ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
HUỲNH NGỌC NHIÊN
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM
A STUDY OF THE POSSIBILITY OF MOBILIZING RENEWABLE ENERGY SOURCES
FOR THE SOUTHERN POWER SYSTEM
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mả số : 8520201
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trang 2I
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Đình Anh Khơi
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Trần Hoàng Lĩnh
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Trương Việt Anh
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 15 tháng 07 năm 2023
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1 Chủ tịch hội đồng: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình 2 Ủy viên phản biện 1: TS Trần Hoàng Lĩnh
3 Ủy viên phản biện 2: PGS.TS Trương Việt Anh 4 Ủy viên: TS Nguyễn Hữu Vinh
5 Thư ký: TS Nguyễn Ngọc Phúc Diễm
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Trang 3I
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Huỳnh Ngọc Nhiên MSHV: 1970529
Ngày, tháng, năm sinh: 11/01/1997 Nơi sinh: Tiền Giang
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 8520201
I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM (A STUDY OF THE POSSIBILITY OF MOBILIZING RENEWABLE ENERGY SOURCES FOR THE SOUTHERN POWER SYSTEM)
II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu huy động nguồn năng lượng tái tạo cho hệ thống điện 220kV miền Nam
dựa trên điều kiện ổn định quá độ
- Nghiên cứu huy động nguồn năng lượng tái tạo cho hệ thống điện 220kV miền Nam
dựa trên điều kiện ổn định điện áp
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/02/2022
IV NGÀY HOÀN THIỆN NHIỆM VỤ: 12/06/2023
V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Phạm Đình Anh Khơi
Tp HCM, ngày… tháng năm 2023
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
Trang 4II
LỜI CÁM ƠN
Kiến thức rộng lớn muôn màu muôn vẻ, nắm bắt được kiến thức và làm chủ được cơng nghệ là một hành trình gian khổ và vất vả Trên con đường thành cơng đó khơng có sự thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Bách Khoa TP.HCM em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cơ giáo, điều đó thật đáng quý và trân trọng
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, đặc biệt là các thầy cô bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện – Điện tử đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ tích, giúp em khắc phục được nhiều thiếu sót trong q trình học tập, nghiên cứu và làm việc
Đặc biệt, em xin gửi đến PGS.TS Phạm Đình Anh Khơi người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này lời cảm ơn sâu sắc nhất Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các thành viên trong Trung Tâm Điều Độ Hệ Thống Điện Miền Nam – Trung Tâm Hệ Thống Điện Quốc Gia đã không ngừng hỗ trợ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu thực hiện luận văn
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đã ln giúp đỡ, sát cánh trong q trình làm luận văn và trong quãng thời gian tươi đẹp trên ghế nhà trường này
Sau cùng, em xin kính chúc quý thầy cô thật dồi dào sức khỏe, tràn đầy vui tươi để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau
TP.HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2023
Học viên thực hiện
Trang 5III
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong những năm gần đây nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) đã và đang phát triển rất nhanh chóng ở các nước và Việt Nam Đối với công tác điều độ hệ thống điện, việc vận hành khi có nguồn NLTT trong hệ thống điện truyền tải là một bài tốn khó, đến nay vẫn đang được triển khai nghiên cứu bởi các công ty điện lực và trường đại học
Để góp phần hiện thực hóa các nghiên cứu liên quan, Luận văn sẽ tiến hành nghiên cứu các khả năng huy động nguồn NLTT vào hệ thống điện 220kV miền Nam dựa trên phân tích điều kiện ổn định quá độ Theo đó, Luận văn sẽ xây dựng các mơ hình thiết bị và bộ tham số tính tốn ổn định q độ trong phần mềm PSS/E và thực hiện mô phỏng các kịch bản huy động nguồn NLTT vào lưới điện 200 kV miền Nam theo điều kiện ổn định q độ dựa trên mơ hình lưới điện hiện hữu
Kế tiếp, Luận văn cũng sẽ tiến hành phân tích các khả năng huy động nguồn NLTT cho lưới điện 220 kV miền Nam dựa trên điều kiện ổn định điện áp, tức thông qua phân tích các điểm sụp đổ điện áp và giới hạn công suất truyền tải Công cụ thực hiện nghiên cứu cũng dựa trên giải pháp mô phỏng sử dụng phần mềm PSS/E cho mơ hình lưới điện hiện hữu
Trang 6IV
ABSTRACT
In recent years, renewable energy sources (RE) have been developing very rapidly in other countries and in Vietnam For the dispatching of the power system, the operation when there is a renewable energy source in the transmission power system is a difficult problem, which is still being researched by power companies and universities so far
In order to contribute to the realization of related studies, the thesis will conduct research on the possibilities of mobilizing renewable energy sources into the Southern 220kV power system based on the analysis of transient stability conditions Accordingly, the thesis will build equipment models and a set of parameters for calculating transient stability in PSS/E software and simulate scenarios for mobilizing RE sources into the Southern 200kV power grid according to the following conditions: transient stabilization conditions based on the existing grid model
Next, the thesis will also analyze the possibilities of mobilizing renewable energy sources for the Southern 220 kV power grid based on voltage stability conditions, through analysis of voltage collapse points and capacity limits transmission The research tool is also based on a simulation solution using PSS/E software for the existing grid model
Trang 7V
LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Huỳnh Ngọc Nhiên, xin cam đoan luận văn thạc sĩ đề tài “Nghiên Cứu Khả Năng Huy Động Nguồn Năng Lượng Tái Tạo Cho Hệ Thống Điện Miền Nam” là cơng trình nghiên cứu của chính bản thân tơi, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Đình Anh Khơi
Các số liệu, kết quả mô phỏng trong luận văn này là trung thực Tơi cam đoan khơng sao chép bất kỳ cơng trình khoa học nào của người khác, mọi sự tham khảo đều có trích dẫn rõ ràng
TP.HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2023
Người cam đoan
Trang 8VI
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ I LỜI CÁM ƠN II TÓM TẮT LUẬN VĂN III ABSTRACT IV LỜI CAM ĐOAN V MỤC LỤC VI DANH MỤC BẢNG X DANH MỤC HÌNH XII CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN XV
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 3
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3
1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 4
1.3 TẦM QUAN TRỌNG CỦA LUẬN VĂN 4
1.4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5
1.5 TÍNH MỚI CỦA LUẬN VĂN 5
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 6
2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 6
2.1.1 Nguồn điện truyền thống và NLTT 6
2.1.2 Lưới điện 7
2.1.3 Về phụ tải 8
2.1.4 Phân tích đánh giá 10
2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHẦN MỀM TÍNH TỐN 11
2.2.1 Đặt vấn đề 11
2.2.2 Phần mềm PSSE 12
2.2.3 Phân tích và lựa chọn chương trình tính toán 13
Trang 9VII 3.1 TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH Q ĐỘ CHO HTĐ MIỀN
NAM 15
3.1.1 Các mô hình phần tử động trên hệ thống điện 15
3.1.2 Khảo sát lưới điện miền Nam 15
3.1.3 Ảnh hưởng của nguồn NLTT hiện hữu lên tính ổn định lưới điện miền Nam 19
a) Huy động 36% công suất nguồn năng lượng tái tạo 21
b) Huy động 41% công suất nguồn năng lượng tái tạo 22
c) Huy động 42% công suất nguồn năng lượng tái tạo 23
3.1.4 Mức huy động năng lượng tái tạo tối đa dựa trên điều kiện ổn định động xét đến tiêu chí N-0 26
3.1.5 Từ mức huy động năng lượng tái tạo tối đa xét sự cố mất nguồn năng lượng tái tạo dẫn đến mất ổn định hệ thống điện 28
3.1.6 Giải pháp thay đổi nút cân bằng đến gần nguồn NLTT bị sự cố 33
3.2 CÁC GIẢI PHÁP 35
3.2.1 Giải pháp thiết kế 36
3.2.2 Giải pháp vận hành 36
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 38
4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 38
4.2 LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỆN 38
4.2.1 Khảo sát điện áp tại các nút ở chế độ làm việc bình thường 39
a Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại 39
b Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu 42
4.2.2 Khảo sát điện áp tại các nút ở chế độ sự cố 45
a Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố 1 đường dây 500kV 45
b Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố 1 máy MBA 500kV 46
Trang 10VIII
d Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố đường dây 220kV 47
e Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 220kV 48
f Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 220kV và ĐZ 220kV 49
4.3 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH P-V ĐỂ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 50
4.3.1 Khảo sát đặc tính P-V tại các nút để xác định giới hạn truyền tải trong trường hợp vận hành bình thường 50
4.3.2 Khảo sát đặc tính P-V để xác định giới hạn truyền tải trong trường hợp vận hành sự cố 53
a) Sự cố 1 đường dây 500kV Cầu Bông – ĐăkNông 53
b) Sự cố 1 đường dây 500kV Di linh – Tân Định 54
c) Sự cố 1 MBA 500kV Phú Lâm 55
d) Sự cố 1 MBA 500kV Nhà Bè 56
e) Sự cố máy biến áp 500kV Sông Mây và đường dây 500kV Sông Mây – Tân Định 57
f) Sự cố đường dây 220kV Thốt Nốt 2 – Long Xuyên 2 58
g) Sự cố máy biến áp 220kV Tân Định 59
h) Sự cố máy biến áp 220kV Sông Mây 60
i) Sự cố mất MBA 220kV Đức Hòa 2 và đường dây 220kV Cầu Bông 500kV – Đức Hịa 2 61
4.4 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH Q-V ĐỂ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HTĐ MIỀN NAM 62
4.4.1 Độ dự trữ công suất phản kháng tại các nút 220kV 63
4.4.2 Đường đặc tính Q-V tại các nút khảo sát 64
4.5 KẾT LUẬN 70
4.6 KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỒN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 71
4.6.1 Tổng quan 71
Trang 11IX
4.6.3 Huy động 40% nguồn NLTT của HTĐ miền Nam 76
4.6.4 Huy đồng 35% nguồn NLTT của HTĐ miền Nam 78
4.6.5 Giải pháp khắc phục khi huy đồng 35% nguồn NLTT của HTĐ miền Nam bị mất ổn định điện áp 80
CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 83
5.1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ 83
5.2 KẾT LUẬN 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86
PHỤ LỤC 1 87
PHỤ LỤC 2 94
Trang 12X
DANH MỤC BẢNG
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ
Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả của các trường hợp kiểm tra ổn định cho hệ thống điện miền Nam năm 2022 với các mức huy động khác nhau 20
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỒN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
Trang 14XII
DANH MỤC HÌNH
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ
Trang 15XIII Hình 3.17: Điện áp tại các nút Lai Châu, Nhà Bè, Tân Định, Duyên Hải trong trường hợp mất
tuần tự NLTT 30
Hình 3.18: Tần số tại các nút Lai Châu, PleiKu, Thường Tín, Nhà Bè trong trường hợp mất tuần tự NLTT 30
Hình 3.19: Góc pha của các tổ máy tại các nút Hịa Bình, Vĩnh Tân, Phú Mỹ, Sơn Lơn, Trị An trong trường hợp mất nguồn NLTT đồng thời 31
Hình 3.20: Cơng suất của các tổ máy tại các nút Duyên Hải, Đồng Nai 4, Phú Mỹ, Trị An, Yali, Vĩnh Tân trong trường hợp mất nguồn NLTT đồng thời 32
Hình 3.21: Tần số tại các nút Tân Định, Cầu Bông, Sông Mây trong trường hợp mất nguồn NLTT đồng thời 32
Hình 3.22: Điện áp tại các nút Nhà Bè, Cầu Bông, Sông Mây, Phú Lâm, Vĩnh Tân, Lai Châu trong trường hợp mất nguồn NLTT đồng thời 33
Hình 3.23: Tần số tại các nút Duyên Hải, Phú Mỹ, Mỹ Tho, Phú Lâm trong trường hợp sự cố mất nguồn NLTT đồng thời và thực hiện đổi nút Swing 34
Hình 3.24: Điện áp tại các nút Nhà Bè, Phú Lâm, Đức Hòa trong trường hợp sự cố mất nguồn NLTT đồng thời và thực hiện đổi nút Swing 34
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỒN ĐỊNH ĐIỆN ÁP Hình 4.1: Đặc tính P-V cơ bản [6] 50
Hình 4.2: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường 52
Hình 4.3: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố đường dây 500kV Cầu Bơng – ĐăkNơng 53
Hình 4.4: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố đường dây 54
Hình 4.5: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 500kV Phú Lâm 55
Hình 4.6: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 500kV Nhà Bè 56
Hình 4.7: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 500kV Sông Mây và đường dây 500kV Sơng Mây – Tân Định 57
Hình 4.8: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố đường dây 220kV Thốt Nốt 2 – Long Xuyên 2 58
Hình 4.9: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 220kV Tân Định 59
Hình 4.10: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 220kV Sơng Mây 60
Hình 4.11: Đặc tính P-V của một số nút 220kV Sự cố mất MBA 220kV Đức Hịa 2 và đường dây 220kV Cầu Bơng 500kV – Đức Hịa 2 61
Hình 4.12: Đặc tính Q-V [6] 62
Hình 4.13: Đặc tính Q-V của nút 220kV Long Xuyên 2 64
Trang 16XIV
Hình 4.15: Đặc tính Q-V của nút 220kV Tây Ninh 2 65
Hình 4.16: Đặc tính Q-V của nút 220kV Châu Đốc 2 66Hình 4.17: Đặc tính Q-V của nút 220kV Nhà Bè 66Hình 4.18: Đặc tính Q-V của nút 220kV Bình Long 2 67Hình 4.19: Đặc tính Q-V của nút 220kV Trảng Bàng 2 67Hình 4.20: Đặc tính Q-V của nút 220kV Tân Định 2 68Hình 4.21: Đặc tính Q-V của nút 220kV Thốt Nốt 2 68Hình 4.22: Đặc tính Q-V của nút 220kV Long Thành 69
Hình 4.23: Đặc tính Q-V của nút 220kV Cai Lậy 69
Hình 4.24: Đặc tính Q-V của nút 220kV Kiên Bình 70
Hình 4.25: Phương thức huy động các loại hình nguồn của HTĐ miền Nam 73
Hình 4.26: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường (trường hợp NLTT phát tối đa cơng suất) 75
Hình 4.27: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường (trường hợp NLTT phát 40% cơng suất) 77
Hình 4.28: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường (trường hợp NLTT phát 35% công suất) 79
Trang 17XV
CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
NMMT Năng lượng mặt trời NLTT Năng lượng tái tạo BCT Bộ công thương NMĐMT Nhà máy điện mặt trời NMĐG Nhà máy điện gió
ĐZ Đường dây
TBA Trạm biến áp HTĐ Hệ thống điện NMĐ Nhà máy điện
SCADA Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu ULTC Bộ chỉnh áp dưới tải của MBA
Trang 181
LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ ngày càng cao, điện năng ngày càng đóng vai trị quan trọng trong các ngành kinh tế Ngày nay đã hình thành nhiều hệ thống điện lớn trong phạm vi quốc gia, xuất hiện thêm các trạm biến áp, đường dây tải điện làm nhiệm vụ liên lạc và truyền tải công suất Nước ta là nước đang phát triển, mức độ phụ tải tăng lên nhanh chóng thì việc tính tốn, mô phỏng giả lập sự cố là hết sức cần thiết Từ đó, chúng ta có kế hoạch đầu tư dự án mới một cách hiệu quả, cũng như dự đoán được các trường hợp sự cố có thể xảy ra để có biện pháp khắc phục và xử lý kịp thời
Cùng với quá trình phát triển kinh tế, nhu cầu tiêu thụ năng lượng của các quốc gia ngày càng tăng, do đó ngành điện đóng vai trị rất quan trọng và để đáp ứng nhu cầu đó, các hệ thống điện ngày càng thay đổi và hình thành các hệ thống điện xuyên quốc gia Ở Việt Nam hiện chia thành 3 khu vực hệ thống điện miền Bắc, Trung, Nam
Hệ thống điện miền Nam ngày càng phát triển mạnh nên việc đảm bảo hệ thống vận hành tin cậy rất quan trọng Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong phạm vi cho phép (tùy vào tính chất của mỗi nút mà cho phép điện áp dao động trong những phạm vi khác nhau) ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động của hệ thống Các thay đổi đó có thề làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nề nhất là có thể rơi vào tình trạng khơng thể điều khiển được điện áp và gây ra sự sụp đổ điện áp Nhân tố chính gây ra sự sụp đổ điện áp là hệ thống khơng có khả năng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng trong mạng Những kích động nhỏ trong hệ thống điện như do yêu cầu công suất phụ tải thay đổi hay thay đổi đầu phân áp tại trạm biến áp Những kích động lớn như việc mất tải đột ngột do ngắn mạch hay thay đổi cấu trúc lưới
Sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ thống điện, làm mất điện một vùng hay trên diện rộng, thậm chí có thể dẫn đến rã lưới điện, gây thiệt hại rất lớn về mặt kinh tế, chính trị và xã hội Vì vậy, việc phân tích sụp đổ điện áp rất cần được quan tâm nhiều hơn nữa và có những biện pháp ngăn ngừa sụp đổ điện áp trên hệ thống
Trang 203
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Hệ thống điện đóng vai trị quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân Do sự phát triển kinh tế và các vấn đề về tài nguyên môi trường cũng như sự tăng nhanh về nhu cầu sử dụng điện, phát triển nguồn điện nhưng hệ thống điện khơng thể đáp ứng kịp Vì các lý do trên nền hệ thống điện buộc phải hoạt động gần với ranh giới ổn định điện áp Do các sự cố về mất ổn định điện áp xảy ra ngày càng thường xuyên và mức độ nguy hiểm ngày càng lớn nên việc nghiên cứu quản lý hệ thống lưới điện đang được quan tâm đặc biệt Khi hệ thống điện mất ổn định sẽ kéo theo những sự cố nghiêm trọng mang tính hệ thống, gây thiệt hại nặng nề về kinh tế Vấn đề mất ổn định có thể xảy ra trong thời gian dài hay ngắn tùy theo vào mức độ sự cố và cấu trúc lưới của hệ thống điện đó Việc nghiên cứu ổn định hệ thống điện không những sẽ giúp ngăn chặn mất điện diện rộng mà còn là cơ sở để đưa ra các quyết định, các chiến lược về thiết kế, mở rộng hệ thống điện và phương thức vận hành Ổn định hệ thống điện gồm ổn định góc rotor, ổn định tần số và ổn định điện áp Luận văn tập trung chủ yếu vào tìm hiểu về đánh giá ổn định điện áp [1]
Trong những năm gần đây thì NLTT đang là một xu thế của tồn cầu nói chung cũng như Việt Nam nói riêng đỉnh điểm là năm 2019 là năm của năng lượng điện mặt trời khi có một lượng lớn cơng suất của điện mặt trời ồ ạt đưa vào hệ thống điện Việc đưa vào vận hành nguồn điện mặt trời có nhiều thuận lợi như tận dụng được năng lượng tái tạo sơ cấp giúp tiết kiệm được chi phí sản xuất điện từ các nguồn điện truyền thống như than, khí gas…, giúp hệ thống điện miền Nam tự cân đối nội miền Tuy nhiên việc giải tỏa được công suất của nguồn năng lượng tái tạo là một bài tốn khó cho ngành điều độ bởi cơ sở hạ tầng về lưới điện chưa đáp ứng được nguồn công suất khá lớn, mặt khác đa phần các nhà máy năng lượng tái tạo tập trung chủ yếu ở các khu vực như Ninh Thuận, Bình Thuận… khá xa so với những khu vực tập trung phụ tải cao do đó bài tốn cơ sở hạ tầng lưới điện hết sức nan giải Việc đặt ra yêu cầu khai thác tối đa các nguồn NLTT đang là yêu cầu bức thiết của ngành điều độ nhưng bên cạnh đó vẫn cịn những ràng buộc về các u cầu ổn định điện áp, tần số, và khả năng mang tải của lưới điện [2]
Trang 214
1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN
Mục tiêu của luận văn là khảo sát ổn định điện áp xác định được các nút có điện áp thấp vượt ngưỡng vận hành cho phép theo thơng tư quy trình điều độ hệ thống điện của Bộ Công Thương [3] xét trong chế độ vận hành bình thường và chế độ sự cố N-1 tại các nút của hệ thống điện miền Nam
Khảo sát đặc tính đường cong P-V để xác định được điểm sụp đổ điện áp của hệ thống và các nút có điểm sụp đổ điện áp nhỏ hơn ngưỡng vận hành cho phép để ta có các biện pháp ngăn ngừa và cải thiện ổn định điện áp Luận văn xác định được giới hạn truyền tải Bắc Nam của hệ thống điện miền Nam dựa trên các điều kiện ràng buộc về điện áp, khả năng mang tải của lưới điện
Khảo sát đặc tính đường cong Q-V để đánh giá độ dự trữ công suất phản kháng tại các nút 220kV (do phạm vi quản lý vận hành nên chỉ tập trung ở lưới 220kV là chủ yếu) của hệ thống từ đó tìm ra được các nút có độ dự trữ cơng suất phản kháng thấp và có các biện pháp khắc phục cải thiện vấn để về điện áp
Dựa vào các ràng buộc về ổn định điện áp luận văn sẽ tính tốn ra được khả năng huy động nguồn NLTT của hệ thống để tránh sụp đổ điện áp và ứng với từng trường hợp huy động nguồn NLTT ta xác định được điện áp tới hạn của hệ thống và khả năng truyền tải công suất Bắc Nam Từ đó đưa ra các yêu cầu về việc vận hành và huy động nguồn năng lượng tái tạo của hệ thống để tránh tình trạng sụp đổ điện áp đảm bảo công tác vận hành hệ thống điện
1.3 TẦM QUAN TRỌNG CỦA LUẬN VĂN
Việc đảm bảo cung cấp điện liên tục tin cậy là mục tiêu hàng đầu trong công tác điều độ vận hành hệ thống điện do đó điều kiện ràng buộc về ổn định điện áp và giới giới hạn công suất truyền tải là rất quan trọng để đảm bảo tính an tồn của hệ thống và khả năng cung cấp điện liên tục tin cậy
Trang 225 Nguồn NLTT đang phát triển khá nhanh chóng vì thế việc huy động nguồn NLTT là ưu tiên hàng đầu trong vận hành hệ thống nhưng bên cạnh đó cũng phải xét đến các ràng buộc về điện áp, khả năng mang tải của lưới điện Qua đó luận văn tính tốn huy động được nguồn NLTT tối thiểu phải phát và ứng với các trường hợp tìm ra được điểm sụp đổ điện áp và giới hạn truyền tải của hệ thống
Đưa ra được các yêu cầu về vận hành nguồn NLTT cũng như khả năng đáp ứng về điện áp trong trường hợp vận hành bình thường và sự cố N-1
1.4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đầu tiên luận văn đưa ra thuật toán cũng như phương pháp để tính tốn huy động nguồn năng lượng tái tạo trên hệ thống điện miền Nam dựa trên điều kiện ổn định động
Tiếp đến luận văn sẽ khảo sát điện áp tại các nút 220kV,110kV của hệ thống điện miền Nam (dựa trên tổng thể hệ thống điện Việt Nam) trong chế độ vận hành bình thường và chế độ sự cố N-1 để xác định được các nút có điện áp vượt ngưỡng vận hành cho phép
Khảo sát đặc tính đường cong PV, QV của hệ thống điện miền Nam (nhận công suất từ HTĐ miền Bắc) để xác định được điểm sụp đổ điện áp và giới hạn công suất truyền tải của hệ thống Xác định độ dự trữ công suất phản kháng của các nút 220kV trong hệ thống và đưa ra các biện pháp cải thiện độ dự trữ công suất phản kháng và cải thiện vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống điện miền Nam
Tính tốn huy động nguồn NLTT của hệ thống điện miền Nam dựa trên các ràng buộc về ổn định điện áp, ứng với từng kịch bản huy động nguồn tính được điểm sụp đổ điện áp và giới hạn truyền tải của hệ thống và đưa ra các yêu cầu về vận hành nguồn NLTT
1.5 TÍNH MỚI CỦA LUẬN VĂN
Luận văn khảo sát trên toàn bộ hệ thống điện miền Nam với số liệu được kiểm chứng sát với thông số vận hành lấy từ SCADA theo phương thức vận hành năm của trung tâm điều độ HTĐ miền Nam A2
Trang 236
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM
Chương 2 sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống điện miền Nam (theo phạm vi quản lí vận hành thì luận văn tập trung chủ yếu về lưới 220kV 110kV và phần 500kV chỉ nói tổng qt) và phân tích lựa chọn phần mềm tính tốn
2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM
- Miền Nam có địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc nhỏ trải dài từ Đông Nam Bộ về đồng bằng sông Cửu Long Hệ thống điện miền Nam cấp điện cho 22 tỉnh, thành phố gồm: Lâm Đồng, Ninh Thuận, Bình Thuận, Thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa Vũng Tàu, Bình Dương, Bình Phước, Đồng Nai, Tây Ninh, Cần Thơ, An Giang, Bạc Liêu, Bến Tre, Long An, Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Trà Vinh, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Kiên Giang, Tiền Giang
2.1.1 Nguồn điện truyền thống và NLTT
- Tổng công suất đặt của các NMĐ ở miền Nam chiếm khoảng 41% (23503MW) tổng công suất đặt của các NMĐ của HTĐ quốc gia (57318MW)
- HTĐ miền nam có nhiều loại hình cơ cấu nguồn điện nhất trong HTĐ quốc gia • Khu vực miền Nam nằm gần các mỏ khí đốt: khí Nam Cơn Sơn, khí Cửu
Long (cung cấp điện cho các nhà máy điện Phú Mỹ-Bà Rịa), khí PM3 (cung cấp khí cho NMĐ Cà Mau) Nên tuabin khí có tổng cơng suất đặt lớn chiếm khoảng 31% (7074MW) (Phân bố ở khu vực miền đơng và Cà Mau) Đây là loại hình nhà máy điện chỉ có ở miền Nam nên thường được gọi là đặc sản ở miền Nam
• Nhiệt điện than có tổng cơng suất đặt khoảng 34% (8079MW): Dun Hải, Vĩnh Tân, Fomosa…
• Do địa hình miền nam tương đối bằng phẳng nên thủy điện có tổng công suất đặt nhỏ hơn miền bắc và miền trung, chiếm khoảng 9% (2079MW) tổng công suất đặt ở miền Nam Phân bố chủ yếu ở các tỉnh có địa hình cao: Trị An, Bình Phước, Lâm Đồng, Đồng Nai…
• Nhiệt điện dầu chiếm khoảng 7% (1068MW) tổng cơng suất đặt ở miền Nam
• Nguồn năng lượng tái tạo chiếm khoảng 22% (5129MW)
Trang 247liệu để sản xuất và phát điện lên lưới nhưng chỉ phát điện vào vụ thu hoạch mía
• Nguồn diesel ở Đồng Nai (Amata), Cà Mau…
- Ngồi ra cịn có nguồn chuyển nhượng từ miền Bắc miền Trung vào miền Nam thông qua bốn đường dây liên kết 500kV với giới hạn truyền tải là 4300MW (Cầu Bông-Đăk Nông :1 mạch, Cầu Bông-PleiKu: 2 mạch, Di Linh-PleiKu: 1 mạch) HTĐ miền nam liên kết với HTĐ quốc gia qua 14 trạm biến áp 500kV
2.1.2 Lưới điện
- Lưới điện là hệ thống các đường dây trạm điện và các thiết bị phụ trợ để truyền tải điện
- Lưới điện 220kV gồm 56 trạm biến áp 220kV
• Các máy biến áp 220kV hầu hết có dung lượng là: 125MWA, 250MVA (Ngoại trừ một số MBA có dung lượng khác như T1 Bảo Lộc (63MVA), và một số MBA 220kV của các NMĐ như: T3 Hàm Thuận (63MVA), AT3 Đại Ninh (63MVA)
• Các trạm biến áp 220kV liên kết với nhau qua 179 Đz 220kV, phần lớn là đường dây mạch kép, vận hành mạch vịng khép kín, ngoại trừ một số điểm mở vòng tách thanh cái (200A 200B Phú Mỹ 1, 200 Phú Mỹ 2-1, 212 Bình Chánh, 212 Long Thành)
• Các đường dây 220kV: khơng phân pha, phân pha đôi, phân pha ba, dây siêu nhiệt, cáp ngầm (ĐZ 220kV Mỹ Tho 2 – Bến Tre có dịng định mức thấp 690A)
• Các trạm lắp kháng phân đoạn thanh cái 220kV trên HTĐ miền Nam là: Cầu Bông, Tân Định, Thuận An (15.1 Ohm), Phú Lâm, Tân Un, Bình Hịa, Long Thành (7.5 Ohm)
• Lắp kháng phân đoạn thanh cái 110kV: trạm 220kV Tân Thành (7.5 Ohm) - Liên kết với lưới điện miền Trung qua:
• ĐZ 220kV: Thiên Tân Solar-Nha Trang (1 mạch), Bình Long 2-Đak Nơng (2 mạch)
Trang 258hạn công suất truyền tải là 250MW
- Lưới điện 110kV miền nam gồm có 334 trạm 110kV và các đường dây liên kết 110kV Hiện nay các trạm 110kV đa phần là các trạm ĐKX không người trực, một số trạm ĐKX có người trực và các trạm truyền thống
- Các máy biến áp 110kV hầu hết có dung lượng là 25MVA 40MVA 63MVA Ngoại trừ một số MBA của trạm khách hàng có dung lượng khác, đặc biệt là khu vực ở các nhà máy thép ở Vũng Tàu: T1 Thép Miền Nam (100MVA), T1 Thép Việt (53 MVA), VeDan 2 (7.5MVA),
- Các trạm 110kV nhận điện chủ yếu từ các trạm 220kV qua phần lớn các đường dây 110kV liên kết mạch vòng giữa các trạm 220kV, một số ít là đường dây 110kV hình tia, các mạch vịng 110kV hầu hết vận hành hở mạch, ngoại trừ một số mạch vòng 110kV giữa các trạm 220kV sau đây vận hành khép kín: Phú Mỹ 1-Tân Thành (khu vực các nhà máy thép), Mỹ Xuân 2-Long Thành, Đức Hòa 2-Trảng Bàng 2, Bàu Sen-Long Thành
- Các đường dây 110kV phần lớn có dịng định mức từ 510A – 610A, một số có dịng định mức lớn 745A-1210A, và một vài đường dây có dịng định mức nhỏ 450A như: Tháp Chàm 2-Cam Ranh, Bảo Lộc – TĐ Bảo Lộc, Đại Ninh – Bắc Bình
- Liên kết với lưới điện 110kV miền Trung qua 3 ĐZ nhưng mở 2 ĐZ liên kết 1 ĐZ: • Bù Đăng – ĐakLấp
• Tháp Chàm 2 – ĐMT Nhơn Hải • Ninh Hải – NMĐG Lợi Hải
- Có nhiều đường dây cáp ngầm ở TPHCM, hay đoạn đường dây hỗn hợp Hà Tiên- Phú Quốc, có kháng điện áp ở cấp điện áp 110kV ở trạm 110kV Phú Quốc
2.1.3 Về phụ tải
- Theo báo cáo Tổng kết phương thức vận hành hệ thống điện tháng 10/2022 của trung tâm điều độ HTĐ miền Nam [04]:
• Tổng sản lượng trong tháng 10: 9,33 tỷ kWh
• Sản lượng trung bình khoảng 301 triệu kWh giảm 1.4% so với cùng kì 2019
Trang 269- Tổng sản lượng HTĐ miền Nam tính đến 6 tháng đầu năm khoảng 54 tỷ KWh - Công suất ngày cao nhất là Pmax= 17.396 MW vào ngày 10/03/20
- Mức tăng trưởng phụ tải hệ thống điện hằng năm khoảng 10% nhưng trong 6 tháng đầu năm 2020 do ảnh hưởng của đại dịch COVID 19 nên mức tăng trưởng phụ tải chậm lại khoảng còn 0.54% so với 6 tháng đầu năm 2019
- Phụ tải khu vực miền nam thường tăng cao vào các tháng cao điểm mùa khô từ tháng 3 đến tháng 5 trong năm Tuy nhiên, trong năm 2020, do ảnh hưởng của dịch bệnh Covid-19 nên phụ tải trong các tháng 03-04 tương đối ổn định, tăng cao vào tháng 05 khi hoạt động sản xuất trở lại bình thường và nắng nóng tăng cao ở phía Bắc
- Ngày thường từ thứ hai đến thứ bảy: phụ tải thấp điểm rơi vào 2-4h sáng, hai giờ cao điểm là 9-10h sáng và 2-3h chiều
- Vào ngày chủ nhật: phụ tải thấp điểm rơi vào 6-7h sáng và cao điểm vào 8-9h tối - Khu vực có phụ tải cao nhất là TPHCM với Pmax là 4521 MW với đặc thù phụ tải sinh hoạt là chủ yếu và là khu vực phụ tải quan trong, chiếm 27-28% phụ tải của htđ miền nam Do đây là thành phố trực thuộc trung ương và là trung tâm phát triển kinh tế xã hội của cả nước
- Tổng công ty điện lực miền nam bao gồm 21 tỉnh thành có Pmax=11731MW chiếm 70-71% phụ tải htđ miền nam
• Phụ tải Bình Dương và Đồng Nai chiếm tỉ trọng cao Mỗi tỉnh chiếm khoảng 12-14% phụ tải htđ miền nam, trong thời gian gần đây phụ tải Bình Dương có nhỉnh hơn phụ tải Đồng Nai, cả hai tỉnh này có sản lượng cao và vượt xa các tỉnh khác trong miền nam do tập trung nhiều khu cơng nghiệp, khu chế xuất
• Bà Rịa Vũng Tàu chiếm tỉ trọng khoảng 6-8% có đặc điểm là phụ tải tăng giảm nhanh với biên độ lớn vì nơi đây chủ yếu có nhiều KCN nhà máy luyện thép, khi các nhà máy này nhúng các điện cực để nấu thép thì cần một lượng tải lớn, dễ gây ảnh hưởng dao động lưới điện, ảnh hưởng chất lượng điện năng, ổn định htđ khu vực
Trang 271 0trong khi tháng 7 thì phụ tải khá bằng phẳng
• Gần đây sản lượng phụ tải ở các tỉnh miền Tây nam bộ tăng khá mạnh do sự phát triển lớn về mặt kinh tế và phát triển các khu công nghiệp nổi bật là tỉnh Long An
• Phụ tải tỉnh Ninh Thuận thấp nhất
• Sản lượng bán điện qua Campuchia chiếm 1-2%
2.1.4 Phân tích đánh giá
- Phân tích để thấy được những thuận lợi và khó khăn trong cơng tác vận hành HTĐ
- Ưu điểm
• Hệ thống điện miền nam liên kết với hệ thống điện quốc gia qua 14 trạm biến áp 500kV giúp vận hành htđ an toàn ổn định hơn trong việc trao đổi công suất giữa miền nam với htđ quốc gia
• HTĐ miền nam được trang bị hệ thống F81và các mạch sa thải phụ tải đặc biệt tin cậy đảm bảo cho htđ miền nam vận hành an toàn tin cậy ổn định tránh tan rã hệ thống khi sự cố lan rộng, hoặc xảy ra các sự cố nguy hiểm liên quan
• Các đơn vị quản lí vận hành cơ bản đã xóa đấu nối T và hồn thiện sơ đồ lưới điện 220kV 110kV theo chỉ đạo của EVN, đã cải thiện lưới điện vận hành linh hoạt độ tin cậy được nâng cao hơn
• Các cơng trình mới, cơng trình cải tạo về nguồn điện lưới điện được đưa vào kịp thời đã góp phần làm giảm áp lực đầy tải quá tải trên lưới điện miền nam
• Hệ thống SCADA/EMS ngày càng dần hồn thiện đảm bảo sự tin cậy hỗ trợ ĐĐV giám sát trạng thái thiết bị, trào lưu công suất, kịp thời xử lý sự cố và các trạng thái bất thường trên HTĐ
• Các cơng ty điện lực đã đưa vào lưới điện trung áp một số lượng lớn tụ bù theo chỉ đạo của EVN góp phần khắc phục vấn đề điện áp thấp trên lưới điện 220kV 110kV
Trang 281 1• Các thơng tư quy trình qui định được liên tục cập nhật góp ý bổ sung sửa
đổi để phù hợp với tình hình vận hành thực tế, giúp cơng tác vận hành điều độ htđ thêm chặt chẽ an tồn
- Nhược điểm
• Nguồn năng lượng tái tạo bất định nên cần một lượng công suất lớn để dự phịng điều tần
• Nguồn năng lượng tái tạo tập trung chủ yếu ở khu vực Ninh Thuận Bình Thuận mà các cơng trình về lưới điện chưa đáp ứng kịp thời, dẫn đến quá tải các ĐZ và MBA
• Khơng chủ động huy động được các nguồn NLTT trong giờ cao điểm • Hệ thống điện miền nam không thể tự cân bằng nội miền nên phải cần một
lượng điện lớn truyền tải từ miền Bắc miền Trung vào miền Nam và ĐZ 500kV liên kết Bắc Nam thường xuyên mang tải cao điều này tiềm ẩn nguy cơ đe dọa vận hành an toàn tin cậy ổn định khi xảy ra sự cố trên ĐZ 500kV liên kết bắc nam
• Nguồn tập trung khu vực Phú Mỹ Bà Rịa với công suất lớn (5350MW) vận hành phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu khí được cấp từ bờ biển vào trạm cấp khí qua một đường ống khí duy nhất, nên xác suất sự cố mất nguồn cung cấp khí là khơng hề nhỏ, dẫn đến nguy cơ thiếu nguồn thậm chí tan rã hệ thống • Dòng ngắn mạch qua lưới truyền tải ngày càng tăng cao theo sự phát triển
của nguồn, mà chưa có biện pháp xử lí dịng ngắn mạch triệt để, biện pháp hiện tại là vận hành tách thanh cái ở các trạm và NMĐ Có thể tách thêm một số trạm nữa, Tuy nhiên việc vận hành tách thanh cái làm giảm độ tin cậy cung cấp điện, gây khó khăn trong việc thao tác vận hành, xử lý sự cố • Vẫn cịn tồn tại nhiều ĐZ MBA 220kV 110kV vận hành đầy tải
• Kết nối trực tiếp với lưới điện Campuchia gây ra dao động điện áp khi xảy ra sự cố bên lưới Campuchia
2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHẦN MỀM TÍNH TỐN 2.2.1 Đặt vấn đề
Trang 291 2sự vận hành tối ưu, an toàn, liên tục của hệ thống điện
- Quá trình xác lập của hệ thống: tính tốn phân bố cơng suất, điện áp, dịng điện trên các nhánh ở các chế độ làm việc khác nhau và các sơ đồ kết dây khác nhau của hệ thống Việc này giúp cho tạo một phương thức vận hành kinh tế và chất lượng điện năng tối ưu nhất
- Tính các q trình q độ khi có các dao động trong hệ thống: sự cố ngắn mạch, khi có sự cắt/ đóng tải đột ngột để có phương án bảo vệ rơle và tiến hành sa thải, huy động nguồn, để loại trừ các dao động ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống
- Hầu hết các phần mềm tính tốn dựa trên cơ sở thuật tốn lặp Newton-Raphson và Gauss-Seidel Trong phần này sẽ giới thiệu một số phần mềm tính tốn mơ phỏng hệ
thống điện
2.2.2 Phần mềm PSSE a Tổng quan
- Phần mềm PSS/E của Cơng ty Power Technologies, Inc (Mỹ) tính tốn mơ phỏng các chế độ làm việc của hệ thống điện, được dùng ở nhiều nước trên thế giới Chương trình PSS/E là hệ thống các file chương trình và dữ liệu có cấu trúc để thực hiện các cơng việc tính tốn mơ phỏng hệ thống điện:
• Tính tốn phân bổ cơng suất
• Tính tốn hệ thống khi xảy ra các sự cố • Phân tích ổn định của hệ thống điện
- Chương trình PSS/E dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các mơ hình cho các thiết bị trong hệ thống điện Việc mơ hình hóa các thiết bị và thực hiện tính tốn phụ thuộc rất nhiều vào giới hạn của các thiết bị tính tốn Trước kia, do các máy tính có khả năng cịn hạn chế nên việc tính tốn trở nên khó khăn, chỉ thực hiện đối với các hệ thống nhỏ và độ tin cậy tính tốn khơng cao Ngày nay, với các kỹ thuật hiện đại, máy tính có các tiện nghi như bộ nhớ ảo, bộ nhớ phân trang và tốc độ tính tốn rất lớn nên việc tính tốn mô phỏng trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn
- Các bước được sử dụng trong PSS/E để tiến hành mơ phỏng và tính tốn các q trình xảy ra trong hệ thống là:
Trang 301 3và hàm truyền của nó
• Chuyển các mơ hình vật lý đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương trình PSS/E
• Sử dụng các chương trình của PSS/E để xử lý dữ liệu, thực hiện tính tốn và in kết quả
Chuyển đổi kết quả tính tốn thành các thơng số cho các thiết bị thực đã dùng để mô phỏng trong bước 1
b Các ứng dụng của chương trình
- Tính phân bổ cơng suất: (Power Flow Calculation)
u cầu tính tốn: Cho nhu cầu phụ tải ở tất cả các thanh cái của hệ thống điện và công suất phát của các nhà máy trong hệ thống Tính phân bổ công suất trên tất cả các đường dây và MBA trong hệ thống
- Phân tích sự cố trong hệ thống điện: (Fault analysis)
Cho phép tính tốn chế độ làm việc của hệ thống ở tình trạng sự cố như: các dạng ngắn mạch, đứt dây, … ở bất cứ điểm nào trong hệ thống điện
- Tính tốn mơ phỏng ổn định động:
Mỗi hệ thống điện, thiết bị điện có một khả năng tải nhất định Khi có các dao động lớn thì hệ thống điện có thể xảy ra các dao động lớn dẫn đến làm mất ổn định của hệ thống Chương trình PSS/E cho phép tính tốn mơ phỏng các chế độ làm việc của hệ thống khi có những dao động lớn xảy ra Từ kết quả tính tốn, cho phép kỹ sư điều hành có biện pháp khắc chế nguy cơ tan rã hệ thống do mất ổn định
2.2.3 Phân tích và lựa chọn chương trình tính toán
Trang 321 5
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ
Tính ổn định của hệ thống phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Với ổn định tín hiệu nhỏ, nó phụ thuộc vào mức tải của hệ thống, vào vận hành các thiết bị và vào điều khiển lưới điện Với ổn định quá độ, khi có các nhiễu lớn, thời gian cắt sự cố thường là một yếu tố then chốt Khi có nguồn NLTT việc thời gian cắt sự cố của các máy cắt hiện hữu cịn đảm bảo tính ổn định hay khơng là một vấn đề cần nghiên cứu
Sự huy động của các nguồn NLTT có ảnh hưởng tới quán tính hệ thống Mức độ huy động và mức quán tính hệ thống thay đổi, tùy thuộc vào thời điểm trong ngày (tùy thuộc vào tải của hệ thống) sẽ lại có ảnh hưởng khác nhau lên ổn định Tất cả các yếu tố nêu trên cần được khảo sát cho hệ thống điện miền Nam Việt Nam
Luận văn sẽ phân tích một số yếu tố quan trọng, ảnh hưởng lớn đến việc khảo sát ổn định quá độ của hệ thống điện Việt Nam Mơ hình hệ thống điện Việt Nam được xây dựng dựa trên sơ đồ lưới điện hiện hữu (đầy đủ) của các cấp điện áp từ 110 kV-500 kV Mơ hình được kiểm chứng dựa trên sự cố đã xảy ra trên hệ thống điện Việt Nam
3.1 TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ CHO HTĐ MIỀN NAM
3.1.1 Các mơ hình phần tử động trên hệ thống điện
Xem phụ lục 02
3.1.2 Khảo sát lưới điện miền Nam
3.1.2.1 Giả thiết tính tốn, cơ sở xây dựng mơ hình tính tốn
- Phụ tải của hệ thống điện tồn quốc được lấy theo tình hình vận hành thực tế của
hệ thống điện quốc gia tính đến năm 2022
- Tiến độ lưới điện và nguồn điện dự kiến theo QHĐ 7 ĐC, QĐ 47/TTg-CN, QĐ 1891/ TTg-CN, QĐ 441/ TTg-CN, QĐ 911/TTg-CN, QĐ 2869/QĐ-BCT có xem xét các quyết định phê duyệt phát triển điện lực vùng và các văn bản điều chỉnh
tiến độ khác như nêu trong phần trên
Trang 331 6- Chế độ, thời điểm tính tốn: Thời điểm tính tốn vào năm 2022, chế độ tính tốn phụ tải cực tiểu buổi trưa ngày lễ tết (thời điểm tỷ lệ huy động khả dĩ cao nhất)
- Tiêu chí tính tốn: Hệ thống đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy trong chế độ vận hành bình thường (N-0)
- Huy động các nguồn dựa trên các nhóm ưu tiên của EVNNLDC - Các tính tốn hệ thống điện được thực hiện bằng chương trình PSS/E
3.1.2.2 Giải thuật tìm tỷ trọng huy động
- Khảo sát lưới điện miền Nam tính đến thời điểm năm 2022 Trong đó, các nguồn NLTT (điện gió, điện mặt trời) được huy động dựa trên tỷ lệ các nguồn đã BSQH cũng như đang trình BSQH trong trường hợp hệ thống đảm bảo vận hành khi các nguồn NLTT đã BSQH phát tồn bộ cơng suất Hệ thống được kiểm tra theo kịch bản phụ tải cực tiểu và các nguồn khác NLTT sẽ được huy động nhằm đảm bảo hệ thống không bị quá tải trong chế độ vận hành bình thường (N-0)
- Tỷ lệ giữa các nguồn NLTT sẽ được tăng giảm đều trên các loại hình nguồn và kiểm tra tính ổn định của hệ thống Nghiên cứu 2 dạng sự cố chủ yếu trong hệ thống điện bao gồm sự cố ngắn mạch và sự cố mất tổ máy Chỉ cần có 1 sự cố làm hệ thống mất ổn định, có thể kết luận rằng hệ thống bị mất ổn định theo mức huy động tính tốn
- Lưu đồ dưới thể hiện thuật tốn tìm tỷ trọng huy động cực đại của hệ thống đến khi hệ thống bị mất ổn định
Ví dụ tính tốn cho năm 2022, q trình tính tốn sử dụng giải thuật phân đơi (bisection method) như sau
Bước 1: Huy động tồn bộ cơng suất các nguồn NLTT
Bước 2: Kiểm tra về mặt trào lưu cơng suất có đảm bảo vận hành trong chế độ N-0 Bước 3: Quét toàn bộ các sự cố, kiểm tra về ổn định từ dữ liệu đã tính toán
Bước 4: Trong trường hợp ổn định xét tiếp các nguồn NLTT đang chờ BSQH Nếu bị
Trang 341 7
Bước 5: Tương tự lặp đi lặp lại đến khi Δ (phần trăm trước – phần trăm sau) ≤ 1% thì
dừng Phần trăm huy động cuối cùng đến khi hệ thống mất ổn định là phần trăm huy động cực đại của các nguồn NLTT lên hệ thống
3.1.2.3 Công cụ khảo sát các sự cố ổn định
- Vì lưới điện Việt Nam với số tổ máy và số đường dây truyền tải tương đối lớn Chỉ riêng việc nhập các thơng số (các mơ hình điều khiển, nguồn tải…) và xây dựng kịch bản cũng tốn khá nhiều thời gian Sau đó, cần tạo sự cố và các kênh quan sát để phần mềm chạy Cuối cùng, cần đánh giá kiểm tra tất cả các kết quả tính tốn để xác định tính ổn định của hệ thống cũng như có vi phạm theo thơng tư các điều kiện về tần số, điện áp
- Do đó đối với hệ thống điện cần có các cơng cụ đặc biệt để tính tốn một lượng lớn sự cố cũng như quan sát rất nhiều phần tử (trong đó quan sát chính về góc rotor, điện áp và tần số cho 1 phần tử)
- Điều này kéo theo số nghiệm cần kiểm tra tăng theo cấp số nhân và khối lượng dữ liệu cần kiểm tra là rất lớn Tồn bộ q trình và thời gian ước tính của mỗi cơng đoạn được biểu diễn theo hình dưới đây
Trang 351 8Vì vậy, cần có những cơng cụ nhằm tránh việc phải thao tác nhiều lần cũng như tránh việc sai sót trong kiểm tra kết quả tính tốn đo phải kiểm tra rất nhiều dữ liệu Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài sử dụng 3 công cụ (3 chương trình nhỏ độc lập với phần mềm PSS/E) được viết trên nền tảng ngơn ngữ lập trình Python Trong đó bao gồm cơng cụ tự động tạo sự cố và kênh quan sát, công cụ tự động chạy các sự cố và xuất kết
quả và công cụ kiểm tra kết quả sau khi đã chạy xong các sự cố
Trang 361 9Công cụ tự động tạo sự cố dựa trên dữ liệu lưới điện mô phỏng trên PSS/E là công cụ đầu tiên nhằm tạo một loạt các tập lệnh chạy sự cố để đưa vào phần mềm mơ phỏng Cơng cụ có chức năng tạo các sự cố ngắn mạch đường dây và sự cố ngắt tổ máy phát Đồng thời có các hộp kiểm giúp người dùng tạo các kênh quan sát mong muốn (Điện áp, tần số, góc pha, cơng suất cơ, tốc độ quay, công suất phản kháng, công suất tác dụng) của các phần tử trong bộ dữ liệu xác lập cũng như cho phép nhập thời gian mô phỏng mong muốn
3.1.3 Ảnh hưởng của nguồn NLTT hiện hữu lên tính ổn định lưới điện miền Nam
- Giai đoạn 2019-2021 chứng kiến sự tăng trưởng chóng mặt của nguồn năng lượng tái tạo Tỷ trọng huy động của năng lượng tái tạo vào hệ thống ngày càng tăng cao do rất nhiều nhà máy đi vào vận hành và phát điện lên lưới theo điều kiện thuận lợi của thời tiết Điều đó đã dẫn đến việc vào một số thời điểm phụ tải khu vực có nguồn năng lượng tái tạo thấp hoặc khu vực có nhiều hệ thống điện mặt trời áp mái phát lên lưới, mang tải của các đường dây truyền tải trong khu vực tăng cao dẫn đến việc quá tải trầm trọng lưới điện một số khu vực Đồng thời, một số nguồn chạy nền như nhiệt điện than có tính “linh động” thấp, dẫn đến việc bắt buộc phải cắt giảm công suất các nguồn năng lượng tái tạo để đảm bảo tần số không bị vượt quá giới hạn cho phép
- Dựa trên hiện trạng vận hành thực tế cũng như các nguồn năng lượng tái tạo đã đấu nối lên hệ thống điện miền Nam Luận văn đã kiểm tra tính ổn định của hệ thống truyền tải Việt Nam với kịch bản phụ tải, và tính tốn với các mức huy động khác nhau cho hệ thống điện miền Nam trong năm 2022
Cơng thức tính tỷ lệ huy động nguồn NLTT như sau: Tỷ lệ huy động = Tổng nguồn NLTT
Tổng phụ tải × 100
- Tỷ lệ huy động của điện gió và điện mặt trời của từng vùng sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến hệ thống (nếu cùng một tỷ trọng huy động) Để khảo sát toàn bộ các kịch bản về các mức độ huy động của các nguồn năng lượng tái tạo cũng như các nguồn phát là không khả thi nên luận văn đã bám sát vào các điều kiện vận hành thực tế như:
Trang 372 0• Các nguồn được tăng/giảm theo thứ tự ưu tiên huy động nguồn của NLDC • Trong quá trình tăng giảm nguồn, khả năng mang tải của lưới điện (đường dây,
máy biến áp ) cũng được xem xét
- Kết quả tính tốn chi tiết được tổng hợp theo Bảng 3.1:
Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả của các trường hợp kiểm tra ổn định cho hệ thống điện miền Nam năm 2022 với các mức huy động khác nhau
Trang 382 1
a) Huy động 36% công suất nguồn năng lượng tái tạo
Hình 3.3: Điện áp tại các nút Cầu Bơng, Đăk Nơng khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 36%
trên tổng phụ tải
Hình 3.4: Tần số tại các nút Cầu Bơng, Đăk Nơng, Tân Định khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các
Trang 392 2
b) Huy động 41% công suất nguồn năng lượng tái tạo
Hình 3.5: Điện áp tại các nút Cầu Bơng, Đăk Nơng khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn
NLTT huy động 41% trên tổng phụ tải
Hình 3.6: Tần số tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông, Tân Định khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy
Trang 402 3
c) Huy động 42% công suất nguồn năng lượng tái tạo
Hình 3.7: Góc pha của rotor các tổ máy thủy điện khu vực Lâm Đồng khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn
NLTT huy động 42% trên tổng phụ tải
Hình 3.8: Điện áp tại các nút Cầu Bơng, Đăk Nơng khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 42%