Tách đảo lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán – giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

TÁCH ĐẢO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN – GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN 46 Nguyễn Duy Khiêm, Trần Đình Long TÁCH ĐẢO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN – GIẢI PHÁP NÂ[.]

Nguyễn Duy Khiêm, Trần Đình Long 46 TÁCH ĐẢO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN – GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN ISLANDING DISTRIBUTION GRIDS WITH DISTRIBUTED GENERATION SOURCES – A SOLUTION FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF POWER SUPPLY Nguyễn Duy Khiêm1, Trần Đình Long2 Trường Đại học Quy Nhơn; khiemnd77@gmail.com Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tóm tắt - Bài báo giới thiệu lợi ích cách thực việc tách đảo (Islanding) lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán hệ thống lớn bị cố để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Phương án tách đảo tính tốn sở cân công suất phát nguồn điện phân tán phụ tải cực đại khu vực dự định tách đảo có xét đến tổn thất cơng suất lưới, cơng suất nguồn điện dự phịng thiết bị bù lưới điện tách Để nâng cao hiệu tách đảo kết hợp việc chia cắt lưới điện với sa thải phụ tải Phương pháp nghiên cứu minh họa ví dụ tách đảo lưới điện 110kV khu vực lân cận nhà máy điện gió Tuy Phong thủy điện Bắc Bình tỉnh Bình Thuận Abstract - The paper introduces the benefits of the islanding of distribution grids with distributed generation sources to improve the reliability of power supply The islanding plan is calculated based on the power balance between the distributed generation sources and the local maximum load of the region intended for islanding with notice being taken of the loss of power on the grid, the capacity of the backup power and the equipment of compensation in the grid To improve the efficiency of islanding, there can be a combination between a dividing grid and load shedding The research methodology is illustrated via an example of the islanding of the 110kV grid around Tuy Phong wind power plant and Bac Binh hydropower generator in Binh Thuan province Từ khóa - tách đảo; sa thải phụ tải; biểu đồ; nguồn điện phân tán Key words - islanding; load shedding; demand curve; distributed generation Đặt vấn đề Trong nhiều cố hệ thống điện (HTĐ) lớn giới cố ngày 14/8/2003 làm bang nước Mỹ tỉnh Ontario Canada điện, 50 triệu người rơi vào tình trạng khơng có điện cố Ấn Độ năm 2012 làm điện nửa nước với khoảng 670 triệu người sinh sống, người ta quan sát thấy lãnh thổ lưới điện bị cố có vùng nhỏ (những “ốc đảo”- Island) cịn trì cung cấp điện nhờ tách khỏi lưới điện (Islanding) nguồn điện phân tán kết nối với phần lưới điện khu vực hoạt động Trường hợp công suất nguồn phân tán sử dụng cách chủ động thủy điện nhỏ diezel, vấn đề tách đảo giải cách đơn giản nguyên tắc cân công suất khu vực sau tách lắp đặt thiết bị điều khiển vị trí tương ứng để tự động tách phần lưới điện tính tốn trước Đối với loại nguồn phân tán có cơng suất phụ thuộc điều kiện thiên nhiên thời gian ngày điện gió điện mặt trời, tốn tách đảo trở nên phức tạp phụ thuộc vào đặc điểm hoạt động nguồn phân tán, biểu đồ phát công suất nguồn điện, nhu cầu phụ tải khu vực tách thời điểm tách đảo [1] diezel) thời điểm xảy tách đảo Trong nhiều trường hợp kết hợp việc tách đảo với sa thải số phụ tải không quan trọng địa phương để giảm bớt nhu cầu dự phòng, mở rộng phạm vi “đảo” tách nâng cao hiệu tách đảo Phương trình cân công suất tác dụng tách đảo: PD (t ) + Pdp (t ) = Ppt (t ) − PTCT (t ) + P(t ) (1) Tính tốn phương án tách đảo trường hợp có nguồn điện phân tán kết nối với lưới điện 2.1 Cân công suất khu vực tách đảo Như nói, phương án tách đảo xây dựng nguyên lý cân công suất phần lưới điện tách, bao gồm biểu đồ phát công suất nguồn điện phân tán khảo sát, biểu đồ phụ tải hộ tiêu thụ cần trì cung cấp điện, có mặt nguồn điện phân tán khác nguồn điện dự phòng chỗ (chẳng hạn Trong đó: PD(t) – Cơng suất phát nguồn phân tán phần lưới điện cô lập; Pdp(t) – Cơng suất nguồn dự phịng chỗ; Ppt(t) – Công suất tiêu thụ phụ tải; PTCT(t) – Công suất phụ tải tự động sa thải tách đảo; ΔP(t) – Tổn thất công suất lưới điện Tương tự ta có phương trình cân công suất phản kháng tách đảo: QD (t ) = Qpt (t ) − QB (t ) + Q(t ) (2) Trong đó: QD(t) – Cơng suất phản kháng nguồn phân tán phát phần lưới điện cô lập thời điểm tách đảo; Qpt(t) – Công suất phản kháng tiêu thụ phụ tải; QB(t) – Công suất phát thiết bị bù có tính đến lượng cơng suất phản kháng phụ tải bị sa thải (nếu có); ΔQ(t) – Tổn thất công suất phản kháng lưới điện Phương trình cân (1) (2) thường thực cho chế độ đặc trưng chế độ nguồn phân tán phát công suất cực đại cực tiểu, phụ tải tiêu thụ cao thấp khu vực tách đảo, khả kết hợp tách đảo sa thải phụ tải để mở rộng phạm vi cung cấp điện cho hộ tiêu thụ quan trọng ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 2.2 Điều khiển hệ thống thiết bị tự động thực tách đảo Trên sở cân công suất theo (1) (2) chế độ đặc trưng lựa chọn, dự kiến điểm cắt để tách đảo Tín hiệu điều khiển cắt máy cắt để tách đảo thiết lập dựa điều kiện: - Sự cố điện hệ thống lớn kết nối với phần lưới điện xét; - Các nguồn điện phân tán hoạt động bình thường; - Khơng tách đảo trì tình trạng làm việc lâu dài riêng nhà máy điện gió điều kiện khơng có hỗ trợ nguồn điện khác [2]; - Thời điểm xảy cố hệ thống lớn Sơ đồ logic điều khiển cắt máy cắt để tách đảo giới thiệu Hình [3] 47 trọng sau tách đảo sử dụng giải pháp sa thải số phụ tải không quan trọng phần lưới điện lập Tín hiệu sa thải lấy từ điện áp, tần số góp trạm phụ tải từ tủ phân phối đầu vào hộ tiêu thụ (trong trường hợp “sa thải sâu” hộ tiêu thụ) Để đơn giản nâng cao hiệu tác động sa thải phụ tải lưới phân phối thường tổ chức cấp sa thải, chẳng hạn: • Khi sa thải theo tần số f1kđ = 49Hz; ∂P1f = 5%Pmax (3) f2kđ = 48,5Hz; ∂P2f = 10%Pmax (4) Trong đó: f1kđ, f2kđ – Tần số khởi động thiết bị sa thải theo tần số; ∂P1f, ∂P2f – Lượng công suất bị sa thải theo tần số tính theo % phụ tải cực đại Pmax khu vực tách lưới • Hình Sơ đồ logic điều khiển máy cắt để tách đảo - Rơle tần số thấp; - Rơle điện áp thấp; , - Rơle khống chế thời gian giảm tần số điện áp ngắn hạn cho phép; , - Rơle phản ảnh trạng thái hoạt động nguồn điện phân tán nhà máy điện gió; - Rơle phản ảnh trạng thái hoạt động nguồn điện phân tán khác; - Khâu xác định thời gian ngày Tách đảo kết hợp với sa thải phụ tải Để mở rộng phạm vi cấp điện cho hộ tiêu thụ quan Khi sa thải theo điện áp thấp U1kđ = 0,85Udđ ; ∂P1U = 10%Pmax (5) U1kđ = 0,8Udđ ; ∂P2U = 15%Pmax (6) Trong đó: U1kđ, U2kđ – Điện áp khởi động thiết bị sa thải, tính theo điện áp danh định Udđ Các phụ tải diện sa thải cần xem xét, xếp trang bị thiết bị tương ứng phục vụ cho việc sa thải; ∂P1U, ∂P2U – Lượng công suất bị sa thải theo điện áp tính theo % phụ tải cực đại Pmax khu vực tách lưới Ví dụ áp dụng Xét ví dụ tách đảo cho trường hợp lưới điện 110kV lân cận nhà máy điện gió Tuy Phong thủy điện Bắc Bình tỉnh Bình Thuận [4] Phụ tải tiêu thụ lưới điện nguồn điện phân tán địa phương xét thời điểm 23h (phụ tải cực đại) ứng với ngày 1/12/2012 (ngày có cơng suất tiêu thụ lớn nhất) giới thiệu Bảng 4.1 Chế độ làm việc bình thường trước tách đảo Sử dụng phần mềm PSS/E mô trào lưu công suất thời điểm nói Tổn thất cơng suất lưới (MW), điện áp góp 22kV (pu) trạm biến áp (TBA) trào lưu công suất số nhánh lân cận nguồn điện phân tán cho trường hợp chế độ làm việc bình thường trước tách đảo giới thiệu Bảng Bảng Phụ tải tiêu thụ lưới điện [5] công suất phát nguồn phân tán [6] (tại thời điểm 23h) ngày đặc trưng chọn (1/12/2012) Thời điểm 23h ΔP (MW) 28.4 Đức Linh 14,2 0,995 Thuận Nam – Hàm Kiệm 145,8+ j14,8 Phụ tải tiêu thụ (MW)/Điện áp góp 22kV (pu) nút phụ tải Nguồn Hàm Thuận Hàm Phan Lương Vĩnh Ninh phân tán Mũi Né Phan Rí (MW) Tân Nam Kiệm Thiết Sơn Hảo Phước 31,5 61,6 73 51,3 84,4 16,5 25,7 51,3 15,4 0,985 0,834 0,916 0,955 0,994 0,962 0,948 0,929 0,915 Trào lưu công suất Hàm Phan Phan Nút NM Tuy CN Vĩnh TC110 Phan Rí TC220C Kiệm – Thiết – Thiết giao Phong – Hảo – C– – Tuy – Phan Nút giao – Phan – CN Vĩnh Ninh Phan Rí Phong TC110C Thiết Thiết Phan Rí Hảo Phước 34.6 67,7+ 203,1+ 53,4+ 171,2+ 36,4+ 76,9+ 77,4+ 25,7+ 38,0+ j37,0 j8,2 j27,1 j5,1 j10,2 j8,9 j0,2 j25,5 j8,1 Nguyễn Duy Khiêm, Trần Đình Long 48 4.2 Chế độ làm việc tách đảo Sử dụng phương pháp lát cắt hẹp nhất, sở cân công suất theo (1), (2) thời điểm cố hệ thống lớn ngày đặc trưng khảo sát, việc tách lưới điện 110kV khu vực khảo sát khỏi lưới điện 220kV máy cắt 172 ĐẠI NINH dự kiến phương án tách đảo vị trí MC172 LS – PR, MC172 TP – CNVH trình bày Hình Bảng Tổn thất cơng suất điện áp 22kV TBA Phan Rí U(pu) Thời gian ΔP (MW) Phan Rí 23h 0,4 0,9847 4.3 Chế độ làm việc tách đảo kết hợp với sa thải phụ tải Quan sát Hình (thời điểm 23h) cho thấy vùng cấp điện bé cố nguồn hệ thống lớn thời điểm Ứng với thời điểm sơ đồ Hình 3, lượng cơng suất phát dư cho phép mở rộng thêm vùng cung cấp điện ta kết hợp sa thải phụ tải Giả sử cung cấp cho phụ tải loại (30% công suất định mức TBA), sa thải loại 2; 3, sơ đồ cấp điện mở rộng theo Hình Có thể nhận thấy từ sơ đồ phụ tải quan trọng trạm Phan Rí, phụ tải quan trọng khác trạm CN Vĩnh Hảo Ninh Phước trì cung cấp điện Sử dụng phần mềm PSS/E mô trào lưu công suất lưới điện tách đảo kết hợp với sa thải phụ tải (Hình 5) Kết mơ tổn thất công suất (MW) lưới, điện áp 22kV (pu) TBA giới thiệu Bảng Hình Bảng 3: Tổn thất cơng suất điện áp nút phụ tải (có kết hợp sa thải phụ tải) Hình Sơ đồ dự kiến cấp điện cho phụ tải tách đảo Biểu đồ phụ tải khu vực tách đảo, cơng suất phát điện gió thủy điện ngày đặc trưng (ngày có phụ tải cực đại năm), giới thiệu Hình [5, 6] Sử dụng số liệu Bảng 1, mô trào lưu cơng suất lưới điện tách đảo (Hình 2) thời điểm phụ tải tiêu thụ công suất lớn (23h) phần mềm PSS/E Kết trào lưu công suất, tổn thất công suất (MW) lưới điện áp (pu) 22kV TBA Phan Rí cho trường hợp chế độ làm việc tách đảo giới thiệu Bảng Hình 4 10 11 Thời gian ΔP (MW) Phan Rí Vĩnh Hảo Ninh Phước 23h 0,8 0,9771 0,9677 0,9655 U(pu) Kết luận Tách đảo lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán hệ thống bị cố giải pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Phương án tách đảo xây dựng sở tính tốn cân cơng suất khả phát nguồn điện phụ tải cực đại hộ tiêu thụ khu vực dự định tách đảo Để nâng cao hiệu tách đảo mở rộng phạm vi trì cung cấp điện cho hộ tiêu thụ quan trọng kết hợp việc tách đảo với sa thải phụ tải theo điện áp, tần số đồng thời điện áp tần số 12 13 14 15 16 17 41.5 42 33 33 18 19 20 21 22 23 24 60 50 50 45.6 46.3 51.3 48.8 47.3 Công suất (MW) 42.9 40 30 44.5 42.3 38.5 37.5 35.4 35.2 35.3 34.1 35.2 33.9 33.8 34.3 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 35.26 33 33 32.43 33 33 33 31.21 30.78 33 33 33 33 36.8 33 34.6 34.4 33 33 28.71 26.47 26.66 26.28 25.7 24.73 23.9 23.06 23.6 22.51 22.26 20.6 20.5 20.04 19.83 18.79 19.49 17.9 17 16.89 16.04 16.37 16.52 16.24 15.44 14.93 13.44 14.13 11.86 11.67 18.3 10.52 10.33 10.07 9.28 17 8.9 9.67 15.8 14.3 12.6 13.3 11.5 9.9 9.3 8.5 5.5 4.5 3.8 2.4 2.2 2.3 1.6 1.4 1.1 2.2 0.9 0.8 1.3 23.77 23.34 23.73 23.83 24.52 20.86 21.07 20.37 20 10 Phụ tải tiêu thụ Phan Rí Thủy điện Bắc Bình NMĐG Tuy Phong NMĐG+Thủy điện Bắc Bình Thời gian (h) 1/12/2012 Trao đổi cơng suất Hình Biểu đồ trao đổi cơng suất nguồn phân tán với phụ tải Phan Rí sau tách đảo ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 Hình Trào lưu công suất lưới điện tách đảo 49 Hình Sơ đồ lưới điện tách đảo kết hợp với sa thải phụ tải [4] Hình Trào lưu công suất lưới điện tách đảo kết hợp với sa thải phụ tải TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sundar Venkataraman, “Wind Grid Code Development an Renewable Integration Study”, Workshop, September 19, 2014 Hanoi [2] Cục Điều tiết Điện lực, Hội thảo chuyên đề “Xây dựng quy định đấu nối điện gió nghiên cứu tích hợp lượng tái tạo Việt Nam”, Hà Nội, 2014 [3] GS VS Trần Đình Long, “Bảo vệ hệ thống điện”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2010 [4] Bộ Công Thương, “Quy hoạch phát triển Điện lực tỉnh Bình Thuận giai đoạn 2011 – 2015 có xét đến 2020”, Quyết định số 3566/QĐ – BCT, Hà Nội, 2012 [5] Lưới điện 110kV Bình Thuận, “Các bảng số liệu phụ tải tiêu thụ thơng số vận hành năm 2012”, Bình Thuận, 2012 [6] Nhà máy điện gió Tuy Phong – Bình Thuận, “Các bảng số liệu kỹ thuật, hỏng hóc thơng số vận hành năm 2012”, Bình Thuận, 2012 (BBT nhận bài: 25/01/2015, phản biện xong: 29/01/2015) ... cố giải pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Phương án tách đảo xây dựng sở tính tốn cân cơng suất khả phát nguồn điện phụ tải cực đại hộ tiêu thụ khu vực dự định tách đảo Để nâng. .. chế độ làm việc tách đảo giới thiệu Bảng Hình 4 10 11 Thời gian ΔP (MW) Phan Rí Vĩnh Hảo Ninh Phước 23h 0,8 0,9771 0,9677 0,9655 U(pu) Kết luận Tách đảo lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán. .. nối với phần lưới điện xét; - Các nguồn điện phân tán hoạt động bình thường; - Khơng tách đảo trì tình trạng làm việc lâu dài riêng nhà máy điện gió điều kiện khơng có hỗ trợ nguồn điện khác [2];