nghiên cứu tính toán các giới hạn ổn định điện áp cho xuất tuyến 22kv lj04 tỉnh savannaket nước chdcnd lào

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NÚT TẢI TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV LJ04 .... Ở CHDC nhân dân Lào thời gian qua, nhu cầu phụ tải luôn tăng với tốc độ khá cao, t

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

PHENGBUNTHAVONG OUDOMSAY

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO XUẤT TUYẾN 22 KV LJ04, TỈNH

SAVANNAKET, NƯỚC CHDCND LÀO

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đạt Minh

Học viên thực hiện: Oudomsay PHENBUNTHAVONG

Mã ngành: 22CH5020020

Hà Nội, 2024

2

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 9

1 Tính cấo thiết của đề tài 9

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 9

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

4 Nội dung và các phương pháp nghiên cứu 10

5 Ý nghĩa khoa học của luận văn 10

6 Kết cấu của luận văn 11

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN 12

1.1 Một số khái niệm 12

1.2 Hiện tượng mất ổn định điện áp trong hệ thống điện 13

1.2.1 Công suất tải lớn nhất 13

1.2.2 Các kịch bản sụp đổ điện áp 14

1.3 Các phương pháp xác định giới hạn ổn định điện áp nút trong hệ thống điện 16 1.3.1 Phân tích đường cong quan hệ công suất tác dụng và điện áp 16

1.3.2 Phương pháp xác định khoảng cách nhỏ nhất dẫn đến mất ổn định điện áp trên mặt phẳng công suất 18

1.3.3 Các phương pháp phân tích độ nhạy VQ (VQ sensitivity analysis) và phân tích trạng thái QV (QV modal analysis) 20

1.3.4 Hệ số dự trữ điện áp 20

1.3.5 Chỉ số sụt áp L 20

1.3.6 Hệ số dự trữ công suất phản kháng 20

1.3.7 Chỉ số ổn định điện áp dựa trên độ nhạy trung bình của điện áp nút theo công suất phản kháng của phụ tải 21

1.4 Vấn đề đánh giá mức độ ổn định của lưới điện phức tạp 22

1.4.1 Ổn định phụ tải động cơ không đồng bộ 22

1.4.2 Ổn định điện áp nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối trung áp 23 1.4.3 Đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp trong lưới điện phân phối 24

1.5 Giới thiệu chương trình tính toán đánh giá ổn định điện áp cho lưới điện

phân phối 26

2 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA TUYẾN 22KV TẠI TỈNH SAVANNAKET, NƯỚC CHDCND LÀO 29

2.1 Giới thiệu về hệ thống điện tại tỉnh Sannavaket, nước CHDCND Lào 29

2.1.1 Nguồn cấp điện 29

2.1.2 Lưới điện trung áp và hạ áp 30

2.1.3 Trạm biến áp phân phối và hệ thống công tơ đo lường 31

2.2 Thực trạng các chỉ tiêu liên quan đến giới hạn ổn định điện áp của xuất tuyến 22 kV LJ04 34

2.2.1 Xuất tuyến 22 kV LJ04 của TBA trung gian 115/22 kV Parkbro 34

2.2.2 Đánh giá TBA phân phối 22/0.4 kV 41

3 CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NÚT TẢI TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV LJ04 44

3.1 Mô hình toán học của phương pháp 44

3.2 Mô hình nghiên cứu 45

3.3 Điển hình áp dụng 52

3.4 Nhận xét 55

3.5 Kết quả tính toán giới hạn ổn định điện áp lưới điện xuất tuyến LJ04, tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

4

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản 13

Hình 1 3 Đồ thị điện áp theo công suất tác dụng và phản kháng 14

Hình 1 4 Mạng điện 2 nút 16

Hình 1 5 Biểu đồ pha điện áp và biểu đồ công suất 16

Hình 1 6 Biểu đồ vectơ trên mặt phẳng công suất 17

Hình 1 7 Sơ đồ đơn giản vẽ đường cong QV 17

Hình 1 8 Đường cong QV ở các chế độ vận hành khác nhau 18

Hình 1 9 Kỹ thuật xác định khoảng cách nhỏ nhất đến điểm mất ổn định điện áp 19 Hình 1 10 Đường cong QV sử dụng biến Q thay đổi phụ tải 21

Hình 1 11 Đường cong PV xác định giới hạn tăng công suất tải 22

Hình 1 12 Đặc điểm sơ đồ lưới điện trung áp 23

Hình 1 13 Đặc tính tĩnh phụ tải: a Riêng động cơ (với tải cứng); b Phụ tải tổng hợp 26

Hình 1 14 Thiết lập phương pháp giải chế độ xác lập của mạng điện trên NEPLAN 27

Hình 2 1 -a Công tơ phía sơ cấp 33

Hình 2.1-b Công tơ phía thứ cấp 33

Hình 2 2 Sơ đồ thay thế tính toán 35

Hình 2 3 Biểu đồ hệ số công suất đầu nguồn của xuất tuyến 22kV LJ04 36

Hình 3 1 Mô hình hệ thống điện đơn giản và biểu đồ vectơ điện áp 45

Hình 3 2 Thuật toán xác định giới hạn ổn định điện áp tại nút tải tổng hợp 49

Hình 3 3 Đặc tính PV khi thay đổi thành phần phụ tải 50

Hình 3 4 Ảnh hưởng của đặc tính phụ tải đối với đường cong PV trong trường hợp phụ thuộc điện áp 51

Hình 3 5 Sơ đồ lưới điện trong ví dụ 53

Hình 3 6 Đặc tính PV nút tải trong các trường hợp điển hình 53

Hình 3 7 Đặc tính PV nút tải khi thay đổi tỷ lệ thành phần phụ tải 54

Hình 3 8 Đặc tính PV nút tải (mang tính cảm) với cos khác nhau 54

Hình 3 9 Đặc tính PV nút tải với cos khác nhau, tải công suất hằng 55

Hình 3 10 Đặc tính PV nút tải khi thay đổi cấu trúc đường dây 55

Hình 3 11 Sơ đồ một sợi của 1 phân đoạn nhánh Parkbro, lộ LJ04, tỉnh Savannaket 57

Hình 3 12 Đặc tính PV các nút tải (công suất hằng) 58

Hình 3 13 Đặc tính PV các nút với tải tổng trở hằng và dòng điện hằng 58 Hình 3 14 So sánh đặc tính PV, QV nút 1 trong các kịch bản vận hành khác nhau 58 Hình 3 17 Đặc tính QV các nút tải, kịch bản 30% công suất hằng; 50% dòng điện hằng 60 Hình 3 18 Đặc tính PV các nút, tải công suất hằng khi thay đổi cấu trúc lưới điện 60 Hình 3 19 So sánh đặc tính PV nút 1 trong các kịch bản tính toán 61

6

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Các tham số của mô hình phụ tải của một số thiết bị điện [13] 25

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật của các TBA trung gian trong tỉnh Savannaket [4] 29

Bảng 2 2 Tổng chiều dài LPP 30

Bảng 2 3 Số liệu dây dẫn 30

Bảng 2 4 MBA đang vận hành trong hệ thống LPP trung áp tỉnh Savannaket 31

Bảng 2 5 Công suất phụ tải từng giờ trong ngày của TBA nút T_Xonphao 37

Bảng 2 6 Tổng công suất tải tại các thời điểm trong ngày 38

Bảng 2 7 Công suất nhánh đầu nguồn của xuất tuyến 22 kV LJ04 của TBA trung gian 115/22 kV Parkbro 39

Bảng 2 8 Tổn thất điện áp cho phép của EDL 40

Bảng 2 9 Số lượng các loại MBA trong xuất tuyến 22kV LJ04 41

Bảng 2 10 Kết quả hiện trạng các chỉ tiêu của xuất tuyến 22kV LJ04 42

Bảng 2 11 Kết quả hiện trạng dòng diện chạy qua các loại dây dẫn 42

Bảng 3 1 Điểm giới hạn sụp đổ điện áp khi tỷ lệ thành phần phụ tải khác nhau 50

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC GIỚI HẠN

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO XUẤT TUYẾN 22KV LJ04, TỈNH SAVANNAKET, NƯỚC CHNDND LÀO” do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Đạt Minh Các tài liệu tham khảo để thực hiện đề tài đều có nguồn gốc rõ ràng Tôi xin cam đoan các nội dung trình bày trong luận văn đều đúng theo đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn, nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng khoa học

Hà Nội, tháng 04 năm 2024

Tác giả

8

LỜI CẢM ƠN

Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy Nguyễn Đạt Minh, lãnh đạo Khoa QLCN&NL trường Đại học Điện lực, Phòng đào tạo Sau đại học và các thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành bản luận văn này

Do năng lực cá nhân và khả năng tiếng Việt còn hạn chế nên bản luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự góp ý của thầy cô và đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn thiện hơn

Hà Nội, tháng 04 năm 2024 Tác giả

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu và tính toán các giới hạn ổn định điện áp là một trong những nội dung quan trọng trong công tác thiết kế và vận hành hệ thống điện (HTĐ) Khi mức

độ công nghiệp hóa ở Lào đang tăng dần, vấn đề ổn định điện áp, đặc biệt trong lưới điện phân phối, nơi cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải lại càng trở nên cấp thiết Ở CHDC nhân dân Lào thời gian qua, nhu cầu phụ tải luôn tăng với tốc độ khá cao, trung bình 6,5%/năm, do đó việc tính toán được giới hạn ổn định điện áp

sẽ làm căn cứ quan trọng để đề xuất các kế hoạch cải thiện lưới điện phù hợp trong tương lai

Tỉnh Sannavaket là tỉnh miền trung nước CHDCND Lào, có vị trí quan trọng huyết mạch nối liền hành lang kinh tế Đông – Tây và đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ Hệ thống điện trung áp của tỉnh Sannavaket trong những năm qua

đã được cải thiện tuy nhiên vẫn còn những hạn chế như tỷ lệ tổn thất cao, mức độ

ổn định điện áp thấp… Vì vậy, việc phân tích ổn định điện áp cho lưới điện trung

áp 22kV Lào rất cần được quan tâm nhiều hơn nữa, để có những biện pháp để ngăn ngừa mất ổn định điện áp, dẫn đễn sụp đổ điện áp và gây thiệt hại do mất điện của các phụ tải trực tiếp Ở CHDCND Lào và tỉnh Sannavaket, việc nghiên cứu quá trình mất ổn định điện áp trên lưới điện phân phối chưa được thực hiện Vì vậy, tác

giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, tính toán các giới hạn ổn định điện áp cho

xuất tuyến 22kV LJ04, tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào” để phân tích,

đánh giá, nhằm áp dụng cho các lưới điện phân phối ở tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất phương pháp tính toán các giới hạn ổn định điện áp cho xuất tuyến 22 kV LJ04 của tỉnh Savannaket, nước

10

CHDCND Lào để là cơ sở đề xuất các giải pháp ổn định điện áp và nâng cao chất lượng điện năng tại tỉnh Sannavaket

Nhiệm vụ nghiên cứu:

Với đặc thù của lưới điện phân phối CHDCND Lào là tồn tại nhiều cấp điện áp; một số đường dây trung áp vừa có chức năng của đường dây phân phối, vừa mang chức năng đường dây truyền tải (lưới điện 35 kV) Một số đường dây trung

áp có chiều dài quá lớn, công suất mang tải có xu hướng tăng cao

Luận văn này nghiên cứu đề xuất áp dụng phép phân tích độ nhạy và xây dựng công cụ đánh giá ổn định điện áp sử dụng phương pháp đường cong PV, QV cho nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối, ứng dụng cho lưới điện 22 kV LJ04,

tỉnh Savannaket, CHDCND Lào

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là giới hạn ổn định điện áp áp cho xuất tuyến 22kV LJ04 của tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào;

Phạm vi nghiên cứu là cho 01 xuất tuyến 22kV LJ04 tại tỉnh Sannavaket của CHDCND Lào

4 Nội dung và các phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu ổn định điện áp và ứng dụng các phương pháp phân tích ổn định điện áp cho nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối là nội dung chính của Luận văn Phương pháp nghiên cứu là lựa chọn công cụ phân tích thích hợp để đánh giá

ổn định điện áp cho nút tải tổng hợp và ứng dụng cho lưới điện 22 kV LJ04, tỉnh Savannaket, CHDCND Lào

5 Ý nghĩa khoa học của luận văn

Đề xuất ứng dụng phép phân tích độ nhạy Q/V của điện áp nút theo công suất phản kháng (CSPK) phụ tải, kết hợp với độ dự trữ công suất phản kháng của

nút tải để đánh giá ổn định điện áp HTĐ theo phương pháp đường cong PV, dựa trên phần mềm tính toán mô phỏng HTĐ chuyên dụng NEPLAN

Nghiên cứu và ứng dụng một số giải pháp: tụ bù, MBA có OLTC và tái cấu hình lưới điện phân phối để nâng cao hiệu quả vận hành, chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho lưới điện 22 kV Savannaket, CHDCND Lào

6 Kết cấu của luận văn

Ngoài lời mở đầu và kết luận, luận văn được chia thành 03 chương như sau:

Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn liên quan đến chất lượng điện năng và ổn định điện áp trong lưới điện

Chương 2 Phân tích tình hình ổn định điện áp của tuyến 22 kV LJ04 tỉnh Sannavaket, nước CHDCND Lào

Chương 3 Đề xuất phương pháp tính toán giới hạn ổn định điện áp nút tải trong lưới điện phân phối 22 kV LJ04

12

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN 1.1 Một số khái niệm

Có nhiều định nghĩa về ổn định điện áp của các nhà khoa học và các tổ chức nghiên cứu trên thế giới Đối với mỗi hệ thống điện của mỗi quốc gia khác nhau việc duy trì điện áp ở mức chấp nhận được sẽ khác nhau dựa vào quy định và kinh nghiệm vận hành của từng nước

Việc duy trì điện áp ở mức chấp nhận được cũng sẽ tuỳ thuộc vào quy định ở mỗi nước và dựa vào kinh nghiệm vận hành Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu đều thống nhất với quan điểm của Carson Theo W Taylor, phân tích ổn định điện

áp, cũng như xây dựng phương pháp nghiên cứu, đề xuất chỉ số, hệ số phù hợp nhằm đánh giá, đề xuất biện pháp nâng cao ổn định điện áp trong lưới điện phân phối

Trong thực tế, vấn đề về ổn định điện áp còn có thể được chia thành các vấn

đề nhỏ hơn, tương ứng là ổn định điện áp khi có kích động lớn và khi có dao động nhỏ

Ổn định điện áp khi xuất hiện kích động lớn: là khả năng của hệ thống điện vẫn còn duy trì được các giá trị điện áp ổn định sau khi có kích động lớn Ổn định điện áp khi có kích động nhỏ: là khả năng của hệ thống điện vẫn còn duy trì được

điện áp ổn định khi chịu các tác động nhỏ, Với các giả thiết thích hợp, các phương trình của hệ thống có thể được tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc để phân tích và do đó cho phép tính toán được thông tin độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận dạng các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp, do vậy vấn đề này còn được phân

chia thành hiện tượng ngắn hạn và dài hạn

- Ổn định điện áp ngắn hạn liên quan đến tính chất động của các thành phần

tải tác động nhanh, chẳng hạn như: động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử

và các bộ biến đổi HVDC Trường hợp này thời gian nghiên cứu cần đến một vài giây và các kỹ thuật và việc phân tích yêu cầu phải giải các phương

trình vi phân

- Ổn định điện áp dài hạn liên quan đến các thiết bị tác động chậm hơn,

chẳng hạn, OLTC, tải nhiệt điều khiển tĩnh, và các bộ giới hạn kích từ

(OEL) Sự mất ổn định điện áp: xuất phát từ các thay đổi của tải tiêu thụ

công suất vượt quá khả năng của hệ thống truyền tải và hệ thống nguồn

An ninh điện áp

Khái niệm an ninh điện áp là khả năng của một hệ thống điện không những

vận hành trong trạng thái ổn định, mà còn duy trì trạng thái ổn định sau khi gặp các

sự cố ngẫu nhiên hoặc khi phụ tải tăng

1.2 Hiện tượng mất ổn định điện áp trong hệ thống điện

Mất ổn định điện áp là hiện tượng sụt giảm điện áp liên tục hoặc quá trình điện áp tăng cao liên tục khi cố gắng phục hồi công suất phụ tải vượt quá giới hạn khả năng của hệ thống nguồn phát điện và lưới điện truyền tải

1.2.1 Công suất tải lớn nhất

Một trong những nguyên nhân đầu tiên của mất ổn định hệ thống điện là do truyền tải lượng công suất quá lớn trên các đường dây Trong vấn đề ổn định điện

áp cũng cần chú ý đến sự truyền tải công suất giữa nguồn phát và các phụ tải lớn

Hình 1 1 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản

14

Hình 1 2 Đồ thị điện áp theo công suất tác dụng và phản kháng

Trong không gian (P, Q, UT), cho thấy sự thay đổi của điện áp nút tải và công

suất phụ tải như hình

Ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng Độ dự trữ ổn định điện áp

phụ thuộc vào sự lựa chọn phù hợp dung lượng và vị trí của các thiết bị bù công suất phản kháng

Sa thải phụ tải theo điện áp thấp Để ngăn ngừa các tình huống ngoài dự kiến,

cần thiết sử dụng các sơ đồ sa thải phụ tải theo điện áp thấp

1.2.2 Các kịch bản sụp đổ điện áp

Kịch bản 1: Tải tăng từ từ (sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian dài hạn)

Trong kịch bản này, các yếu tố chính gây ra sự sụp đổ điện áp là:

- Tính cứng (không linh hoạt) của đặc tính tải tiếp tục đòi hỏi các giá trị cao của công suất tác dụng và phản kháng khi điện áp thấp ở vùng tải

- Điều khiển OLTC trên mạng phân phối và truyền tải trung gian để cố gắng duy trì điện áp không đổi, và do đó yêu cầu công suất tác dụng và phản kháng cao trong khi điện áp nguồn bị hạ thấp

(PX/UN2) (QX/UN2)

(UT/UN)

- Do các giới hạn trường và dòng điện cảm ứng, nhu cầu tải công suất phản kháng cao có thể làm cho các máy phát mất khả năng điều chỉnh điện áp Khi đó, máy phát hoạt động giống như nguồn điện áp phía điện kháng đồng bộ và điện áp đầu cực giảm đi

- Sự sụp đổ điện áp do sự tăng dần tải có thể có nguyên nhân là một số hoặc tất cả các yếu tố trên Tính chất động của các thiết bị điều khiển điện áp khác nhau (máy phát, thiết bị bù, và máy biến áp) có thể tương tác theo cách mà sự sụt áp thực tế khác với dự đoán khi chỉ xét các điều kiện tĩnh

Kịch bản 2: Mất một số phần tử trong hệ thống điện

Thực tế cho thấy các tham số hệ thống điện đóng vai trò quan trọng khi xác định công suất cực đại có thể được phân phối đến các khu vực tải Việc ngắt một trong số các đường dây trong hệ thống truyền tải sẽ làm tăng điện kháng tương đương giữa nguồn điện áp tương đương và tải, làm giảm công suất tới hạn và tăng xác suất sụt áp

Kịch bản 3: Hiện tượng bên trong tải phức hợp

Đáp ứng động của tải phức hợp có thể làm cho các đặc tính tải động và tĩnh khác nhau Sự khác nhau này chủ yếu là do các động cơ cảm ứng và có thể dẫn đến giảm tính ổn định hệ thống và cuối cùng dẫn đến sụp đổ điện áp Chẳng hạn, sự giảm điện áp nhanh và nghiêm trọng xảy ra trong quá trình loại trừ sự cố ngắn mạch chậm có thể dẫn đến mô men của động cơ giảm và sau đó là “kẹt động cơ” Khi động cơ bị “kẹt”,

16

Chất lượng điện áp trong lưới điện phân phối là một chỉ tiêu quan trọng, luôn phải được quan tâm và đảm bảo từ khâu thiết kế đến vận hành Có các chỉ tiêu khác nhau được đặt ra để đánh giá, kiểm tra chất lượng điện áp cho lưới điện, đồng thời trên cơ sở đó đề ra các biện pháp đảm bảo)

1.3 Các phương pháp xác định giới hạn ổn định điện áp nút trong hệ thống điện

1.3.1 Phân tích đường cong quan hệ công suất tác dụng và điện áp

Quan hệ giữa công suất tác dụng và điện áp nút tải có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu ổn định điện áp

Hình 1 3 Mạng điện 2 nút

Xuất phát từ hình 1.4, phương trình công suất viết cho nút T có dạng [5]:

Ở đây là các hằng số tương đương của mạng điện

Hình 1 4 Biểu đồ pha điện áp và biểu đồ công suất

T T T

HT T

jQ P B

U U B

U A

Do nút T có góc hệ số công suất chậm pha hơn so với nút N nên từ sơ đồ hình 1.6 có thể biểu diễn sơ đồ vectơ như hình

Hình 1 5 Biểu đồ vectơ trên mặt phẳng công suất

Phân tích đường cong quan hệ công suất phản kháng và điện áp (QV)

Hình 1 6 Sơ đồ đơn giản vẽ đường cong QV

Công suất cuối đường dây tại nút tải có giá trị: Khai triển phương trình này ta có:

Như vậy ta có các phương trình quan hệ tương ứng là:

I U Q

Q j P

U U

U j X

U U jX

U U

U jX

U U

U

2 2

*

*

cos sin

18

Hay:

Hình 1 7 Đường cong QV ở các chế độ vận hành khác nhau

1.3.2 Phương pháp xác định khoảng cách nhỏ nhất dẫn đến mất ổn định điện

áp trên mặt phẳng công suất

Khoảng cách đến mất ổn định điện áp nhỏ nhất bình thường được xác định bằng phương pháp tăng tải theo một cách xác định là: lựa chọn kịch bản nặng nề nhất dựa trên các dữ liệu vận hành và dự báo phụ tải (phương pháp MVA nhỏ nhất) Nội dung của phương pháp này là: xác định một bộ thông số công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải có thể truyền tải tăng thêm trong hệ thống mà hệ thống vẫn đảm bảo vận hành ổn định khi cho trước điều kiện ban đầu Hay nói cách khác là xác định khoảng cách nhỏ nhất từ điểm vận hành ban đầu đến điểm giới hạn

ổn định điện áp, ứng với ma trận Jacobi bị suy biến Một hệ thống điện bất kỳ đều tồn tại miền ổn định trên mặt phẳng công suất truyền tải (P, Q) Các bước thực hiện





cos

; sin 2

X

U U X

U Q

Q

X

U U P

T N T C

T N

2

2 cos

N N

T N

T N

C

U

QX U

U U

U U

X

(1.3) (1.4)

(1.5)

QCX/UN

2

UT/UN

chung để xác định khoảng cách nhỏ nhất từ mức tải ban đầu đến đường giới hạn ổn định S của hệ thống bao gồm (hình 3.6):

Bước 1 Tăng tải từ giá trị (P0, Q0) theo vài hướng cho đến khi có một giá trị riêng của ma trận Jacobi gần bằng 0 Mức tải (P1, Q1) tương ứng với điểm này là giới hạn ổn định Điểm P1, Q1 xem như nằm trên đường cong S

Bước 2 Với các điều kiện tại P1, Q1 xác định vectơ riêng bên trái của ma trận Jacobi đầy đủ Vectơ riêng bên trái chứa phần tử tác động đến sự gia tăng của phụ tải cho mỗi nút Vectơ riêng chỉ rõ hướng ngắn nhất dẫn đến duy nhất, nghĩa là vuông góc với S

Bước 3 Trở lại trường hợp cơ sở với mức tải là (P0, Q0), sau đó cho tăng tải trong hệ thống điện, nhưng lần này theo hướng cho bởi vectơ riêng được tìm thấy trong bước 2 Khi S được tìm thấy, một vectơ riêng bên trái mới được tính toán Bước 4 Trở lại trường hợp cơ sở với mức tải là (P0, Q0), sau đó cho tăng tải theo hướng vectơ riêng đã cho trong bước 3 Quá trình này được lặp lại cho đến khi vectơ riêng được tính toán không thay đổi đối với mỗi bước lặp mới Như vậy, quá trình sẽ hội tụ

Hình 1 8 Kỹ thuật xác định khoảng cách nhỏ nhất đến điểm mất ổn định điện áp

Qdt = -Qgh

% 100

%

min

min min

U

U U U



.

1

j

i

i ji j

U

U C

Hình 1 9 Đường cong QV sử dụng biến Q thay đổi phụ tải

Như vậy trong cả 2 phương pháp, nếu độ dự trữ công suất phản kháng của một nút lớn sẽ biểu thị nút đó đạt được mức ổn định điện áp, Qdt càng lớn thì mức ổn định điện áp càng cao Hệ thống điện có độ dự trữ công suất phản kháng của tất cả các nút đều dương trong các chế độ vận hành thì hệ thống điện ổn định điện áp, và ngược lại Khi hệ thống điện có một số nút tải có Qdt = 0 hoặc khi vận hành ở chế

Qpt Vì vậy, từ đường cong QV nhận thấy, mức độ ổn định điện áp nút tải sẽ phụ thuộc độ nhạy trung bình của Vnút theo Qpt, được định nghĩa như sau:

22

Hệ số sụt áp các nút

Làm thay đổi chế độ hệ thống theo kịch bản điển hình như đã nêu trên còn cho phép xác định hệ số sụt áp các nút Giả thiết ở chế độ đầu điện áp nút j quan sát có trị số Uj0, đến chế độ giới hạn trị số của nó là Ujgh (hình 3.8) Hệ số sụt áp được định nghĩa là:

Hệ số sụt áp các nút đặc trưng cho mức độ mạnh yếu khác nhau về phương diện ổn định điện áp Nút có kU lớn là nút yếu, bởi nó suy giảm nhanh điện áp và bị sụp đổ điện áp trước tiên Các biện pháp cải thiện ổn định cần tập trung cho nút yếu

Hình 1 10 Đường cong PV xác định giới hạn tăng công suất tải

1.4 Vấn đề đánh giá mức độ ổn định của lưới điện phức tạp

1.4.1 Ổn định phụ tải động cơ không đồng bộ

Việc phân tích ổn định phụ tải động cơ rất khác so với ổn định điện áp nút nói chung Phương pháp phân tích cần dựa trên sơ đồ đẳng trị đơn giản, từ đó xác định công suất giới hạn theo đặc tính mômen Với đặc tính cứng có thể tính được hệ số

0

j

jgh j

Uj

U

U U

kgh

(1.11)

Cũng có thể áp dụng Q/V để đánh giá ổn định như nút phụ tải tổng hợp Tuy nhiên, ở đây chế độ giới hạn không phải do tăng trưởng phụ tải động cơ (bởi nguyên nhân gây ra mất ổn định là sự giảm thấp điện áp nút cung cấp)

1.4.2 Ổn định điện áp nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối trung áp

Nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối trung áp thường được xét như nút thanh cái các trạm biến áp phân phối trong phạm vi lưới trung áp (hình 3.9)

Hình 1 11 Đặc điểm sơ đồ lưới điện trung áp

Trong trường hợp này, đặc tính công suất lấy ra từ nút phụ thuộc tổng hợp các trang thiết bị điện nhận công suất từ trạm phân phối, trong đó động cơ không đồng

bộ chiếm tỷ lệ cao (50-80)% nên chúng có ý nghĩa quyết định đến đặc tính công suất Như đã biết, sơ đồ lưới điện phân phối lúc vận hành luôn có dạng hình tia (lưới kín vận hành hở), phụ tải nút là phụ tải tổng hợp Với mỗi nút i, công suất nguồn chỉ do nhánh nối về phía nguồn cung cấp Do đó dễ nhận thấy rằng kịch bản nguy hiểm nhất là kịch bản tăng đồng thời công suất tác dụng tại mọi nút phụ tải trong lưới (theo cùng tỷ lệ) cho đến lúc mất ổn định Để xét đến ảnh hưởng gây sụt

áp từ phía hệ thống, sơ đồ tính toán lúc này cần xét đến tổng trở hệ thống (tính được qua công suất ngắn mạch)

Các thành phần tham gia nhận công suất từ nút tải tổng hợp có thể là các động

cơ không đồng bộ, lò điện, các bộ chỉnh lưu, chiếu sáng và tải sinh hoạt…, kể cả

% 100

P

P P

24

các tổn thất trên mạng điện phân phối Đặc tính phụ tải tổng hợp là trường hợp được xét để nghiên cứu ổn định điện áp lưới điện trung áp của luận văn này

1.4.3 Đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp trong lưới điện phân phối

Đặc tính tĩnh phụ tải tổng hợp có thể biểu thị dưới các mô hình cơ bản là:

a Mô hình hàm mũ (Exponential Models)

f U f

p

f

f U

U Q Q f

f U

U P

0 0 0 0

P0, Q0, U0, f0 là các tham số tiêu chuẩn (tham số định mức) của thiết bị điện;

pU, qU, pf, qf là các hệ số hồi quy, xác định từ các số liệu thống kê

Biểu thức (1.13) cũng có thể được viết dưới dạng đơn vị tương đối:

f U f U

q q q q

p p p p

f U f

f U

U P

Q Q

f U f

f U

U P

P P

*

* 0

0 0

*

*

* 0

0 0

*

.

;

Khi đó tg = Q/P có thể biểu thị như là hàm số phụ thuộc vào hệ số phụ tải

kpt:

1 1

Q

tg

Ký hiệu  biểu thị hệ số phụ tải thụ động/chủ động (lagging/leading) Các biểu thức hoàn toàn phù hợp trong phạm vi biến đổi của điện áp  10% và của tần số 2,5% Các tham số của mô hình phụ thuộc của phụ tải xác định trên cơ sở phân tích

số liệu thống kê của một số thiết bị dùng điện được biểu thị trong bảng 1.1

(1.13)

(1.14)

(1.16) (1.15)

Bảng 1 1 Các tham số của mô hình phụ tải của một số thiết bị điện [13]

Thiết bị điện Các hệ số của mô hình

k pt p U p f q U q f N n k pt p U0 p f0 q U0 q f0

Tủ lạnh 0,84 0,8 0,5 2,5 -1,4 0,8 1 2 0 0 0 Máy giặt 0,65 0,08 2,9 1,6 1,8 1 - - - - - Máy rửa bát 0,99 1,8 0 3,5 -1,4 0,8 1 2 0 0 0

lớn

0,89 0,05 1,9 0,5 1,2 1 - - - - - Máy bơm nông nghiệp 0,85 1,4 5,6 1,4 4,2 1 - - -

Tự dùng trong nhà máy

b Mô hình dạng đa thức (Polynomial Models)

Mô hình phụ tải phụ thuộc điện áp và tần số dạng đa thức được thể hiện như sau:

P

Q

P  0 1 *  2 2 1  p 0

Trong đó ai và bi là các hệ số hồi, với: ao + a1 + a2 = 1; bo + b1 + b2 = 1 Dp; Dq

là hệ số suy giảm công suất tác dụng và phản kháng do ảnh hưởng của tần số; f là

độ lệch tần số so với giá trị quy định

(1.17)

(1.18)

Từ các trị số đo đạc, áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu, sẽ xây dựng được đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp

1.5 Giới thiệu chương trình tính toán đánh giá ổn định điện áp cho lưới điện phân phối

Để đánh giá ổn định điện áp theo tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ có thể lợi dụng các chương trình tính toán chế độ xác lập Trị số của số hạng tự do phương trình đặc trưng an trùng với trị số định thức Jacobi của hệ phương trình chế độ xác lập, có thể sử dụng ngay ma trận Jacobi đã có sẵn (nếu chương trình áp dụng thuật toán Newton Raphson) để tính toán Vấn đề còn lại là tạo kịch bản để xác định chế

độ giới hạn Chương trình tính toán chế độ xác lập mang tên NEPLAN [11] có mô hình khá hoàn thiện (có đầy đủ các phần tử, xét đến đặc tính tĩnh phụ tải), được giải theo phương pháp Newton Raphson (hình 1.14)

Hình 1 13 Thiết lập phương pháp giải chế độ xác lập của mạng điện trên NEPLAN

Hiện chương trình đã phát triển nhiều chức năng mới, tương ứng với phương pháp đề xuất để phân tích ổn định điện áp LPP, tác giả đã ứng dụng các chức năng sau:

- Tạo kịch bản điển hình, xác định chế độ giới hạn ổn định điện áp

- Thiết lập chức năng tạo lập đặc tính tĩnh phụ tải theo số liệu thực nghiệm Với các chức năng trên, Luận văn sẽ áp dụng để đánh giá ổn định một số phương án vận hành lưới điện phân phối LJ04, tỉnh Oudomxay ở Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào

28

1.6 Tóm tắt chương 1

Qua nghiên cứu các trường hợp mất ổn định điện áp điển hình ở Lào và một

số nước cho thấy: các hiện tượng mất ổn định điện áp đều do có các nhiễu loạn như: mất một phần tử trong lưới điện, mất nguồn, hoặc do hệ thống vận hành ở chế

độ ngưỡng giới hạn ổn định điện áp ở chế độ tải cực đại; do có quá nhiều phụ tải tiêu thụ công suất phản kháng lớn…Nội dung Luận văn này cũng tập trung chủ yếu vào các hiện tượng trên, đặc biệt là trường hợp hệ thống vận hành ở chế độ ngưỡng giới hạn ổn định điện áp ở chế độ tải cực đại và đề xuất biện pháp khắc phục

Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan, luận văn sẽ trình bày lý thuyết cơ bản, phù hợp với đối tượng lưới điện phân phối, đặc biệt là lưới điện phân phối trung áp, xây dựng đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp trên lưới điện này để tính toán giới hạn ổn định điện áp cho một số nút tải điển hình trong LPP 22 kV LJ04 Từ đó đề xuất biện pháp phù hợp nhằm nâng cao chất lượng điện áp, cải thiện độ tin cậy chung cấp điện cho lưới điện phân phối ở Savannaket, CHDCND Lào

2 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA TUYẾN 22KV TẠI TỈNH SAVANNAKET, NƯỚC CHDCND LÀO

2.1 Giới thiệu về hệ thống điện tại tỉnh Sannavaket, nước CHDCND Lào

Mạng lưới điện trong tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào hiện có các cấp điện áp vận hành như:

- Lưới điện truyền tải có 1 đường dây 230 kV (từ trạm Nam đến) và có 2 đường dây 115 kV (từ trạm Parkbor đến trạm Nongbern đến trạm Saeno, từ trạm Muang Pin đến trạm Dansavanh)

- Lưới điện phân phối (LPP) trung áp với cấp điện áp 22 kV và một số vùng vận hành bằng sơ đồ lưới SWER 12,7 kV, phía hạ áp vận hành cấp điện áp 220V và 380V

Hiện nay, trong tỉnh savannaket bao gồm 5 trạm biến áp (TBA) trung gian: trạm Parkbor đến trạm Nongbern đến trạm Saeno, từ trạm Muang Pin đến trạm Dansavanh Các TBA trung gian 115/22kV đều có 5 xuất tuyến LPP cung cấp điện cho các phụ tài điện trong tỉnh Savannaket và một số huyện của các tỉnh lân cận, khiến cho một số lộ có chiều dài lớn

2.1.1 Nguồn cấp điện

Các xuất tuyến LPP trong tỉnh Savannaket đều có nguồn cung cấp điện (CCĐ) từ các TBA trung gian 115/22kV nói trên Các trạm có thông số kỹ thuật như bảng 2.1

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật của các TBA trung gian trong tỉnh Savannaket [4]

TT Tên TBA MVA Điện áp

Feeder Chiều dài, km Pt,max

2.1.2 Lưới điện trung áp và hạ áp

Lưới điện trung áp trong tỉnh Savannaket đang được cấp điện từ TBA Trung gian 115/22kV đã nêu trong bảng 2.1 qua các xuất tuyến LPP bằng cấp điện áp 22

kV lưới SWER 12,7 kV và lưới điện phía hạ áp 400/220V Chiều dài các loại lưới phân phối được cho trong bảng 2.2

TT Loại dây Tổng chiều dài,

2.1.3 Trạm biến áp phân phối và hệ thống công tơ đo lường

2.1.3.1 TBA phân phối

Máy biến áp (MBA) phân phối 22/0,4 kV đang sử dụng trên các xuất tuyến LPP trong tỉnh Savannaket có rất nhiều hãng MBA của các công ty như: Hanaka, Akarat, Union Thai, Pattanakit,Panco, Thai Maxwel, Lunan, PLG, Khi phân loại theo công suất đặt và điện áp vận hành của MBA thì có thể chia ra được như trong bảng 2.4 như sau

Bảng 2 4 MBA đang vận hành trong hệ thống LPP trung áp tỉnh Savannaket

TT Công suất,

kVA Số pha Điện áp,

kV

Số lượng, máy

Tổng công suất, kVA

Tổng công suất, kVA

2.1.3.2 Hệ thống công tơ đo lường

Hệ thống công tơ đo điện đang được áp dụng tại nược CHDCND Lào là các công tơ đo tiêu chuẩn, sai số cho phép ± 3% Dưới sự quản lý của công ty EDL hợp tác với bộ Năng lượng và Mỏ địa chất, Bộ Khoa học và Công nghệ Hiện nay, công

tơ đo điện đang được áp dụng bao gồm 2 phân loại chính là: công tơ đo điện kiểu đĩa quay và công tơ điện tử