Chọn giá trị ban đầu tại các nút: Vp(0) (p = 1 n) Thường lấy Vp(0)

= Uđm

+ Tính giá trị ở bước 1 theo (2.4) Quá trình tính theo vòng tròn, nghĩa

là giá trị điện áp tại nút p ở bước k+1 được tính qua giá trị điện áp tại bước k+1

của tất cả các nút còn lại p - 1, p - 2, , 1 và điện áp tại bước k của các nút p +

1, p + 2, n

+ Tính lặp với k tăng dần

+ Kiểm tra điều kiện dừng Max|∆Vp(k+1)| < Cv Nếu sai thì trở về

bước 3, nếu đúng thì tiếp tục tính toán các đại lượng khác như công suất trên

đường dây, điện áp, và dừng

+ Lý thuyết chứng minh rằng phương pháp Gauss - Seidel hội tụ khi

modul trị riêng lớn nhất của YNut nhỏ hơn 1

Ưu điểm chính của phương pháp Gauss - Seidel là đơn giản, dễ lập trình,

tốn bộ nhớ (do ma trận YNut dễ thành lập) và khối lượng tính toán tại mỗi

bước lặp cũng ít

Nhược điểm của phương pháp là tốc độ hội tụ chậm, do đó cần có

phương pháp nâng cao tốc độ hội tụ

2.2.2 Tính toán nút P-V

Ở nút P-V sự tính toán có khác vì công suất phản kháng Q chưa biết nhưng

độ lớn điện áp được giữ ở Y psp Mặt khác thiết bị chỉ phát giới hạn công suất

Phía bên phải (2.8) là giá trị mới nhất của điện áp tính toán và tính được

Qcal thay vào (2.4) ta tính được giá trị mới của điện áp Vk 1 Vì điện áp ở

nút này có độ lớn không đổi |Vp|sp nên phần thực và ảo của Vk 1  phải được

pđiều chỉnh để thỏa mãn điều kiện này trong khi giữ góc pha như sau:

2.2.3 Tính toán dòng chạy trên đường dây và công suất nút hệ thống

Sau khi các phép tính về vòng lặp hội tụ Dòng chạy trên đường dây vàcông suất nút hệ thống được tính như sau: